CAPITULOIX.ELEMENTOSROSCADOSDESUJECCINY TORNILLOSDEPOTENCIA 1. INTRODUCCION CasitodoslosdispositivosmecanlCOSsearmanconelementos desujecinroscados.Unroscaesunaranuraenespiralo helcoidadqueseformaenelexterioroenintenordeun cilindro.Lasroscasademsdeserusadascomoelementosde sujeccin,sonusadasparafinesdeajuste,enaplicacionesa herramientasdemedicinyentransmisindepotencia. 2.NOMENCLATURA Iar'J.g1.l10d-e la.:t"'O::;,ca N:Nmerodehilosporpulgada P:Paso=distanciaentredoshilosadyacentesmedida paralelamentealeje=l/N C:Avance=distanciaquesedesplazaunatuerca cuandosele daunavuelta. Roscasimple(unsolofilete):avance==paso Roscadoble(dosfiletes):avance=2veceselpaso Roscatriple(tresfiletes):avance==3veceselpaso,etc. Alturadefilete:distanciaentrelacresta yralz Anguloderosca(2(x):elformadoporlascaras delfilete Angulodehlice:Aelformadoporelejedeltornilloyuna tangentealfilete. 3.CLASIFICACINDELOSTORNILLOS Depotenciaomovimiento:gatos,prensas,abrazaderas, taladrosdeempuje,husillosdegua ytransporte. Sujetadoresroscadosotornillosdeunin:unindepiezas enmotores,bielas,rastras deruegismetc, 222 4. TIPOSDEROSCA Cuadrada,trapezoidal,buttressodedientesdeSlerra,redonda ytringu lar(tornillosdeunin). Laroscafinatienemayornmerodefiletesporunidadde longitudquelaordinaria.Perteneceraunaserieuotra dependetambindeldimetronominal deltornillo. 8xtr"1TIl) Roscaestandar American r--'j. Na tional(u nificada). Roscaconfiletecuadrado (transmisinde movimientoodefuerza. RoscaconfileteACME (transmisinde movimientoodefuerza ;Il

rT Seriesderoscas:lasms , _...-- ... -- --- ---I

usualesson:fina(F), :jr ordinaria(e)yextrafina d"..dr (EF). I L 'f 5.ESPECIFICACIONES SistemaUnificado:dosseriesderoscasestnenusocomn: UNyUNR(seutilizaunradioderazyytienemasalta resistenciaalafatiga). Ejemplo:3/4"- 1 OUNRFindica:3/4"(dimetromayornominal) 10:Nmerodehilosporpulgada UNRF(serieUNRroscafina) SistemaMtrico:seespecificanexpresandoeldimetroyel pasoenmilmetros. Ejemplo:l'vI24x3M'guademtrica 24:dimetromayornominal(d)enmm{ 3:pasoenmm 223 6.ASPECTOSMECNICOSDELOSTORNILLOSDE TRANSMISIN Tornilodepotenciaderoscacuadrada deunsolofilete,condimetrodm, pasop,ngulodeavanceA,ngulode hlicet1,soportacargadecompresin F.Quparsenecesitaparalevantarla carga? Ypara bajarla? Lascargassonparalelasalejedel tornillo Fdm({'( 1) 2ndm Fdmf'.\..>(2j:2rrdm+ UnaexpreslOnparalaeficaciamecnica, evaluacindelostornillosdetransmisin: Si..t=O,entonces=jl.laeficacia2[(, (ecuacionesvlidaspara roscascuadradas) es ti! sere parala. Tfl T2rrT' EnelcasoroscasAcmeodeotrostipos' 224 .."'" ------ --" ... Lacarganormalquedainclinada conrespectoaleje,debido81 ngulodelarosca2C1.yelngulo deavanceA.ComoA ""O(son pequenos)sloseconsiderael efectodelngulofl,quehace aumentar lafuerzadefriccin debida alaaccindecunadelos hilos. Laotra,denoalcanzar estameta nosepodrahablar deun desarrollososteniblesinodeun espejismodedesarrollo. (Se'.," IXTFdm(4) rrdm... Cuandoeltornillosecargaaxialmentedebeemplearse,un cojinetedeempujeodecollarnconelfindesoportarla componenteaxial. carga est concentradaeneldimetrode,oSpeesel coeficientedefriccinelmomentoderotacinrequeridoes: Te(5) 7.SUJETADORESROSCADOS Sudenominacindependedelafuncinparaloquefueron hechos ynodecomoseempleanrealmente. Tornillo:sufuncinprimordialesquedarinstaladodentrodeun agujeroroscado.Untornilloseaprietaaplicandounparde torsinensucabeza. Pernos:disenadosparaserinstaladocontuercalospernosse aprietanaplicandounpardetorsinalatuerca.Sufuncines ladesujetardosomspartesatravesandounaperforacinen ellas. Esprrago.(pernocondoblerosca):vstagofileteadoenambos extremos;unoentraenunagujeroroscadoyelotrorecibeuna tuerca. Prisioneros:(chavetas ypasadores):tornillodeunin,enla 225 cualsirvedetuercalapieza alacualseune. Husillos:tornillodetransmisindemovimiento.SlogIran. Avanzalatuercaunidaalrganoquesevaamover. TornillosdemquinadepernoscontuercaparaUnIrplCzas planasdemetalolmina. Tornillosdemaquinariadetornillos"cap":tornillosacabados concabezahexagonal,cilndricaranurada,plana,concasquillo hexagonal,etc.seempleanentamaosdesde1/4"hasta3". Lalongitudtotaldelarosca(L)enlostornillosdelasseriesen pulgadas,condimetromayorbsico(O): 20+ 0.25pulgL6pu (6) 20+0.5pulgL6pulg Paralostornillosdelasseriesmtricaslalongitudtotaldela roscaes: 20+6L125O48 LT20 +12125L200(7) 20+25L>200 8.UNIONESATORNILLADAS(PERNOS- TUERCAS) ::JCasoendondesebuscaquelauninojuntapuedaser sensambladasinaplicarmtodosdestructivosyquesealo suficientementefuertepararesistircargasexternas(tensin, f1exin,cortanteocombinacindeestas).estoseventosla uninatornilladaconarandelaorondanasesunabuena solucin. oCuandoseaprietalatuercasetensionaelpernoyseejerce aslafuerzadesujeccin.Esteefectoseconocecomo pretensadooprecargadelperno(esindependientedela externa detensin). oElagarreenunjuntaconpernoeselgrosortotaldel materialsujetado(elementosunidosmsarandelas) ::Jrigidezdelaporcindelpernoqueestdentrodelazona desujeccinconstadedospartes:laporcinnoroscadao espiga ylaporcinnoroscada ocuerda. 