Elementos de transmisión de potencia - mecymaq.criba.edu.armecymaq.criba.edu.ar/attachments/section/1/Elementos de transmis… · Elementos de transmisión de potencia: Los elementos

Mecánica y Maquinaria Agrícola

Departamento de Agronomía. U.N.S.

Elementos de transmisión de potencia:

Los elementos de una máquina se pueden dividir en dos grandes grupos: -Elementos activos: son aquellos que ejecutan un trabajo útil, como son las transmisiones. -Elementos pasivos: son aquellos que soportan o sujetan los elementos activos. Dentro de los elementos activos podemos encontrar los elementos de transmisión flexibles, como son las correas, cadenas y ejes flexibles. Transmisión por correas y poleas: Existen varios tipos de correas y poleas, las más frecuentemente utilizadas en máquinas agrícolas son del tipo plana, trapezoidales (en V), hexagonales y de sincronización. En el caso de las trapezoidales, pueden ser dentadas o lisas, simples o múltiples. Este método de transmisión se utiliza cuando es necesario conectar árboles alineados y separados a cierta distancia El mecanismo consiste en una correa sin fin de material flexible acoplada a dos o más poleas. El principio de transmisión se desata al friccionar las correas flexibles contra la superficie lisa de las poleas; estas superficies se deslizan una sobre la otra provocando un patinamiento (excepto en las correas de sincronización), por lo tanto las velocidades entre las poleas no se respeta con exactitud, por lo que no es un mecanismo de precisión en la transmisión.

Correa trapezoidal o en V Correa trapezoidal dentada.

Correa trapezoidal múltiple

Correa hexagonal

Correa de sincronización Correa plana.

Figura 1: Tipos de correas.



En todo mecanismo de transmisión mecánico siempre existe un árbol motriz (encargado de transmitir el movimiento) y un árbol movido (encargado de recibir el movimiento) y si no existiese patinamiento entre correa y poleas, la velocidad tangencial de las poleas motriz y movida serán iguales.

Para calcular la velocidad tangencial:

𝑉𝑡 =2𝜋 ∗ 𝑟 ∗ 𝑛

60

Siendo r el radio de la polea y n el régimen o velocidad de giro (en RPM). Si suponemos que las velocidades tangenciales no varían nos queda:

2𝜋 ∗ 𝑟𝑀 ∗ 𝑛𝑀

60=2𝜋 ∗ 𝑟𝑚 ∗ 𝑛𝑚

60

Simplificando:

𝑟𝑀 ∗ 𝑛𝑀 = 𝑟𝑚 ∗ 𝑛𝑚

Por lo tanto podemos definir a la relación de transmisión (RT) como:

𝑅𝑇 =𝑛𝑚

𝑛𝑀=𝑟𝑀

𝑟𝑚

Ejemplo: Si el diámetro de la polea motriz es 20 cm. y el de la polea movida es de 10 cm. a) ¿Cuál será la relación de transmisión del mecanismo? b) Si la velocidad tangencial de la polea motora o motriz es de 15 m/s ¿Cuál será la velocidad de rotación de la polea movida? a) RT = (nm/nM) = (rM /rm) = (20/10) = 2

b) vtM = (2 * rM * nM)/60 = 15 m/s.

nM = (vtM * 60) / (2 * rM) = (15 m/s * 60) / (2 * 0,10 m) = 1432 RPM. Como: RT = (nm/nM) = (rM /rm) = (20/10) = 2 nm = RT * nM = 2 * 1432 = 2864 RPM Supongamos que la polea de diámetro más reducido patina un 10 % (generalmente patinan un 10-15 %) la RT sería la siguiente: Si la polea patina un 10%, significa que la polea movida gira un 10% menos que la forma teórica.

RT = (nm/nM) = 2577.6/1432 = 1.8



Poleas y correas planas Las poleas planas están constituidas por una superficie plana, sobre la cual se apoya la correa. El ancho de la llanta siempre debe ser superior al de la correa. Las correas planas tienen una sección rectangular y los materiales utilizados últimamente para su construcción son tela y goma. La correa consiste en el material textil recubierto de goma, de esta forma el tejido es responsable de resistir la tensión y la goma de proporcionar frotamiento y proteger al tejido.

r

d

d = Diámetro r = radio

Figura 2: Polea para correa plana.

