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Mecanica aplicada - trabajo Obligatorio MECÁNICA, propuesta de trabajo



Mecanica aplicada

Trabajo Obligatorio MECÁNICA

FUNDACION SAN VALERO
SEAS, Centro de Formación Abierta
ZARAGOZA

Propuesta de trabajo

1.- TRANSMISIÓN POR RUEDAS DE FRICCIÓN: Estudio teórico de este tipo de transmisión que incluya como mínimo:
- Concepto, tipos y aplicaciones
- Requisitos del material con el que se fabrica
- Criterios para seleccionar el tipo de transmisión en función de la separación de árboles o ejes
- Relación de transmisión

1.1.- EJERCICIO DE APLICACIÓN:
Dos ruedas de fricción giran entre sí sin deslizamiento. Sabiendo que la relación de transmisión vale ¼ y que la distancia entre ejes es de 400 mm, calcula el diámetro de ambas ruedas en los siguientes casos:
a) las ruedas son de fricción exterior
b) las ruedas son de fricción interior

2.- ACOPLAMIENTOS ENTRE ÁRBOLES: Estudio teórico de las siguientes juntas analizando sus similitudes y diferencias y el campo de aplicación de cada una de ellas:
- Junta Cardan


- Junta homocinética
-Junta Oldham

2.1.- EJERCICIO DE APLICACIÓN:
Calcula el par transmitido a las ruedas de un vehículo cuando giran a 800 rpm si la potencia del motor es de 70 CV y no hay pérdidas de potencia.

3.- ACUMULADORES DE ENERGÍA MECÁNICA: Estudio teórico de los dos tipos de acumulador reseñando como mínimo los aspectos que se detallan:
- Volantes de inercia: concepto, aplicación, grado de irregularidad o coeficiente de fluctuación.
- Muelles: concepto, leyes que rigen su fabricación y funcionamiento

3.1.- EJERCICIO DE APLICACIÓN:
Se quiere fabricar un muelle de 15 espiras con alambre de acero de 5 mm dediámetro. Determina:
a) el diámetro medio de las espiras si queremos que soporte una fuerza máxima de 100 Kgf sin deformarse permanentemente
b) la energía máxima que puede absorber
c) el alargamiento producido cuando la fuerza es de 33 Kgf
d) la energía acumulada en el apartado c

4.- TRANSMISIÓN POR CADENA Y POR CORREA DENTADA: Comparativa



Objetivos del trabajo

Con el presente trabajo se pretende:

* Completar el estudio de la asignatura acercando al alumno a través de la investigación a una serie de elementos mecánicos.

* Que el alumno se familiarice con algunas leyes que rigen el funcionamiento de elementos mecánicos de uso habitual

* Habituar al alumno a presentar correctamente un trabajo, ajustándose al máximo a los requerimientos tanto de extensión recomendada, en torno a 30 páginas, como de maquetación, incluyendo siempre los OBLIGADOS, ÍNDICE Y BIBLIOGRAFÍA.

* Que el alumno se habitúe a redactar y elaborar el trabajo, después de hacer las búsquedas pertinentes y analizar las mismas. ( Hacer un simple corta y pega no sólo supone la obtención de la nota de 40 como máximo en el trabajo sino que puede ocasionar al alumno problemas legales por plagio)



Bibliografía

Cualquier libro de Tecnología Industrial (1s, 2s Bachillerato)
Búsquedas en la red

* Criterios de evaluación

La evaluación, es una componente fundamental de la formación. Este trabajo obligatorio formará parte de tú calificación final. En esta tabla, se resumen los aspectos a valorar y el porcentaje que representa cada unos de los mismos.

| %Total |%Ob. |
Contenidos generales |
CLARIDAD REDACCIÓN, CONTENIDO | 10
PRESENTACIÓN, EXTENSIÓN | 10
Temas de especialidad |
TRANSMISIÓN POR RUEDAS DE FRICCIÓN | 12
EJERCICIO DE APLICACIÓN | 8
ACOPLAMIENTOS ENTRE ÁRBOLES | 15
EJERCICIO DE APLICACIÓN | 5
ACUMULADORES DE ENERGÍA MECÁNICA | 10
EJERCICIO DE APLICACIÓN | 10
TRANSMISIÓN POR CADENA Y POR CORREA DENTADA | 20
TOTAL | 100

Fecha límite de recepción de trabajos

Están disponibles en el apartado “Fechas de Examen” de la plataforma informática.

Ficha de Corrección del Trabajo
(Espacio reservado para anotaciones del profesor)

Profesor: |
Alumno (Código / Nombre): |
Fecha de Entrega: | Fecha de Calificación: |

Observaciones sobre el trabajo:

Este espacio esta reservado para que el profesor titular describa anotaciones que considera importantes sobre la realización del trabajo

Formato de presentación

1. La extensión del trabajo no deberá superar 30 páginas.

2. Se presentará en formato informático toda la información del trabajo.

3. Las normas de presentación serán las siguientes:
* Procesador: Microsoft WORD.
* Tamaño de letra: 12 ptos.
* Tipo de letra: serán aconsejables letras como “Arial” o “Times New Roman”.
* Espaciado entre líneas: 1,5
* Márgenes:
Lateral izquierdo: 3 cm.
Lateral derecho: 2 cm.
Margen superior: 3,5 cm.
Margen inferior: 2,5 cm.