226 9.RESISTENCIADELPERNO Eselfactormsimportanteatenerencuentaeneldiseoo anlisisdeunionesatornilladas.lasespecificaciones estndaresseexpresacomoresistencialimi temnima,definida comolafuerzamximaqueunpernopuederesistirsin experimentarunadeformacinpermanente. Laresistencialimiteeslarelacinentrelacargalimiteyelrea deesfuerzodetensinycorrespondeaproximadamenteala resistenciadefluencia(Sy). 10.CARGAEXTERNASOBREELPERNO p p Sesuponequelafuerzade sUJeclOnquesedenomina precargaFi,hasidoestablecida correctamenteenelaprietede latuercaantesdequese apliqueP. Setiene: Precargaofuerzade sUJeclOn P=Cargadetensinexterna Pb==PartePtomadaporel perno Pm==PartedePtomadaporlos p elementosdela junta p FbPb+Fi==cargatotalen elperno Fm==Pm- Ficargatotalen loselementos. PesdetensinyongInaunalargamen to8querelacionadocon k:S= = ~ I ~Y S=Pm,dondekb==eslarigidezestimada delperno k h kili enlazonadesujecin ykmlarigidezdeloselementosunidos en lazonadesujecinactuandocomoresortesdecompresin. 227 Entonces:Pm k",conP=Pb+Prn km kP Enconsecuencia:Lacarga depernoresultante es: +FiFmN 8D 3 N8D'N8e'N8C'k G79.3GPa (Acerocomn) Suponiendo:C12,seencuentraN20d 2)SecalculaDcomoDCxd 3)SecalculaSs O.75x2170 Sy0.75Sut 0.557 x 0.75 x 2170LJ.N 8FD(1.042)(8)( 60)(D) 4)Tmxks -----.._- ... 159.2D- - - - - - - - - ~ - - - - -dIrrd'rrd 1 251 --- -5)Seiniciaporejemplocond=:1mm. Para: d=1mm,N20D=12mm,=:939,T1910.4 Indicaqueddebesermayorque1mm.,encontrndoselos siguientesresultados: D[mm]D{mm)Na SSy[M 11220939 < 19104 1.214.424915 < 1326.7 1.416.828894974.6 1.619.232877745 2.02440848 > 477.6 --,- .... _-----...._-_.-_._-------_. ~ ~ - - ~ - - - ~ Porlotantolasespecificacionesdelresorteseran: d1.6mm,D=19.2mmyNa32 Unchequeo delanuevakdelresorteda: d4 G(1.6)4 (79.3)(10)') kN ~ -k0.287 8D' N(8)(19.2)\ (32)m Similar aladeseada0.286kN / /m Dimensionesdelresorte: Expirasdeextremo: Ne 2 Expirastotales(Ne ):Na+2=32+2=34 F60;;Fusar8.38eOrO usar6.94 Y: Parao: :F- 71lk/\f;IRO- _.;vI 6.941(36 j\ (900ParaB:FRff l..\3\500 PROBLEMAS 1.Uncojinetedecoladebasedinmicade3380kg.Silacarga radial equivalenteaplicada alcojinetees500kg.Determinar: a)Laduracinprobable,expresadaenmillonesde revoluciones. b)Laduracinlogradaporel90%decojinetesexpresadaen horas,silavelocidadderotacinesde180rpm. c)Laduracinmediaprobable,expresada enhoras. 2. Uncojinetetieneunacapacidaddebasedinmicade3960kg. QucargaradialequivalentePpuedesoportarelcojinetea unavelocidadde400rpm,sisedeseaqueel900()deungrupo decojinetestengaunaduracinde5000horas,enestas condiciones? 3.Seleccionarunrodamientodebolasparasoportarunacarga radialde360kgyunacargaaxialde280kga1150rpm. Proyectarpara5600horas,considerandoelfuncionamientocon vibracinmoderada.Elfactordeesfuerzosdinmicosesde1.4 yseconsidera queelarointerior gira. 4.UnacargaaxialF 1450kgactapordoshorassobreun cojinetederodamientosyluegosereduceaF 2==225kg,poruna 268 hora.Elcicloserepitecontinuamenteyelejegiraa 300rev/mino 5. Uncojinetedebesoportarenesfuerzodinmicounacarga radialde500kgenunejequegiraa1 OOOrev / minoElejetiene undimetrode30mm.Paraelcojineteseexigeunavida probableigualosuperiora3000h.seleccionarelmodelo adecuadoenlossupuestossiguiente: a)Componenteaxialde200kg. b)Componenteaxialde200kgydimetroexteriormenorde 75mm. 269 CAPITULO XIIACOPLAMIENTOS l. INTRODUCCIN Los acoplesseusan desdehace muchotiempopara conectar ejes que al menosestuvieranaproximadamentealineados.Enunprincipiose utilizaronlosacoplesrgidos,peroamedidaquehanaumentadolas exigenciasdevelocidadydecargaenlasmquinas,sehahecho necesariodesarrollaracoplamientoscapacesdeabsorberycompensar losefectosnocivoscausadosporlosdiversosdeslineamientosen muchos casos inevitables en los ejes. Losacoplesdedefinencomoelementosdemquinasquesirvenpara unirdosejesunomotrizyotroreceptorcuyafuncinbsicaes transmitir torque.Peroexisten muchos tiposdeacoples que adems de transmitirtorqueactancomoamortiguadoresdeefectortorsionaleso decargasdeimpulsooriginadasporlasirregularidadesde funcionamiento.Tambinunacoplepodraserempleadocomoun mediodeseguridadcuandosepresentansobrecargasenlasmquinas porroturadealgnpasadoropordesacopledealgnelementoque independice oasleelfuncionamiento. 