Correas y poleas trapezoidales

Las correas trapezoidales son complejas en su construcción debido a que son varios los materiales que

intervienen. Dentro de una correa trapezoidal, podemos encontrar las cuerdas o “telas” que son las lo que

soporta la fuerza de tracción de la correa; éstas consisten en cordones de algodón o rayón, a veces

reforzados por hilos metálicos o de nylon, ubicados a la altura de la fibra neutra. El núcleo de caucho se

caracteriza por ser flexible y poderse comprimir. Presenta un recubrimiento, para tener mayor adición a la

polea y disminuir el patinamiento y el desgaste prematuro, además tiene un soporte de caucho que es el

que protege a las cuerdas. (Figura 3)

Figura 3.

Las correas para uso industrial, se fabrican en las secciones normalizadas que se indican a continuación:



Figura 4: Diferentes tipos de secciones de correa trapezoidales.

Formas de transmisión:

Debido a que las correas se utilizan generalmente para conectar árboles paralelos, la forma de transmisión puede ser derecha si la conducida mantiene el sentido de giro de la conductora o cruzada si lo invierte, esto también es válido para correas planas. También puede tener un giro menores de 180º, en el caso de los arboles no paralelos.

Figura 5. Mecanismos de transmisión de velocidad variable: (variadores de velocidad) Gracias a este mecanismo podemos conseguir diferentes relaciones de transmisión sin tener que realizar recambios de poleas. El fundamento de este tipo de mecanismos consiste en hacer variar el diámetro de las poleas permitiendo que la correa encaje con mayor o menor profundidad en la garganta de la polea. Los variadores de velocidad pueden tener una o dos poleas de diámetro variable (a), también pueden trabajar dos correas ajustables en tándem y una polea doble de diámetro ajustable con la sección central (b)

Transmisión por correa abierta. Se emplea en

árboles paralelos y el giro de estos es en el mismo

sentido.

Transmisión por correa cruzada. Se emplea en

árboles paralelos, con inversión del sentido de

giro.

Transmisión por correa semicruzada. Se emplea

en árboles que se cruzan, es recomendable una

distancia entre los arboles mayor a 4 veces dp más

el ancho de la correa.



Figura 6.

Los variadores de velocidad son de uso común en cosechadoras de grano.

Cuáles son las ventajas de utilizar correas y poleas:

No requieren lubricación.

Son más silenciosas.

Se pueden usar con elevada distancia entre ejes.

Pueden operar con velocidades tangenciales más elevadas.

Demandan menos exactitud en la alineación de los ejes.

En caso de atoraduras el mecanismo puede patinar evitando roturas.

Es más sencillo y económico que otros mecanismos.



Transmisión por cadenas y ruedas dentadas

Las transmisiones por cadenas, pueden convertir un movimiento circular en otro rectilíneo (en el caso que sean utilizadas para transporte) o en otro movimiento circular (cuando son utilizadas para la transmisión de potencia). Las transmisiones a cadenas son seleccionadas cuando se desea transmitir grandes magnitudes de potencia a bajas velocidades sin variar la relación de transmisión Las mismas necesitan estar alineadas para no salirse de su lugar. Los tipos de cadenas más comunes usados en máquinas agrícolas son:

De manguitos De rodillos Silenciosas Desmontables

En el trabajo práctico, se hará hincapié en las cadenas de rodillos. Las cadenas de rodillos son utilizadas cuando se debe transmitir potencia a altas cargas y altas velocidades, pueden trabajar en un rango de velocidades de 0.5 a 20 m/s. Existen de simple paso y de doble paso, estas últimas usan el mismo perno y rodillo pero el largo del paso es el doble que en las simples. Tienen la misma precisión y resistencia que las de paso simple pero su masa es menor, ésto las hace más baratas pero más caras que las desmontables. Las fuerzas que actúan son similares a la trasmisión de correa, excepto que el apoyo de la correa en la polea es continuo y en la cadena es por pulso, implicando que se genera altas cargas de esfuerzos cuando la cadena apoya en el engranaje. Este fenómeno se magnifica cuando los engranajes presentan pocos dientes, debido a que las velocidades de la cadena varían en cada paso. Ésto es debido a que la distancia del apoyo del primer diente con la línea de centro (d), no es siempre constante siendo en algunos momentos menor al radio primitivo (figura 7), generando aceleración y desaceleraciones en forma sucesivas generando vibración en la misma, ésto disminuye cuando el número de dientes aumenta, hasta que se hace despreciable cuando el engranaje presenta más de 25 dientes.

