MÁQUINAS - ELEMENTOS DE MÁQUINAS

Cuellarín de eje según DIN 705

El collarín de eje es componente mecánico importante, si bien sencillo, encontrado en muchas aplicaciones de transmisión de poder, más notablemente en motores y cajas de cambio. Los collarines se utilizan como topes mecánicos, elementos de posicionamiento y caras de cojinetes. Su diseño sencillo y de fácil instalación.

Animación de dos engranajes: corona (derecha) y piñón (izquierda).

Cadena de rodillos y corona.

Corona motriz de una oruga de un tanque.

En un mecanismo, una corona, plato o estrella es un elemento dentado utilizado en transmisiones, sea en un engranaje o en una transmisión por cadena o transmisión por correa dentada. En contraposición con un piñón, se denomina corona a la rueda dentada de mayor tamaño, y por tanto, de mayor número de dientes de cada etapa de reducción o de multiplicación de velocidad.

En el caso de formar parte de un mecanismo reductor de velocidad (en el que el eje de salida gira más despacio que el eje de entrada), como la caja de velocidades de un automóvil, la corona es una rueda conducida. En cambio, en un mecanismo multiplicador de velocidad (en el que el eje de salida gira más deprisa que el eje de entrada), como en la transmisión de una bicicleta, la corona es la rueda motriz.

Se denomina también corona a una herramienta de corte utilizada para realizar agujeros de gran diámetro.

Corona de engranaje[editar]

Puede ser de muchos diseños distintos según sus dientes: hipoides, recto, oblicuo, doble oblicuo o helicoidal. En el caso de un dentado helicoidal, la corona puede formar un engranaje helicoidal, con otra rueda con dentado helicoidal, o un engranaje de tornillo sin fin.

correa de distribución, banda de distribución, faja de distribución o correa dentada, es uno de los más comunes métodos de transmisión de la energía mecánica entre un piñón de arrastre y otro arrastrado, mediante un sistema de dentado mutuo que posee tanto la correa como los piñones, impidiendo su deslizamiento mutuo. Se emplea muy frecuentemente en motores Otto y diésel de 4 tiempos entre el cigüeñal y el árbol de levas, en motores de motocicletas y maquinaria industrial, de forma general, es una correa de goma que normalmente enlaza un generador de movimiento con un receptor de la misma por medio de poleas o piñones.

Funcionamiento[editar]

En automoción, usada en muchos motores de 4 tiempos tanto diesel como gasolina, la correa de distribución transmite el movimiento desde el cigüeñalal árbol de levas, con una relación de transmisión o de desmultiplicación de 1 : 2, es decir el árbol de levas gira a la mitad de revoluciones que el cigueñal. Va montada sobre unas ruedas dentadas llamadas piñones. La función de esta correa es sincronizar los 4 tiempos del motor, la apertura y cierre de las válvulas de admisión y escape y la función del encendido del motor ya sea la chispa de la bujía o la sincronización de los inyectores diesel. Su forma, material, longitud y ubicación varían dependiendo del tipo de motor. En muchos casos arrastra también la bomba de refrigerante y / o la bomba de aceite del motor. Hay motores que poseen más de una correa, por ejemplo para ejes contrarrotantes antivibratorios.

La correa de distribución, o correa dentada, debe sustituirse periódicamente dependiendo del uso, ya que el desgaste que se produce en ésta puede provocar daños graves en la culata, especialmente las válvulas, e incluso en los pistones. En los motores diesel de bomba rotativa está sometida a mucho más trabajo por las compresiones/descompresiones cíclicas del gasoil; esta circunstancia se ha eliminado con las bombas de alta de los sistemas Common-Rail.

Longitud de Correa[editar]

Dentro de las especificaciones de una correa es necesario conocer su longitud, y en muchos casos se debe calcular. Para realizar el cálculo de la longitud de una correa debemos conocer: la distancia entre los centros de las poleas y los radios de dichas poleas. En el caso de un sistema con dos únicas poleas o tambores, el cálculo se realiza de la siguiente manera:

${\displaystyle L=2{\sqrt {c^{2}-(R_{2}-R_{1})^{2}}}+R_{2}(\pi +2\beta )+R_{1}(\pi -2\beta )}$

Entonces conociendo estos datos se pueden realizar los siguientes cálculos, mediante los arcos de círculo y dimensiones de ángulos:

• c: Distancia entre centros
• ${\displaystyle R_{1}}$: radio del tambor o polea 1
• ${\displaystyle R_{2}}$: radio del tambor o polea 2
• ${\displaystyle \beta }$ : ángulo de contacto correa-tambor

 correa de transmisión a un tipo de transmisión mecánica basado en la unión de dos o más ruedas, sujetas a un movimiento de rotación, por medio de una cinta o correa continua, la cual abraza a las ruedas ejerciendo fuerza de fricción suministrándoles energía desde la rueda motriz.