2.REQUERIMIENTOSDEL SISTEMA Cuandoseseleccionaunacoplesedebenconsiderartodoslos requerimientosdelsistema.Noessuficienteestaralcorrientedeltipo demotor,transmisinylacarga yquetangrandeeseleje.Sedebe tambinconocercomolasdospartesdebenserensambladasysihay desalineamiento,ascomotambinelrangodeoperacinyla temperaturadetrabajo.Antesdeseleccionar un acoplamientosedebe tener en cuenta: l. Tipo demotor:elctrico,decombustin interna,hidrulico,etc. 2. Tipodecarga:ventilador,bomba,trituradoradepiedra,etc.,para determinar las inercias. 3. Torquenominal otorque deoperacin continua. 4. Torquemximo.Picoesperadodearranque,torquedeparada, sobrecarga,etc. 5. Torquedevibracin.Torque oscilando alrededor deltorque nominal. 6.Nmero dearranques por hora. 7. Desalineamiento.Cantidad ytipodedesa1ineamientoentre elmotor yla carga:paralelo,angular y/o axial. 8. Tipodemontaje:eje aeje,eje avolante,etc. 9.Tamao del eje:dimetros delos ejes acoplar. lO.Temperatura deoperacin:temperatura general deoperacin ysila transmisinse efecta en sitios cerrados (noventilados). II.Rango delavelocidaddeoperacin.Limitessuperioreinferiordel rango deoperacin. 12.FactordeservlClO.Designadoparacombinarmuchasdelas condicionesdeoperacinmencionadasanteriormenteeincluirlo comoun multiplicador para sobredimensonar el acoplamiento. 3. CARACTERSTICASDELOSACOPLAMIENTOS Una vezdefinidos losrequerimientos delsistema,sedeben chequear las caractersticas delacoplamiento escogido,para verificar laseleccin.Se deben revisar las siguientes caractersticas: 1.Capacidad de torque 2.Calibre.Mnimo ymximo calibre 3. Tipodemontaje.Configuracindisponibledelmontajepara cualquier acoplamiento. 4.Rangomximo develocidad. 5.Desalineamiento.Gradodedesalineamientoquepuedeser aceptado en el montaje. 6.Materialflexible.Capacidaddelmaterialpararesistirelcaloro contaminacin con aceite ysu rigideztorrional. 4. ACOPLESDEELEMENTOSRIGIDOSCOMOMOVILIDAD Nosiempresepuede obtener el centrado exacto,nisiquiera aproximado ypermanentequeexigenlosacoplesrgidos.Ladisposicindelos rbolesaconectarinexactaalprincipioporloserroresinevitablesde fabricacin,acentuadaporlasdeformacionesacausadelascargasde serviciopor efectos dela temperatura ypor la cadencia de losasientos o fundaciones,hacerecomendableonecesarioelempleodeacoples mviles. Losacoplamientosmvilessefabricanparahacerdiferentestiposde conexionesentredosrbolesoejes,ypermitirtambinciertos desplazamientosdestos,quepuedenocurriralserinstaladoso durantesu funcionamiento. Losacoplamientosmvilespara desplazamientosdelos ejespueden ser detres clases: Desplazamiento axial Desplazamiento radial y Desplazamiento angular Dossufrendesplazamientoaxialslocuandoseencuentran alineados ysedesplazanalolargodesuejegeomtrico.Mientrasque sudesplazamientoesradialsilosejesgeomtricospermanecen paralelos,aunqueseparadosporunadistanciar.Porotrolado,el desplazamientoesangularcuandolosejesformanentreun determinadonguloa.Lostrestiposdedesplazamientossemuestran en la Figura.60. AxialDes plazrune11 turadial I, Eje1Eje2 FIGURA 60.Desplazamiento delos ejes. 5.SELECCINDEL ACOPLAMIENTO Elprimerpasoeshacer unaseleccinbasada eneltorqueatransmitir yenlasdimensionesdeleje.Luegoverificarquelaseleccinsatisface losrequerimientosdemontaje,gradodedesaliniamiento,velocidadde operacin,temperatura de operacin ylaposibilidad deresonancia. Notodoslossistemasrequierendeestospasos.Sistemasqueoperan uniformemente,comolosmotoreselctricostransmitenpequeas cargasyraravezsepresentanvibracionesseveras.Lafrecuencia naturalprobablementenorequieresercalculada.Comounasimple pautaparadeterminarlosrequerimientosdelsistemaparasistemas uniformes,los fabricantesdeacoplamientohan desarrollado el factor de servicio,comounaaproximacinalosrequerimientosdetemperatura, torquemximoyfrecuencianatural.Paraestarseguroqueel acoplamientoseleccionadoes adecuado,semultiplica eltorquenominal requerido por el factor deservicio. Elfactordeservicioesadecuadoparaalgunossistemas.Entresus desventajasestsuimprecisinyenaplicacionesseverasnoevala todas las variables.Adems,cuandoseestseleccionandoteniendoen cuentaelfactordeservicio,sedebesercautelosoparanosobre especificar el acoplamiento ms all de lonecesario. Laseleccindeun acoplamientoflexibleesmsquelosrequerimientos detorqueytamaodeleje.Esimportanteentenderlasfuncionesdel acopleflexibleenelsistema,losrequerimientosdeoperacindel sistemaylascaractersticasdelacopleseleccionado.Los acoplamientosflexiblescumplencuatrofuncionesprincipalesen sistema detransmisin: l.Transmiten torque yrotacin desde el motor ala carga. 