Figura 7: Cadena de rodillo y engranaje. Se recomienda que el número mínimo de dientes del piñón sea:

Baja velocidad (<2 m/s) 12 dientes

Media velocidad (2 – 15 m/s)

17 dientes

Alta velocidad (>15 m/s) 21 dientes



Las cadenas desmontables se utilizan en mecanismos que no excedan los 2 a 2.5 m/s de velocidad y que trabajen con cargas moderadas, estas cadenas no necesitan lubricación por ello es que se recomienda su utilización en lugares donde hay mucho polvo en suspensión.

Figura 8. Relación de transmisión: Si se admite que la velocidad tangencial de la cadena es la misma en todo su recorrido, entonces las velocidades tangenciales de las ruedas dentadas también lo son. vtM = vtm = vt Como:

vtM = (2 * rM * nM)/60

vtm = (2 * rM * nM)/60 Entonces:

(2 * rM * nM)/60 = (2 * rm * nm)/60 Simplificando se obtiene: rM * nM = rm * nm Luego: RT = (nm/nM) = (rM /rm) = (dM/2) / (dm/2) = dM/ dm Como: Dp = (P/sen(180/Z)) = dm RT = (P/sen(180/Zm)) / (P/sen(180/ZM)) = ZM / Zm RT = ZM / Zm Cuáles son las ventajas de utilizar cadenas de rodillos:

No producen patinamiento.

Pueden operar a altas temperaturas.

Admiten menores distancias entre ejes.

No se cargan de electricidad estática.

Pueden transmitir moderadas a altas cargas.

No se estiran.



Transmisión de potencia por ruedas dentadas: Este tipo de transmisión se utiliza en máquinas compactas cuando los árboles están lo suficientemente cerca entre sí. Se denomina engranaje a dos o más ruedas dentadas, solidarias a sus respectivos árboles y montadas de forma tal que los dientes de una encajen en los huecos de la otra y viceversa. Las ruedas dentadas se pueden clasificar de la siguiente manera:

Ruedas dentadas planas.

Ruedas dentadas helicoidales.

Ruedas dentadas cónicas.

Tornillo sin fin. Relación de transmisión:

RT = ZM / Zm

Donde: ZM = número de dientes de la rueda motriz.

Zm = número de dientes de la rueda movida.

Figura 9:

Cuáles son las ventajas de utilizar ruedas dentadas: • La transmisión de potencia es exacta. • Admiten una mínima distancia entre árboles. • Pueden trabajar a altas cargas y velocidades. • Toleran altas temperaturas. • Tienen una mayor vida útil.



Biela -manivela: Este mecanismo permite transformar movimiento rectilíneo alternativo en movimiento circular. Se lo utiliza muchas veces en máquinas agrícolas, integrando trenes cinemáticos para convertir el tipo de movimiento, por ejemplo en motores térmicos donde transforma el movimiento alternativo del pistón en movimiento circular del cigüeñal. Este mecanismo accionado de forma contraria (de circular a rectilíneo alternativo) es comúnmente usado en los molinos de agua o el sistema de accionamiento de la barra de corte de cosechadoras. En la siguiente figura se ve cómo un motor térmico transforma un movimiento rectilíneo alternativo (producido por la ignición del combustible) en un movimiento circular.

Figura 10:

Árbol de toma de fuerza y juntas universales: El acoplamiento de la toma de fuerza del tractor a la máquina se realiza mediante un árbol intermediario telescópico provisto de dos uniones cardánicas, una a la toma de fuerza del tractor y la otra a la máquina que debe ser accionada, de esta forma puede transmitir potencia aún cuando el conjunto debe doblar o la distancia entre máquina y tractor varía. Particularidades del enganche: Un árbol trabajando en ángulo, con una sola junta homocinética, entrega movimiento circular con variaciones en su velocidad angular, como muestra la figura 16. Para evitar estas variaciones de velocidad se debe trabajar con dos crucetas en el árbol intermediario, ellas deben tener el mismo ángulo y las horquillas de ambas extremidades del árbol intermediario deben estar en fase entre sí y desfasadas 90º con las horquillas de los árboles motor y movido. Si bien se soluciona el problema de las variaciones de velocidad en la salida del árbol de toma de fuerza, éstas aún continúan en dicho árbol. Por este motivo no se recomiendan ángulos de trabajo mayores que 30º.



