Diseño de maquinas

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, pasodiametral y 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 variable5. 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. Cadenas7.1 7.2 7.3 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 lavida de los elementos 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 superficiesconcordantes se ajustan 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 todoel peso de la carga. 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 sepresentan en los elementos 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 fluidoseparan las superficies. 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 lavelocidad ub de la viscosidad 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...