271 2.Amortiguan la vibracin. 3.Facilitan eldesalineamiento. 4.Influyen en la frecuencianatural delsistema. Lacapacidaddemanipulareltorquedeunacoplamientodiseado defineeltamaobsicodelacople.Eltorquenominaleslacarga continua en el acoplamiento indicada por el fabricantebajoun conjunto decondiciones.Eltorquemximoeselpicomsaltoqueel acoplamientopuedemanejarparaelarranque,paradademquinas, funcionamientoencontinuaresonanciaysobrecargasmomentneas. Eltorquedevibracineslavibracindelacoplamiento,considerada en 10Hzparaacoplamientoselastomricos.Larotacindelos acoplamientospuedeseruniforme(velocidadconstante)ociclica (Juntas Hooke). Todoslossistemasdetransmisinexperimentanalgunavibracin.La vibracinpuedeexcederloslimitesdediseo,causandofallasenel sistema.Losacoplamientosflexiblessonunmtodoparaamotiguarla cantidaddevibracin,tantodelmotorcomodelequipoaccionado. Cuandoseutilizaacoplamientoflexible,lavibracinsetransfiereal material,lacual la absorbemsbienquetransmitirla alatransmisin completa.Materialesblandoscomoelcauchonatural,puedeabsorber mejorlasvibracionesquelosmaterialesduros,comoelacero.Siun sistematienedesalineamiento,haydosfactoresaconsiderar.Primero, usarunacoplequepuedaoperarentrelosdosejesdesalineados. Segundo,sedebeasegurarqueelacoplamientonoejerzafuerzas excesivas sobre el equipo debido al desalineamiento. Lacantidaddedesalineamientoqueun acoplamientopuedeaceptar es variable.Losplatosdetransmisindeacero,porejemplo,aceptan solamentedesalineamientosigualesalastoleranciasdesu mecanizaclOn,tanpequeascomo0.005pulgadas.Otros acoplamientospuedenaceptardesalineamientoshastade45.El mximo desalineamiento admisible es funcindela capacidad detorque utilizadoylacantidaddetorquedevibracinqueelsistemaest transmitiendobajo alineacin perfecta. Sihay un sistema dedesalineado,elmaterial usado en el acoplamiento esimportante.Eldesalineamientopuedecausar fuerzasradialessobre elsistema.Silasfuerzasradialessongrandes,algunoscomponentes comoloscojinetes,sellos yejespuedenexperimentaresfuerzos severos yfallasprematuras.Materialesdiferentesejercenfuerzasradiales diferentes;losmaterialesblandostpicosejercenmenosfuerzaradial que los materiales rgidos. Lafrecuencianaturaldeunsistemapuedealterarsecambiandola inerciadecualquieradeloscomponentesolarigidezdelacoplamiento usado.Generalmentecuandounsistemadetransmisindiseadoes difcil ycostosocambiar la inerciadeloscomponentes,por lotantocon 273 laseleccindel acoplamientoesposiblealterar la frecuencianatural del sistema. 6.CLASIFICACIONDELOSACOPLES Los acoplamientos pueden ser: Acoplamientos rgidos Acoplamientos flexibles Acoplamientos deslizantes Acoplamientosde unin universal tipoHooke Acoplamientos contra sobrecarga 6.1.Acoplamientos rgidos Losacoplamientosrgidosseutilizancuandolosejesestn perfectamentealineadosynovanasufrirningunaclasede desplazamientoduranteelfuncionamiento.Talalineacinesdificilde conseguirenlaprctica,ysiconsigueesdificildemantenerlaacausa defactoresyamencionadascomo,lavariacindelatemperatura,el desgastedeloscojinetes,ladeformacindelosrbolessometidosa carga,etc.,loscualesoriginanesfuerzosquepuedenconducirala rotura del acoplamiento.Por eso los acoplamientos rgidosseusanms quetodoenejesrelativamenteflexiblesyquetrabajanabajas velocidades. Los acoplamientos rgidos sefabricanen tres formasdiferentes: Acoplamiento demanguito Acoplamiento demanguito partido Acoplamiento debridas. Elacoplamientodemanguitoconstadeunmanguitoobujeydos pasadorescnicosqueunenrgidamentelosextremosdedosrboles. Ver Figura61. Pasadoresconicos

