MECANISMOS Y SISTEMAS DE AERONAVES MECANISMOS Y ELEMENTOS DE MÁQUINAS

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ACOPLES y JUNTAS

MECANISMOS Y SISTEMAS DE AERONAVES MECANISMOS Y ELEMENTOS DE MÁQUINAS

Bibliografía:

Diseño de elementos de máquina. Robert Mott

Standard Handbook Of Machine - Shigley - Mischke

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Dispositivo ó elemento para unir dos ejes en sus extremos, con el objeto de transmitir movimiento con una potencia y velocidad determinada.

De esta manera cuando se usa un acoplamiento y los ejes poseen algún tipo de desalineación entre sí, las piezas del acople se mueven sin ninguna ó mínima resistencia, de manera que no se desarrollan tensiones significativas de flexión en los ejes.

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MECANISMOS Y SISTEMAS DE AERONAVES

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MECÁNICA Y MECANISMOS

DESALINEACIONES:

Los acoplamientos se utilizan para unir ejes que poseen algún tipo/s de desalineación/es entre sí.

Movimiento axial por temperatura

Desalineación paralela Desalineación angular Desalineación combinada

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Clasificación:

•Rígidos:

sin movimiento relativo entre ejes. Se utilizan en ejes con mínima desalineación.

•Flexibles: permiten cierta Desalineación que puede ser radial, axial y/o angular

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Especificaciones:

Cada acople esta diseñado para un tipo de movimiento y esta dado para una determinada potencia y tipo de desalineación.

Se especifican por:

a) Potencia a Transmitir (HP).

b) Velocidad de Trabajo (RPM).

c) Los diámetros de los ejes que se han de acoplar.

d) Tipo de accionamiento (mot. eléctrico, diesel, a vapor, etc.) e) Naturaleza de la carga de la máquina accionada (uniforme, variable o pesada).

Están fabricados con tolerancias máximas para cada tipo de desalineación:

RADIAL AXIAL ANGULAR.

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Orden de magnitud de las desalineaciones:

Acople elastomérico o metálico: (orden de magnitud de desalineación que cubren)

* Desalineación en paralelismo:

Pequeño: 0,1 mm Grande: 0,75 mm

* Desalineación angular: ± 3°

* Desalineación axial: 3 mm

Junta Cardánica o Universal:

Para desalineación más considerable:

Velocidades menores a 10 rpm hasta 45°

Velocidades entre 10 y 600 rpm hasta 30°

Velocidades mayores a 600 rpm hasta 20°

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ACOPLE ELÁSTICO DE BANDA ENTERA

Banda toroidal de elastómero, telas y talones metálicos, con bridas vulcanizadas.

Permite absorber las siguientes desalineaciones:

Desplazamiento Axial máximo de 4,0 mm. según modelo.

Desalineación Radial máxima de 3,0mm. según modelo.

Desalineación Angular máxima entre 0,5º y 3,0º según modelo.

Son torsionalmente elásticos y absorben vibraciones, puede transmitir un torque nominal entre 40 y 23.000 N.m

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Acoplamientos de Junta Dentada:

Permite un movimiento axial libre y de baja fricción, durante el funcionamiento. Camisa de nylon moldeada con alta rigidez torsional libre de pérdidas por fricción interna o incremento de la temperatura. Es un acoplamiento torsionalmente rígido, con mínimo retorno. Diseño compacto y liviano de alto torque y baja inercia.

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Acoplamientos de engranajes:

Construidos en acero y tratados térmicamente

Juego mínimo (mejora las divergencias de alineación)

Rango de temperatura operacional entre los -20° C y 120° C.

Torque entre los 1.000 Nm y los 135.000 Nm

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ACOPLAMIENTOS DE CADENA

- Admiten cierto desalineamiento entre ejes y su eficacia se mantiene constante aún bajo severas condiciones de trabajo, permitiendo además desconectarlos fácilmente quitando el eslabón de unión de la cadena, sin necesidad de desmontar el motor o la máquina accionada.

- Son lubricados.

- Su utilización es muy apropiada especialmente para ejes de bajas velocidades (por ejemplo: salidas de reductores de velocidad), pues resultan más seguros y compactos que otros tipos de Acoplamientos Elásticos.

