Universidad Nororiental Privada
Gran Mariscal de Ayacucho.
Escuela de Ingeniería de Mantenimiento Industrial.
Núcleo Cumaná
Cátedra: Elementos de máquina.
Integrantes:
Figueroa, José. C.I.22.628.862.
Manosalva, Nelkaris. C.I: 22.631.241.
Monrreal, Gerardo. CI.16.667.787.
Rodríguez, Jannileth C.I: 24.740.012.
CUÑAS, ACOPLAMIENTOS Y SELLOS.
Las cuñas y acoplamientos conectan las partes funcionales de los mecanismos y las
máquinas, y permiten que las partes móviles transmitan la potencia, o que las partes se
ubiquen unas respecto a otras. Mientras que los sellos protegen los componentes críticos, lo
cual impide la entrada de contaminantes, o retienen fluidos dentro de la caja de una
máquina.
Definiciones.
CUÑAS: se usan para evitar el
movimiento relativo entre una flecha y
elementos de máquinas, tales como,
engranes, poleas, ruedas dentadas,
palancas, poleas, impulsores, etc.
Dentro de los tipos de cuña se encuentran:
Cuñas cuadradas y
rectangulares paralelas: el tipo
más común de cuñas para ejes
hasta de 612
pulgadas de
diámetros, es la cuña cuadrada. La
cuña rectangular se recomienda
para ejes largos, y se utiliza en
ejes cortos donde se pueda tolerar
la menor altura. Tanto la cuña
cuadrada como la rectangular se
denominan cuñas paralelas,
porque sus caras superiores,
inferiores y laterales son paralelas.
Cuñas inclinadas y cuñas de
contrachavetas: las culas
inclinadas se diseñan para
insertarse desde el extremo del
eje, cuando el cubo ya está en su
posición; no para que se instale
primero la cuña, y después se
deslice el cubo a su posición sobre
la cuña, como en el caso de las
cuñas paralelas. La inclinación se
da cuando menos en la longitud
del cubo, y la altura H, medida en
el extremo del cubo, es la misma
que para la cuña paralela. En
forma típica, la inclinación es 1/8
de pulgada por pie. Con este
diseño es menor el área de carga
en los costados de la cuña, y se
debe comprobar el esfuerzo de
empuje.
La cuña de contrachaveta tiene
inclinación dentro del cubo, la cual es
igual a la inclinación de la cuña inclinada
plana. Pero la cabeza que sobresale
proporciona el medio de extraer la cuña
desde el mismo extremo que se instaló.
Esto es muy conveniente si el extremo
opuesto no está accesible para sacar la
cuña.
Cuñas cilíndricas: la cuña de
pasador, se coloca entre ranuras
cilíndricas en el cubo y en el eje.
Este diseño produce menores
factores de concentración de
esfuerzos, en comparación con las
cuñas paralelas o inclinadas. Se
requiere un ajuste estrecho entre la
cuña y la ranura, para asegurar
que no se mueva la cuña, y que la
carga sea uniforme en toda su
longitud.
Cuñas Woodruff: es un
segmento de disco plano con un
fondo que puede ser plano o
redondeado. Se le especifica
siempre mediante un número,
cuyo dos últimos dígitos indican
el diámetro nominal en octavos de
pulgada, mientras que los dígitos
que proceden a los últimos dan el
ancho nominal en treintaidosavos
de pulgadas.
Componentes y Funcionamiento:
La cuña esta forma por dos planos
inclinados opuestos, las conocemos
comúnmente como punta, su función
principal es introducirse en una
superficie.
Estudio de las fuerzas de las cuñas:
La cuña es un amplificador de
fuerza (tiene ganancia mecánica) su
forma de actuar es muy simple:
Importancia de la cuña:
Es muy importante, ya que sirve
para hender o dividir cuerpos sólidos,
para ajustar o apretar uno con otro, para
cazarlos o para llenar alguna raja o hueco.
Es la encargada de transformar una fuerza
vertical en 2 horizontales antagonitastas. .
Características:
Es desmontable para facilitar el
ensamblado y desensamblado del
sistema en el eje.
Se instala en una ranura axial,
maquinada en el eje, llamada
cuñero.
Se instala primero en el en el
cuñero del eje, y después del cubo
de alinea con la cuña y se desliza
el cubo a su posición correcta.
Utilización:
El origen de la cuña es
desconocido, porque han funcionado por
más de 9000 años. En Egipto antiguo, las
cuñas fueron utilizadas para romper lejos
los bloques de la roca usados para la
construcción.
Algunas de sus utilidades
prácticas son:
1. Modificar la dirección de una fuerza.
Pues convierte una fuerza longitudinal en
dos fuerzas perpendiculares a los planos
que forman el ángulo agudo.
2. Convertir un movimiento lineal en otro
perpendicular. Si combinamos dos cuñas
podemos convertir el movimiento lineal
de una en el desplazamiento
perpendicular de la otra creando una gran
fuerza de apriete.