n,.rlJ -::'. O :---'()'\r,;Z,l .-- J..."... ...... Manguito oBuje Figura 61.Acoplamiento demanguito. Elacoplamientodemanguitopartidoconstadedosmitadesquese ajustanmediantepernosydeunachavetalargaqueayudaala 274 alineacindelosdosejes.Unadelasventajasqueofrecestetipode acoplamiento es quepuedeser montado ydesmontadosinnecesidad de moverlos ejes.(Figura 62). Chaveta ,- Pento \. I Mitadesmetalicas Figura 62.Acoplamiento demanguitopartido. acoplamiento debridas est compuesto de dosplatos bridas quese ajustanmediantepernosydeunachavetalarga.Ademsdetenerla mismaventajademontarseydesmontarsesinmoverlosejes,comoel acoplamientodemanguitopartido,tienelaventajaadicionalde transmitir mayores potencias.(Figura 63). Bndas Figura 63.Acoplamiento de bridas. En la figurasemuestra,un acoplamiento rgido de bridas,conla siguientes anotaciones aplicadas al acople: f!t VNI\'fl{Sll N.\CIONALHECO ---_ - LOMBIADFPT --nI"',.BIBUOTFCAS >A"EFE" GMEZ 275 h Figura 64.Acoplamiento debridas OBe==dimetro del crculo depernos,mm OH=:dimetro delcubo ocampana,mm Os=Oimtro del eje Mt= capacidad detorque,N.m. Ss::=esfuerzo constante admisible,Pa SB::=presin deapoyo para elperno oplato,Pa tespesor delplato,mm ddimetro del perno,mm n::=nmero efectivodepernos tomando todoslospernos silos huecos para lospernosson ensanchados yla mitad deellossi son colocados en espaciolibre. Eldimetrodelcuboocampanadebeseraproximadamente1.75a2 veces el dimetro del eje,o:OH==1.750s a20s(12.1) Elmnimoespesordelplatoestbasadoendosconsideraciones:l. Resistenciaalcortantedelplatoy2.Elapoyodelplatoyperno, asumiendoquelospernosestan apretadosysonpresionadoscontrael plato.Lacapacidad detorque,est basada en el esfuerzo cortante dela mnimareaenelempalmedelcuboyelplatoypuedesercalculada de: OHMt==Ss(nOHt)--- ot==(12.2) 2nSSO[l Paralascargassobreelcojinetecausadasporelpernoyelplato,la capacidad detorque es: (12.3) Mt==Ss(dt) Paralosacoplamientosrgidosdebridas,elanlisisdelospernosse haceteniendo en cuenta una delas varias suposiciones diferentes: 276 l. Lospernosestnjustamenteapretadosylacargaestransmitida desdelamitaddelacoplealaotramitadpormediodeunesfuerzo cortante uniformeen elvstago de elperno. 2.Lospernosestnjustamenteapretadosylacargaestransferida desdelamitadconunesfuerzocortantemximoenelvstagodel perno igual a1.33 veces elesfuerzocortante medio. 3.Lospernosestnsuficientementeapretadosdetalmaneraquela potenciaestransmitidadelamitaddeacoplealaotramitadpor mediodela friccin. 4.Lospernossonapretados yunapartedelapotenciaestransmitida pormediodefriccinyelrestodelapotenciaestransmitidaporel esfuerzocortante en lospernos. 6.2.Acoplamientos flexibles. Losacoplamientosflexiblesconstanbsicamentede.dospartes metlicasiguales,unidasacadarbolmediantechavetas,ydeun elemento intermedio flexibleque puedeser de caucho metlico. Losacoplamientosflexiblespermitenpequeosdesplazamientosdelos ejes,tantoenformaaxialcomoradial,ysirventambienpara absorber choques yvibraciones ocurridas durante elfuncionamiento. Los acoplamientos flexiblesms utilizadosson: AcoplamientotipoOldham. Acoplamiento de cadena Acoplamiento de cojn. ElacoplamientotipoOldhamestcompuestopordosdiscosmetlicos rasuradosfrontalmenteydeunapiezaintermediadecauchoque ensamblaenlasranuras,lascualesformanentresiunngulode90 grados.Estetipode acoplamientopermite cierto desplazamientoaxial y radial delos ejes.(Figura 65). 277 I \:sJzP I)/4.-..Pieza intermedia decaucho Figura 65.Acoplamiento detipoOldham. Elacoplamientodecadenaestcompuestopordoscubosconruedas dentadas,sobrelas queseadapta una cadena doblede rodillos,comolo muestralaFigura66,detalmanera quelatransmisindemovimiento seefectaatravsdelacadena.Estetipodeacoplamientopermiteno slociertodesplazamientoaxialyradial,sinotambinunpequeo desplazamiento angular delos rboles acoplados.(FiguraNo.22). Cubo1--..... ,..,----- Cubo2 Cadena Figura 66.Acoplamiento de cadena. Elacoplamientodecojnconsistededosbridas enchavetadas alosejes yde una banda intermedia de caucho que acta amanera decojn.Los acoplamientosdecojnsecaracterizanporsoportarunaltogradode desplazamientodelosrboles,tantoaxialyradial,comotambin angular.(Figura 67). 278 Platos oBridas Banda decaucho Figura 67.Acoplamiento de cojn. 6.3.Acoplamientos deslizantes ElacoplamientodeslizantemssencilloconstadeuntubodeseCClOn interna cuadrada en elcual entra un ejedeseccincuadradatambin, detalmaneraqueelejepuededeslizardentrodeltubodurantela transmisindemovimiento.Esteacoplamientoescomnmenteusado entreeltomadefuerzadeltractoryelejedelosaperos,para compensarelalargamientoyacortamientodelasdistanciasentrelos ejes durante las curvas. 6.4.Acoplamiento deunin universaltipoHooke Lajuntacardnicauniversalesunmecanismodevelocidadno constantecompuestobsicamentededoshorquillasacopladasentresi mediante una pieza en forma decruz llamada cruceta. Unahorquillaseconectaalrbolmotrizodeentradaylaotrase conectaalrbolreceptor,queentresiformanunngulodeterminado, peroconvelocidadesangularesdiferentes.Lasprincipalesventajasde lajuntason:albajocostodefabricacin,b)construccinsimpley robusta, yc)larga vida yfacilidaddeservicio. Elmovimientocinemticodela junta esinusualcuandola juntaopera enngulo,elmOv'mientodelahorquilladesalidanosigueel movimientodelahorquilladeentrada en desplazamientoyvelocidady aceleracin.Lavariacinentrelosmov'mientodeentradaysalida dependendelngulodeoperacinentrelosdosejes.Elmovimiento tienelas siguientes caractersticas: 1.La velocidad yel desplazamiento angular medioson uniformes. 