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Variantes de acoplamientos:

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JUNTA CÁRDANICA O UNIVERSAL

Mayor capacidad de desalineación angular y gran capacidad de transmisión de potencia

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JUNTA CARDANICA

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Eje (2) entrada Eje (4)

salida

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Teniendo en cuenta los esquemas de las dos diapositivas anteriores:

(Eje 2 es motor y el eje 4 es conducido)

Los dos ejes completan una revolución en el mismo tiempo, pero la velocidad del eje 4 (su comportamiento ) no es constante a través de dicha revolución.

Análisis:

Si se toma un plano de proyección perpendicular al eje 2, la trayectoria de a, b será el circulo AKBL.

Si el ángulo entre ejes es β, la trayectoria de c y d será un círculo que se proyecta como una elipse ABCD.

Se cumple OC = OD = OK cos β = OA cos β OK = Oc

Si la proyección de uno de los brazos del motor esta en A, la proyección del brazo conducido estará en C.

Si el brazo motor se mueve de A a P con θ

El brazo conducido se mueve de C a Q (Este punto C baja y a su vez “se mete” hacia adentro) OQ será perpendicular a OP entonces COQ = θ

Pero COQ es la proyección del ángulo “real” del conducido.

Qn es la componente “real” del movimiento del conducido en dirección paralela a AB. Esta línea AB es la intersección entre los planos que describen las trayectorias de los ejes 2 y 4.

El verdadero ángulo del conducido (Φ) mientras el motor se mueve con θ, se origina girando OQ alrededor de AB considerado como un eje en el plano del circulo AKBL.

el verdadero valor de OQ sería OR y ROK = Φ cuya proyección es COQ = θ

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Si tg Φ = Rm pero: Rm = Qn Om

Luego: tg θ = Qn On

 tg θ = Om = OK = 1 tg Φ On OC cos β

tg Φ = tg θ cos β (*)

Relación de ángulos de giro

(donde: θ = angulo de entrada; Φ ángulo de salida)

Si se define:

Veloc. angular de entrada ω2 = dθ Veloc. Angular de salida ω4 = dΦ dt dt diferenciando ambos miembros de (*) queda:

sec² Φ dΦ = sec² θ dθ cos β dt dt

 ω4 = sec² θ . cos β y como sec² Φ = 1+ tg² Φ

ω2 sec Φ

Se tiene: ω4 = cos β __ = τ (**)

Relación de velocidades

ω2 1- sen² θ sen² β

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tgΦ = tg θ

_.

Cos b

𝜔₂ = 𝑑θ

𝑑𝑡 𝜔₄ = 𝑑Φ

𝑑𝑡

𝜔

₄

𝜔

₂

= cos 𝛽

1 − 𝑠𝑒𝑛

²

θ 𝑠𝑒𝑛

²

𝛽 = 𝜏

Eje (2) entrada Eje (4)

salida

Derivando Resumiendo:

Se observa que ante una velocidad de rotación de entrada ω2 constante, se obtiene una velocidad de rotación de salida ω4 variable en el tiempo.

A la variación entre el máximo y el mínimo valor de la velocidad de salida respecto del valor medio se la denomina irregularidad periódica de marcha

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Si es θ = 0º  cosθ = 1, se obtiene el máximo valor para la relación , siendo:  _{s max =}

b

 cos

Si es θ = 90º y θ = 270º  cos²θ = 0, se obtiene el valor mínimo para la relación  _{s mín}= ₂. cosβ

Irregularidad periódica de marcha

b b tg sen

i  .

𝑖 = 𝜔

_{𝑠 𝑚𝑎𝑥}

− 𝜔

_{𝑠 𝑚𝑖𝑛}

𝜔

_{𝑠 𝑚𝑒𝑑}

^𝜔

𝑠=𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎=

𝜔

₄

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JUNTA UNIVERSAL HOMOCINETICA:

Se utiliza para obtener una velocidad de salida cte e igual a la velocidad de entrada, cubriendo el aspecto cinemático que la junta universal no abarca

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APLICACIONES: (Transmisión tren delantero de vehículo)

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APLICACIONES: (Transmisión tren delantero de vehículo)

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APLICACIONES: Transmisión cardánica en vehículos

Otra alternativa para obtener velocidad de salida igual a la velocidad de entrada es utilizar dos juntas cardánicas, pero con las siguientes condiciones:

1- Que sean coplanares las horquillas intermedias (C1 y C2)

2-Que los ángulos β1 y β2 de ambas juntas sean de la misma magnitud (estos pueden ser en el formato que se ve en la figura o de tal manera que dejen paralelos los ejes de entrada a1 y de salida a2

β1 β2