ELEMENTOS DE MAQUINA

ELEMENTOS DE
MÁQUINAS

Antonio Javier Nieto Quijorna

Área de Ingeniería Mecánica
Universidad de Castilla-La Mancha
Enero 2007

CONTENIDOS
1. Tribología
1.1 Lubricación
1.2 Fricción
1.3 Desgaste
2. Ejes, árboles y elementos de fijación
2.1 Cuñas
2.2 Volantes
2.3 Velocidad crítica de ejes giratorios
3. Engranajes
3.1 Clasificación
3.2 Geometría de engranajes
3.3 Distancia central, paso diametraly paso circular
3.4 Cabeza, raíz y holgura
3.5 Línea de acción, ángulo de presión y evolvente del engranaje
3.6 Razón de contacto
3.7 Espesor del diente, juego e interferencia
3.8 Esfuerzos flexionantes en engranajes
3.9 Esfuerzos de contacto en engranajes
3.10 Engranajes helicoidales
4. Rodamientos
4.1
4.2
4.3
4.4

Clasificación
Vida útil del diseño
Carga estática equivalente
Carga variable

5.Cojinetes
5.1
5.2
5.3
5.4
5.5

Parámetros de cojinetes
Diseño de cojinetes lubricados en el límite
Diseño de cojinetes hidrodinámicos de película completa
Cojinetes hidrostáticos
Rendimiento hidrostático de los cojinetes

6. Correas
6.1
6.2
6.3
6.4
6.5
6.6

Tipos de correas
Potencia transmitida
Deslizamiento
Ley exponencial de tensión
Tensión centrífuga
Longitud de la correa

7. Cadenas
7.1
7.27.3
7.4

Relación de transmisión
Incremento de la cuerda
Longitud de la cadena
Potencia nominal

8. Frenos
8.1
8.2
8.3
8.4
8.5

Freno de tambor
Par de frenado
Equilibrio de la zapata
Freno de disco
Freno de banda

TRIBOLOGÍA
La tribología se define como el estudio de la lubricación, la fricción y el desgaste de partes móviles o
estacionarias. Éstas tienen una función importante en la vida de loselementos de máquinas. Muy pocos
elementos de máquinas no dependen de las consideraciones tribológicas. En este capítulo se tratan los
diferentes regímenes de lubricación, los parámetros de superficie y de película, la viscosidad de los
lubricantes, la deformación debida a carga concentrada, la fricción y el desgaste.

Superficies concordantes y no concordantes
Las superficies concordantes seajustan bastante bien una con otra con un alto grado de conformidad
geométrica, de manera que la carga se transfiere a un área relativamente grande. Un ejemplo de superficies
concordantes son los cojinetes. No obstante, muchos elementos de máquinas lubricados por una película
fluida tienen superficies que no concuerdan entre sí. Entonces un área pequeña de lubricación debe
soportar todo el peso de lacarga. El área de lubricación de una conjunción no concordante es comúnmente
tres órdenes de magnitud menor que la de una superficie concordante. Algunos ejemplos de superficies no
concordantes son el acoplamiento de los dientes de un engranaje, levas y los rodamientos.

Lubricación
A continuación se analizan las características de los cuatro regímenes de lubricación que se presentan en
loselementos de máquinas.
Lubricación hidrodinámica
La lubricación hidrodinámica (HL por sus siglas en inglés) se caracteriza por estar presente en superficies
concordantes con una lubricación por película fluida. Una presión positiva se desarrolla en un cojinete
lubricado hidrodinámicamente, porque las superficies del cojinete convergen, y su movimiento relativo y la
viscosidad del fluido separan lassuperficies. La existencia de dicha presión positiva implica que se soporta
la aplicación de una carga normal. Por lo general, la magnitud de la presión que se desarrolla nunca supera
los 5 MPa, y no es lo suficientemente grande para causar una deformación elástica significativa en las
superficies. El espesor mínimo de la película es función de la carga normal que se aplica W, de la velocidad
ub de laviscosidad absoluta del lubricante η0 y de la geometría Rx y Ry. El espesor mínimo de película
excede normalmente 1 μm.

En general, en la lubricación hidrodinámica las películas son gruesas, de manera que se previene que las
superficies sólidas opuestas entre en contacto. Con frecuencia a esta condición se le denomina la forma
ideal de lubricación, porque proporciona fricción baja y resistencia...