2.Eldesplazamientoangulardelahorquilladesalidaduranteuna velocidadretrasa yavanza la horquilla de entrada dos veces. 279 3.LaaceleracinangularinstantneamaXlmaodesaceleracindela horqUlllaimpulsadaocurrecuandolavelocidadangulardelasdos horquillas es lamisma. 4.Laaceleracinangularmximaodesaceleracincoincidenconel ngulo de retraso oadelanto,respectivamente. 5. Alincrementareldesplazamientoangular,lavelocidadyla aceleracinaumentancuandoelngulodela juntaaumenta,pero en una tasa creciente. Lafigura68muestralarelacinangularbsicadeuna junta universal operando con un ngulo arbitrario. J,\ f:) Figura 68Relacin angular deoperacin de la junta cardnica. Eldesplazamiento desalida Joes reguladopor el ngulodeoperacin O ysepuede calcular como: tanJocos 8tan Ji(12.4) Donde Ji= ngulo deposicin de la rotacin Diferenciandola ecuacin(12.4)conrespecto al tiempo,seencuentra la velocidad angular desalida: .5) El ngulo deoperacin es asumido constante con eltiempo.La relacin de velocidad angular mxima es: J= m cose1 == (12.6) 280 DiferenciandolaecuaClOn(12.5)conrespectoaltiemposeobtienela aceleracin angular desalida: o=2(12.7) o(1-Laaceleracin angular mxima es aproximadamente _22R' ( 0 0 )m-sen1-"(12.8) mximoretrasooavance entre el desplazamientodeentrada ysalida es: ()m= 2(12.9) Donde (12.10) Unaderivacinsimplificadadelavelocidadnoconstantedejunta cardnica semuestra en la Figura 69. v w,R Figura69.Caractersticasdelmovimientocinemticodelajunta cardnica. Cuandolajuntaoperaenngulo,lavelocidaddesalidaeslamlsma quelavelocidaddeentrada.Sinembargo,cuandolajuntaoperaen ngulo,ambas velocidades sondiferentes.Para analizar la variacin de velocidad,seasumequeunpuntoenlahorquilladesalidarota alrededordelalneacentralenunatrayectoriacircularradioRa una velocidadlineal constante V.La velocidad angular de entrada dela horquilla impulsadota es (D=VIR(12.11) Cuandoseobservaalolargodelejerotacionaldelahorquilla impulsada,latrayectoriacirculardelpuntodescribeunaelipseconeje mayorRyejemenorRcose.Ladistanciadelpuntodesdelahorquilla impulsoraalejerotacionalesV.Entonceslavelocidadangulardela horquilla impulsada en trminos develocidad angular de entrada es: 281 VR(, ==( 12.12) RcoseRcosecose Silahorquilladeentradaest90delaposicindelaFigura....... ,la distanciadesdeelpuntoalejerotacionalalahorquillaimpulsora es R, la velocidad lineal alrededor del ejeimpulsor es VcosO.En esteinstante deorientacindelatransmisin,lavelocidadangulardelahorquilla impulsora,en trminos de la velocidad angular deentrada es: vcoseOJ,Rcosee(;):::::::::::::::meos(12.13) oRR1 Durantelarotacinde90delahorquillademando,lavelocidad angularinstantneadelahorquillaimpulsoravaradew/ cosOal cosO.Lavelocidadangulardesalidavaracontinuamenteentreesas velocidadesmximaymnimadelahorquillaimpulsora.Comose observaenlaFigura69,lahorquillaimpulsoraexperimentadosciclos completosdevariacindevelocidadporcadarotacindelahorquilla impulsada.Elngulodeatraso yavance entre la horquilla impulsada y la horquilla impulsora es: tan32- tan31tanO'(12.14) 1+ tan31tan32 DondePIyP2ngulos de la Junta 6Caractersticas dela lnea detransmisin con Juntas cardnicas. Elposicionamientorotacionaldelashorquillassobresuspropiosejes hacequeelmovimientodesalidaseaprcticamenteuniformeconel movimientodeentrada,estoesconocidocomoajustedefaseparael sistemadedobleJuntamuyusadoparaaccionarmquinasagrcolas, el ajustedefaseesperfecto,por laubicacindelashorquillassobrelos ejesconectadosdemodoqueellosestnalineadosenelmismoplano simultneamente.CondosJuntasenunsistemadeejesde transmisin,la variacindevelocidadentrelosejesdeentrada ysalida puede ser eliminada con el ajuste de fase. 6.6.Momentos secundarios en juntas cardnicas. Enposicinangulada,eltorquetransmitidoatravsdelalneade transmisin produce fuerzas ymomentos sobre la junta. Elmomentodeflexinestsiempreenelplanodelosobjetosde sujecindelashorquillasdelajunta.Paraelejeimpulsado,el momento es aproximadamente: Mi= TcosOtanf3i(12.15) 282 DondeMi=momentoen el ejeimpulsadoN.m T=torquetransmitidoN.m O=ngulo de operacin en grados 3i=ngulo de entrada de la junta. Para el ejedesalidamomentose calcula en forma similar: Mo==TcosO3o,donde130es el ngulo desalida dela junta. 