Figura 11: Embragues de seguridad: Embrague de dientes: Consta de dos piezas que tienen dientes tallados rectos o con cierto ángulo, en este caso el mecanismo nunca se desacopla en el sentido de trabajo, pero si el árbol motor gira en sentido contrario se desacopla rápidamente, estos embragues se acoplan con la máquina parada, se utilizan para mecanismos lentos y de baja potencia, son muy comunes en máquinas sembradoras.

Figura 12:



Embrague a fricción: Consiste de dos discos que se mantienen uno contra el otro mediante la fuerza de resortes con tornillos lo suficientemente fuertes como para permitir el giro de la máquina en condiciones normales de trabajo, ante una sobrecarga los resortes ceden y los discos se separan desacoplando los árboles.

. Figura 13: Engranaje con sistema de embrague.

Bibliografía: NIEMANN, G: Tratado teórico práctico de elementos de máquinas. Barcelona. Ed. Labor S.A. Primera edición. 1967. 786 p. PEZZANO, P. KLEIN A: Elementos de máquinas II. Transmisiones. Buenos Aires. Ed. El Ateneo. Séptima edición 1969. 190 p. PEZZANO, P. KLEIN A: Elementos de máquinas III. Engranajes y Poleas. Buenos Aires. Ed. El Ateneo. Sexta edición 1970. 287 p. SMITH, H.R. WILKES, L.H: Maquinaria y equipo agrícola. Barcelona. Ediciones Omega, S.A. 1979. 519 p. SRIVASTAVA, A.J. GOERING, C.E. ROHRBACH, R.P.: Engineering principles of agricultural machines. ASAE Textbook Number 6. June 1993. 601 p. Preguntas y problemas: 1) Un sistema de transmisión por correas y poleas trapezoidales, posee dos poleas, una de 125 mm y la otra de 348 mm de diámetro efectivo. Calcule la velocidad de giro de la polea mayor si la menor gira a 1250 rev/min. 2) Si una polea de 20 cm de diámetro le da mando variable mediante correas a otra de 16 cm de diámetro a través de un variador mecánico simple, ¿cuál será la relación de diámetros de las gargantas del variador que determinen un índice de transmisión 0,58? Si la garganta que recibe mando tiene una apertura tal que determina un diámetro de 41 cm, ¿cuál será el diámetro que genera la apertura de la otra garganta del variador?



3) Un piñón de 7 dientes gira a 200 rpm, transmite movimiento a una corona de 24 dientes por medio de una cadena desmontable. Esta cadena tiene un paso de 41.4 mm y el esfuerzo máximo admisible es de 9.34 kN. Calcule: a) La velocidad lineal de la cadena en m/s. b) La máxima potencia recomendada en kW, para este mecanismo. c) El torque promedio aplicado sobre el árbol conducido a la potencia recomendada.

4) Se emplea un tractor para mover las cuchillas rotativas horizontales de una máquina cortadora-picadora de tallos. La toma de potencia del tractor gira a 540 rpm y mueve un piñón de 13 dientes. El piñón conducido tiene 24 dientes. Calcular: a) las rpm de las cuchillas, b) la velocidad tangencial de los extremos de las cuchillas al cortar sobre un círculo de 1,45 m de diámetro.



5) El esquema siguiente corresponde a un mezclador de alimento balanceado con motor eléctrico (velocidad de giro 1450 rpm).

¿Qué velocidad tangencial tienen las paletas si el diámetro de barrido del mezclador es de 1 m? 8) El siguiente es el esquema del tren cinemático de una sembradora de grano grueso.

Si la velocidad de avance es de 5,4 km/h. a) ¿Cuál es la relación de transmisión de la máquina? b) ¿Cuánto tardará la corona en dar 1000 vueltas? c) ¿Cuánto tardará en dar 1000 vueltas si se cambia el rodado por uno de acero de 1,30 m de diámetro? d) ¿La corona girará en sentido horario o antihorario si la rueda de mando de la máquina gira en sentido

antihorario?

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