3. Herramienta de corte, bien haciendo
uso de la arista afilada (cuchillo,
abrelatas, tijeras, maquinilla eléctrica,
cuchilla de torno...) o recurriendo al
tallado de pequeñas cuñas (dientes de
sierra).
Material para fabricar cuñas:
Acero extruido en frío a bajo carbono.
Si el acero a bajo carbón no es lo
suficientemente resistente, puede
emplearse acero con un contenido más
alto de carbón, también del tipo extruido
en frío.
ACOPLAMIENTOS: son
dispositivos diseñados para conectar
entre sí dos ejes, en sus extremos, con
objeto de transmitir potencia.
Existen dos tipos generales de
acoplamientos:
Acoplamientos rígidos: se
diseñan para unir firmemente dos
ejes entre sí para que no pueda
haber movimiento relativo entre
ellos. Los acoplamientos rígidos
solo se deben usar cuando el
alineamiento de los dos ejes se
pueda mantener con mucha
exactitud, no solo en el momento
de la instalación, sino también
durante el funcionamiento de las
máquinas. Si existe
desalineamiento angular, axial o
radial apreciables. Se inducirán
esfuerzos difíciles de calcular, los
cuales pueden causar la temprana
falla por fatiga en los ejes.
Se distinguen tres tipos de
acoplamiento rígidos:
De platillo.
De manguito con prisionero.
De sujeción cónica.
Acoplamientos flexibles: se
diseñan para transmitir por
torsional uniformemente, y al
mismo tiempo permitir cierto
desalineamiento axial, radial y
angular. La flexibilidad es tal que
cuando se produce el
desalineamiento, piezas del
acoplamiento se mueven con poca
o ninguna resistencia. En
consecuencia, no se desarrollan
esfuerzos axiales o flexionantes
apreciables en el eje. Existen
disponibles muchos tipos de
acoplamientos flexibles en el
comercio. Cada uno se diseña para
trasmitir un par torsional límite
dado.
Se distinguen tres tipos de
acoplamiento flexibles:
De elementos deslizantes.
De elementos flexionantes.
Combinados.
Utilización:
Se utilizan en cualquier parte donde se
requiera transmitir potencia mecánica, por
ejemplo: para acoplar un motor a una
bomba, una turbina a una bomba, de una
turbina a un compresor, en molinos de
laminación, en torres de enfriamiento, en
industrias papeleras
Acoplamiento magnético.
Acoplamiento de momento
angular.
Acoplamiento mecánico.
Acoplamiento de marea.
Acoplamiento dipolar residual.
Acoplamiento aplicado al Diseño
estructurado de programas.
Un ejemplo de estos, es el
acoplamiento mecánico:
Un acoplamiento mecánico, es
llamado así, si dos o más ligas se pueden
mover con respecto a un ligamento fijo.
Como el instrumento alicate, ya que éste
cuenta con un mecanismo de cuatro
barras, con un grado de libertad de uno.
Características:
El diseño de acoplamiento rígido,
es deseable para ciertos tipos de
equipos, para los cuales se quiera
que haya una alineación precisa de
dos ejes.
El acoplamiento flexible permite
desalineaciones.
Son capaces de transmitir
potencia.
También ayudan a transmitir
potencia.
Causas que generen las fallas en los
acoplamientos:
Fallas debidas a efectos internos:
tales como un maquinado inapropiado o
de mala calidad. Los materiales
defectuosos o mal diseño.
Fallas por condiciones externas:
a. Selección inapropiada del
acoplamiento.
b. Desalineamiento excesivo.
Recomendaciones para los
acoplamientos:
No se recomiendan grasas
pesadas.
Se debe seleccionarse una grasa
mezclada con un aceite que tenga
una viscosidad no menor que 900
SSU (Segundos Universales
Saybolt) a 100º F.
Se deben seleccionar grasas o
lubricantes que tengan muy poco
jabón, de preferencia menos del
8% del peso total.
Los acoplamientos deben
lubricarse cada seis meses y se
debe limpiarse para eliminar el
lubricante viejo.
SELLOS: Son dispositivos cuya función
es proteger los elementos críticos de una
máquina contra la contaminación del
polvo, la tierra, el agua u otros fluidos, y
al mismo tiempo permitir que se muevan
los elementos giratorios o trasladantes,
para ejercer sus funciones específicas.
Importancia:
Impedir la entrada de materiales
indeseables al interior de un mecanismo,
o impedir la salida de lubricación crítica o
de fluidos de enfriamiento dentro de la
caja de un mecanismo.
Además de esto también son
importantes ya que ayudan a unir una
parte fija con una móvil en mecanismos o
sistemas usando presión para cerrar
herméticamente la unión.
Utilización:
Se utiliza en la industria de
procesos químicos, para usos automotriz,
etc.
Condiciones para su utilización:
1. Se deben excluir los
contaminantes en áreas críticas de
una máquina.
2. La lubricación debe de mantenerse
dentro de un espacio.