6.7.Juntas universales de velocidad constante. Lasyuntasuniversalesdevelocidadconstanteeliminanlas fluctuacionesdelasjuntascardnicastradicionales.Lasjuntasde velocidadconstanteconsistenendosjuntasuniversales convencionales.Lascrucetas delasdos juntas estn conectadas alas horquillasconunsoporteinterno,teniendolainterseccindelosejes como semuestra en laFigura 70. Conestas juntas,larelacindelavelocidadangularinstantneaes la unidadeneldiseodelngulodela junta yceroymuycercanoala unidad en todos los otros ngulos de la junta. Laventajacinemticadelas juntas universalesdevelocidadconstante son: l.La vibracin torsional es eliminada dentro de la junta. 2.Los ejesde latransmisin trabajan avelocidad uniforme. 3.Las cuplas dinmicas secundarias son eliminadas. Otras ventajas de estas juntas develocidadconstante,para las lneas detransmisin queusan eltoma defuerza(PTOlson: I ';]e(teentrada Figura70. , 1 j 2133 l. PuedenserubicadasdetalmaneraquelosangulosdeoperaclOn sean iguales en direcciones opuestas oen la misma direccin. 2.Sontpicamenteusados cuando los angulos deoperacindela junta son grandes para usar una simple junta cardanica. 3. Elmecanismodecentradoesesencialmentecompensadoparalas fluctuacionesdelavelocidadangulardelasdosjuntascardanicas, generando una velocidad desalida constante. 4.Puedenoperarconangulosdejuntaconstantesde30a35e intermitentemente conangulos hasta 70. 5. Tienen relativa alta vida. 6.Usan losmismos apoyos ycomponentes dela junta cardanica. 7. Permitengranflexibilidadenlaslneasdetransmisinconeltoma defuerzaenelsistematractoreimplemento,debidoaqueelpunto deenganche conrelacinal ejedeentrada altoma depotencia yeje de entrada al implemento no es critico. 8. Estasjuntaspermitenqueelimplementopuedaseroperadocon mayor eficiencia queotras juntas cardanicas. 6.8.Acoplamientos contra sobrecargas para las lneas detransmisin. Lanecesidaddedispositivosdeproteccindesobrecargasha aumentadodebidoalcrecimientodela capacidaddelostractores,cuya potenciaexcedenormalmentelarequeridaenloscomponentesdela transmisin. Cuandoun implementoes enganchado utilizandolatomadefuerzadel tractor,lalneadetransmisintiendeasobrecargarsetrayendocomo resultado: 1)eltomadefuerza(tdf)fallasinosetieneunabuenaresistencia estructural;2)Unodeloscomponentesdelatransmisin(tales comoconjuntodeengranajes,correasocadenas)falladebidoala poca resistencia del enganche o3)eltractor se para oserompe. Para aproximarsealosproblemas desobrecarga,generalmentesedebe apoyarenelrediseodelejedeltomadefuerzaoenloscomponentes delalineadetransmisindelimplemento.Unmejoracercamientoes disear todos los componentes dela linea detransmisin atransmitir la potenciadeoperacinnormal yaproteger eltractor yelimplemento de lasaltascargasdetorqueousandomecanismosdeproteccinde sobrecargas. Lassobrecargasdetorqueenlossistemasdetransmisindeltomade fuerzasonevitadasincorporandomecanismosparadesconectaro limitarlapotenciatransferidadesdeeltractoralimplemento.Los mecanismosmascomunesusadosparaprotegerlaslineasde transmisinson:alembrague contra sobrecarga,b)embrague derueda libre yc)elembragueelastico. 284 --=---'-------------------------_..~- - - - - - = - - ~ , - ~ . Laseleccindealgunasdeestosembraguespara lalneadeproteccin deltoma de potenciaest determinada por: 1)Eltipo de elemento aser protegido 2)Condiciones de operacin esperada 3)Lascaractersticasdeltorquequeactasobrelalneade transmisindurantelaoperacinnormalyensobrecarga.Estas caractersticas generalmenteson obtenidas en pruebas de campo. 4)La carga limitedetodoslos componentes de la lnea detransmisin. 5)La velocidadde toma depotencia 6)Losngulos deoperacin de la junta Loscatlogosdelosfabricantesdelas juntasuniversalesSUmlnlstran lostiposylosdetallesparalosembraguesensusnumerosas aplicaciones de diseo. Untipodeembraguecontrasobrecargaseselacoplamientodepatinaje queconsta dedosplatosconsuperficies defriccinen formaondulada oquebrada.(Figura71).ajustadosmediantelapresindeunresorte, cuyatensinescontrolableporunatuerca(6)quepermiteajustarel mecanismoalvalordelesfuerzodetorsinrequerido.Cuandose produceuna sobrecarga losplatosdeslizanalexcederelvalorajustado detorsin.Esteacoplamientoesusadoeneltomadefuerzadelos tractoresyenmuchossistemasdemandoencosechadoras combinadas.Losnumerales(2)y(3)en laFigura 71,serefierenaleje deltomadefuerzayalejedelequipoagrcola,respectivamente;el numeral(4)esunacoplamientodeslizante,mientras quelosnumerales (5)son acoplamientos tipoHooke. Figura 71.Acoplamiento depatinaje. Otros mecanismos mecanismos utilizados en losequipos agrcolas para protegerelementosopiezassonlospernoscortablesqueactancomo losfusiblesenlasinstalacioneselctricas.Unasobrecargaenel mecanismo conduceprimero alarotura delperno;detal manera quela mximacargaaplicablealmecanismoestdeterminadaporla resistenciaalacortaduradelperno.Estospernosseusanentreun engranaje ysu cubo entre un arado ysu conexin.Ver Figura 72. ?''i Pernocortableen engranaje 1:-,;: ,.r "' t