Es importante destacar que las correas de trasmisión basan su funcionamiento fundamentalmente en las fuerzas de fricción, esto las diferencia de otros medios flexibles de transmisión mecánica, como lo son las cadenas de transmisión y las correas dentadas las cuales se basan en la interferencia mecánica entre los distintos elementos de la transmisión.

Las correas de transmisión son generalmente hechas de goma, y se pueden clasificar en dos tipos: planas y trapezoidales.

Correas planas[editar]

Las correas planas se caracterizan por tener por sección transversal un rectángulo. Fueron el primer tipo de correas de transmisión utilizadas. Pero actualmente han sido sustituidas por las correas trapezoidales. Son todavía estudiadas porque su funcionamiento representa la física básica de todas las correas de trasmisión.

Correa multipista.

Correas multipista o estriada[editar]

Actualmente están sustituyendo a las trapezoidales, ya que permiten el paso por las poleas tanto de la cara estriada (de trabajo) como de la cara plana inversa, permite recorridos mucho más largos y por lo tanto arrastrar muchos más sistemas. Además permiten el montaje de un tensor automático. En las aplicaciones más conocidas, la de los automóviles o vehículos industriales, pueden arrastrar por ejemplo a la vez: alternador, servodirección, bomba de agua, compresor de aire acondicionado o ventilador (este último sólo en tracción trasera e industriales).

Generalidades[editar]

Las características más importantes de las correas de trasmisión se obtienen a partir un balance de fuerzas en su paso por la poleas, ya que en este paso son mayores las solicitación de la correa. Las fuerzas que actúan sobre la correa en este paso son:

• Fuerzas de fricción: ${\displaystyle {\vec {f}}}$
• Fuerzas centrífugas: ${\displaystyle {\vec {F_{c}}}}$
• La tensión bajo la cual se encuentra la correa: ${\displaystyle {\vec {t}}}$
• La fuerza normal de contacto que ejerce la polea sobre la correa: ${\displaystyle {\vec {N}}}$

Si analizamos un elemento diferencial de la correa, en su paso por una polea obtendremos las siguientes sumas de fuerzas:

• Fuerzas en el eje horizontal:

Elemento diferencial de una correa de trasmisión en su paso sobre la polea.

${\displaystyle t\cos \left({\frac {d\alpha }{2}}\right)-\left(t+dt\right)\cos \left({\frac {d\alpha }{2}}\right)+df=0}$

conociendo las propiedades la función coseno, podemos aproximar los término que contienen ${\displaystyle d(\alpha /2)}$ a 1, entonces concluimos que cada incremento en la tensión es contrario al incremento de la fricción:

${\displaystyle dt=-df}$

Este hecho es fundamental, porque determina que la tensión en la correa aumenta si nos desplazamos en sentido contrario a la rotación de la rueda de estudio.

• Fuerzas en el eje vertical:

${\displaystyle d{F_{c}}+dN-\left(t+dt\right)\sin \left({\frac {d\alpha }{2}}\right)-t\sin \left({\frac {d\alpha }{2}}\right)=0}$

igual que anteriormente aprovechamos las propiedades de la función seno para igualar ${\displaystyle \sin(d\alpha /2)\approx d\alpha /2}$

${\displaystyle d{F_{c}}+dN=2td{\frac {\alpha }{2}}+dtd{\frac {\alpha }{2}}}$

Ahora consideramos que el producto de diferenciales ${\displaystyle dt*d(\alpha /2)}$es tan pequeño como para ser despreciado y lo igualemos a cero. Luego expresamos a la fuerza normal en función de la fricción (${\displaystyle df=\mu dN}$) y sustituimos a la fuerza.

Correas trapezoidales o en "V"[editar]

A diferencia de las planas, su sección transversal es un trapecio. Esta forma es un artificio para aumentar las fuerzas de fricción entre la correa y las poleas con que interactúan. Otra versión es la trapezoidal dentada que posibilita un mejor ajuste a radios de polea menores.

• Las correas en V se fabrican usualmente en tela y refuerzo de cordón, generalmente de algodón, rayón o nylon, y se impregnan de caucho (o hule).
• Se usan con poleas ranuradas de sección similar y distancias entre centros más cortas.
• Son ligeramente menos eficientes que las planas, pero varias pueden montarse paralelas en poleas ranuradas especiales; por tanto, constituyen así una transmisión múltiple.
• Las correas trapezoidales son, entre los tipos básicos de correas, las que han adquirido mayor aplicación en la industria.
• La capacidad de carga de una correa trapecial es mayor que la de una plana debido al mayor coeficiente reducido de fricción.

Ventaja de las Transmisiones por correas en "v"[editar]

• Instalación económica y fácil
• Buena eficiencia mecánica
• Su operación es silenciosa y suave
• Larga expectativa de vida si son bien instaladas