3. Se deben contener fluidos a
presión de un componente, como
una válvula o un cilindro
hidráulico.
Materiales para fabricar sellos:
Las partes metálicas de un
sello se los fabrican en acero
inoxidable.
En sellos de menor
manufactura se utiliza
fundición.
Aleaciones exóticas tales
como A276, A20, etc.
Requisitos para la selección de sellos:
Resistencia a los productos
petrolíferos
Resistencia a ácidos
Funcionamiento a bajas y altas
temperaturas
Resistencia a la tensión y abrasión
Impermeabilidad.
Tipos de sellos:
Sello de empuje.
Sello de no empuje.
Sello balanceado
hidráulicamente.
Sello no balanceado.
¿Cómo calcular la ventaja mecánica de
una cuña?
La concentración de fuerza es la
ventaja mecánica (MA, por sus siglas en
inglés) que provee la cuña. Cada una de
las seis máquinas sencillas ofrece una
ventaja mecánica y puede ser calculada
rápidamente para una cuña.
Paso Nº 1.
Encontrar el largo de la superficie
inclinada de la cuña.
En el caso de un objeto del mundo
real, esto puede encontrarse midiendo con
una cinta métrica o una regla.
En el caso de un problema de
matemáticas, se puede encontrar de la
siguiente manera:
Con el Teorema de Pitágoras (a2)+
(b2)=(c2) o la ley de cosenos
(cos(a)/A)=(cos(b)/B)=(cos(c)/C).
Paso Nº 2.
Encuentra el ancho del extremo
más largo de la cuña. Esto también puede
encontrarse por medición directa o por
cálculo matemático.
Paso Nº 3.
Dividir la pendiente del largo por
el ancho de la cuña para encontrar la
ventaja mecánica.
Cálculo del diámetro del tornillo para
los acoples
En los acoples los rígidos los
tornillos están sometidos a esfuerzo de
corte.
F= T
(Dbc /2 )= 2TDbc
VM (MA )= Largo de la pendienteAncho
Si N es el número de tornillos, la
tensión por esfuerzo en cada tornillo es:
Sustituyendo el valor de la fuerza
se tiene:
Como la tensión igual a la tensión
d diseño en esfuerzo de corte, se despeja
el diámetro del tornillo:
CONCLUSIONES
Una máquina está compuesta por
una serie de elementos más
simples que la constituyen,
pudiendo definir como elementos
de máquinas todas aquellas piezas
o elementos más sencillos que
correctamente ensamblados
constituyen una máquina completa
y en funcionamiento.
Las cuñas se usan en el ensamble
de partes de máquinas para
prevenir un movimiento relativo
entre las piezas, por lo general
rotatorio, como es el caso entre
flechas, cigüeñales, volantes, etc.
Algunos tipos de cuñas son Cuñas
paralelas, cuadradas,
rectangulares, cilíndricas,
inclinadas, etc.
Las cuñas se fabrican en su
mayoría, de acero extruido en frío
a bajo carbono.
Los acoplamientos son capaces de
transmitir potencia.
Los tipos de acoples se clasifican
en Rígidos y Flexibles.
Los sellos, son dispositivos cuya
función es proteger los elementos
críticos de una máquina contra la
contaminación del polvo, la tierra,
el agua u otros fluidos.
Las partes metálicas de un sello,
comúnmente se fabrican en acero
inoxidable.
ANEXOS
τ= FA s
= F
N (π d2/4 )
τ= 2T
D bcN (π d2/4 )
d=√ 8TDbcNπ τd
Fig. Nº 1 Cuña.
Fig. Nº 2. Cuñas cuadradas y
rectangulares paralelas.
Fig. Nº 3. Cuñas inclinadas y cuñas
contrachavetas.
Fig. Nº 4. Cuñas cilindricas.
Fig. Nº 5. Cuña de Woodruff.
Fig. Nº 6. Fuerzas de las cuñas.
Fig. Nº 7. Máquina simple Cuña.
Fig. Nº 8. Cuña utilizada por los egipcios hace más de 9000 años.
Fig. Nº 9. Acoplamiento rígido de platillo.
Fig. Nº 10. Acoplamientos rígidos de manguito.
Fig. Nº 11. Acoplamiento rígido sujeción cónica.
Fig. Nº 12. Acoplamiento flexible de elementos deslizantes.
Fig. Nº 13. Acoplamiento flexible de elementos flexionantes.
Fig. Nº 14. Acoplamiento mecánico, el alicate.
Fig. Nº 15. Acoplamiento de resorte serpentiforme.
Fig. Nº 16. El acople permite transmitir la
potencia del motor a la bomba centrifuga.
Fig. Nº 18. Sello.
Fig. Nº 19. Sellos mecánicos para
bombas centrifugas.
Fig. Nº 20. Sellos de empuje.
Fig. Nº 21. Variedades se sellos.
Fig. Nº 22. Los sellos permiten que el
fluido no pase hacia el rodamiento de la
máquina.
Fig. Nº 23. Diámetro del tornillo para los
acoples.