.','-:-': l:Ii1ilo8 Pernocortableen arado Figura 72.Pernos cortables. MODELO1.Unacoplergidodebridastieneunagujerode50mm. Seispernos estn posicionados en un dimetrodel circulodepernos de 125mm.El eje ylos pernos son deSAE1030 con un esfuerzo ltimo de 551.6MPayunaresistenciaalafluenciaentensinde344.7MPa. Determinareltamaodelospernosrequeridosparatenerlamisma capacidad queelejeen torsin.Asuma un factordechoque yfatigade 1.El factorde concentracin de esfuerzos en la cua es de 0.75. Silaresistenciaalcortanteesel18%delaresistencialtimaoel 30%delaresistenciaalafluencia,sedebeusarelmenorvalorde conformidad con elcdigo delaASME. Entonces:Ss = 0.18(551.6)= 99.3x106 Pa Ss0.30(344.7)=103.4xl06 Pa La capacidad del eje: Mt= TTSsD;=TTx(99,3x106 )x(50)3(10's) 2437.2N.m 1616 Usandolahiptesis1:Lospernosestn justamente apretados yla cargaestransmitidadesdelamitaddelacoplealaotramitadpor mediodeunesfuerzocortanteuniformementeenelvstagodel perno. Mt=Ss(lj4nd2)(lj2D8c)n 2437.2=(99.3)( Te)(d2)(125)(6)(106xlO-6)4 d8mm - Usandolasuposicin2:lospernosestncabalmenteapretadosyla carga estransferida desde lamitad delacopleala otra mitad con un 286 esfuerzo cortantemximo en el vstago igual a1.33veces el esfuerzo cortante medio,eldimetro delpernoser: 2437= (99.3)(rrj4)(d2)()(125)(6) D=10.5mm MODELO2.Asumaqueeldiseodeunacoplamientorgidodebridas estbasadoenlahiptesis3:lospernosestnlosuficientemente apretadosdetalmaneraquelapotenciaestransmitida delamitaddel acoplealaotramitadpormediodelafriccin.Elacoplamientotiene seispernosdedimetro12.7mm.Lospernostienenunaprecargade 22240N.Eldimetrointeriordecontactoesde178mmyeldimetro exteriorde203mm.Elcoeficientedefriccinentrelascarasdel acoplamiento es de0.15.Elacoplerota a300rpm.dimetro deleje es de50 mm ytieneuna resistencia ltima alatensin de586xl06 Pa y unaresistenciadefluenciaalatensinde310.3xl0f Lospernos estn colocados en espacios libres dentro delacoplamiento.Determinar lacapacidaddepotenciamximabasadaenlafriccindetalmanera queeldeslizamientoocurraentrelasfasesdecontacto.Compararla capacidaddepotenciadelejeconlacapacidaddepotenciadefriccin. Asumaqueelejetrabajaatorsinyoperabajocondicionesdecarga estable.El factor deconcentracin de esfuerzo es de 0.75. "yCapacidad detorquebasada en la friccin: F= fuerza axial en los pernos =6(22240)133440N ddf'. ,2 -JRf ra10erlCClon = - 2_2 3RoR Rf= 3.1(1 01.5)3 - (89)3l ==95.25mm 31(101.5)2 -(89)2 j Mt ==F(RDUl=(133440)(95.25)(0.15)1906.5 kN.mm Potencia defriccin== 1906.5kN(300rpm) =59.9kW 9559. ;rCapacidad detorque del eje: Mt= Ss0.18(586x106)==105.5xl06Pa Ss0.3(310.3x106)93.1x106 Pa Usando elmenor valor deSs: Mt==93.1(rr)(50)3(0.75)1796.5 kN.mm 287 deleje==56.4kW 9.55 Por lotanto,el acoplamientotiene una capacidad depotencia basada en friccinms alta que la capacidad depotencia deleje. MODELO3.En lafigura,untorquede40.000N.mmesaplicado aleje SIdeuna junta universal en lacualSIyelejedesalidadeestn en mismoplano.DeterminareltorqueenelejeS2,paralaposicin mostrada. relacinentrelasvelocidadesangularespuedeserusadapara obtenereltorque.Asumiendoquenohayprdidasporfriccin,la potencia de entrada es igual ala potencia desalida: TUl=T2Ul2 TIUll=T2UlCOSe e =20 Y f3= 90(posicinmostrada en la figura T2= 40.000/cos200= 42.500N.mm F C()S20=950 cas20"'" ROON .,....._.....---1-'sin20850sin'" 290 N 40,000N mm Ir CruzetLt F 20" ---- b-......, iRl 1MB.... Al1-'=_11 8 M,x :vlBe 1) V 1M , "' _____-!--___.7 ---J: JOS BIBLIOGRAFA ALVAREZ,M.F.Elfactordeseguridadparadiseo.AreaMaquinaria Agrcola.DepartamentodeIngenieraAgricolayAlimentos.Medelln. 1996.6p.(Mimeografiado). ALVAREZ,M.F.Aspectosdediseodelasherramientas delabranza. AreaMaquinariaAgrcola.Departamento.deIngenieraAgricolay Alimentos.Medelln.1997.32p.(Mimeografiado). 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