4. En caso de que el trabajo requiera archivos externos (dibujos Autocad, Catia, Excel, Power Point, programación, etc…) éstosdeberán entregarse junto al trabajo. Es posible que algunos trabajos solo consten de estos ficheros, por lo cual no tendrá validez lo indicado en el punto 3.

5. Si el trabajo consta de varios archivos deberá entregarse en un solo fichero comprimido.

6. Si el tamaño del archivo a enviar excede de 5Mb, deberá entregarse en CD.

7. Reseñar referencias bibliográficas cuando se incluyan frases o textos de otros autores, de lo contrario podrá interpretarse como plagio.

8. La fecha de entrega será la misma para todos los trabajos de todas las asignaturas y se comunicará al principio de cursar dicha asignatura. Según las regulaciones académicas de Universidad de Gales, si un alumno no entrega un trabajo obtendrá una calificación de cero. Si el alumno entrega tarde el trabajo la nota se realizará a discreción del profesor, siendo la máxima nota un 40%. La nota será calculada de acuerdo con las siguientes condiciones:
Si se entrega un día tarde, la nota máxima será un 40%
Si se entrega dos días tarde, la nota máxima será un 35%
Si se entrega más de dos días tarde, será 0%

INDICE

1.- TRANSMISIÓN POR RUEDAS DE FRICCIÓN……….… página 8

1.1.- EJERCICIO DE APLICACIÓN………………………..página 12

2.- ACOPLAMIENTOS ENTRE ÁRBOLES…………………página 13

2.1.- EJERCICIO DE APLICACIÓN……………………página 14

3.- ACUMULADORES DE ENERGÍA MECÁNICA………página 15

3.1.- EJERCICIO DE APLICACIÓN………………………….página 21

4.- TRANSMISIÓN POR CADENA Y POR CORREA DENTADA……………………………………………………..página 22

BIBLIOGRAFIA……………………………………….……….página 24

1.-Transmisión por ruedas de fricciónLa transmisión por ruedas de fricción consiste en transmitir el movimiento entre dos ruedas gracias a la fuerza de rozamiento. Las zonas de contacto de dichas ruedas deben de estar fabricadas de un material con un alto coeficiente de rozamiento a fin de evitar su deslizamiento o que patinen.

Las ruedas de una transmisión por fricción tienen que estar presionas una contra la otra con una fuerza axial que se calcula de la siguiente manera:

Hay varias formas de realizar una transmisión por ruedas de fricción, la elección de la manera para transmitirla dependerá de la separación de los árboles o ejes entre los que se quiere transmitir el movimiento.

Si la distancia es pequeña se usaran ruedas de fricción exteriores, interiores o cónicas.

Si la distancia es grande se usaran correas trapezoidales, planas o redondas.

Ruedas de fricción exteriores

Estas ruedas están formadas por dos discos que están en contacto por sus periferias. El contacto se realiza por presión, y la rueda conductora hace girar a la rueda conducida.

La rueda conductora es la que transmite el movimiento, generalmente es la más pequeña y recibe el nombre de piñón. La rueda conducida es la más grande y recibe el nombre de rueda. Dichas ruedas giran en sentido contrario.



La distancia entre los ejes se calcula con la siguiente expresión:


Los parámetros en minúscula son los referidos al piñón, y los parámetros en mayúscula son los referidos a la rueda.

Ruedas de fricción interiores

Están formadas por dos ruedas, una exterior y una interior. Larueda interior es la más pequeña y recibe el nombre de piñón. La exterior es la más grande y recibe el nombre de rueda.

Dichas ruedas giran en el mismo sentido. La distancia entre los ejes se calcula con la siguiente expresión:


Relación de transmisión

La relación de transmisión es el cociente entre la velocidad del piñón y la velocidad de la rueda.

Cuando no existe deslizamiento se puede decir que la velocidad tangencial del piñón y de la rueda, en el punto de contacto, es la misma.

Tanto en las ruedas de fricción exteriores como en las de fricción interiores se cumple la misma relación de transmisión.

Ruedas de fricción troncocónicas

Estas ruedas sirven para transmitir el movimiento entre ejes cuyas prolongaciones se cortan. En cualquier punto de contacto de las dos ruedas, su velocidad tangencial es idéntica.


Se mantiene la misma relación de transmisión que en las ruedas de transmisión exteriores e interiores.



Además se observa que:



Transmisión mediante poleas y correas

Polea es la rueda que se utiliza en las transmisiones por medio de correa. Correa es la cinta o cuerda flexible que, unida a sus extremos, sirve para transmitir el movimiento de giro entre una rueda y otra.


Una transmisión por correaconsta, como mínimo de dos poleas y una correa. Esta transmisión se utiliza más que las ruedas de fricción, por tener una mayor superficie de fricción y su capacidad de poder transmitir mayores esfuerzos.

Para que tenga un buen rendimiento, la correa debe estar bien tensada, ejerciendo la fuerza axial necesaria.

La relación de transmisión es la misma que en las ruedas de fricción.

R es el radio de la polea conducida y r es el radio de la polea conductora.

Hay varios tipos de correas y poleas. Los tipos de correas y poleas más utilizadas son: trapezoidal, plana y redonda.

1.- EJERCICIO DE APLICACIÓN:

Dos ruedas de fricción giran entre sí sin deslizamiento. Sabiendo que la relación de transmisión vale ¼ y que la distancia entre ejes es de 400 mm, calcula el diámetro de ambas ruedas en los siguientes casos:
a) las ruedas son de fricción exterior
b) las ruedas son de fricción interior

a)

i= r /R = ¼. --- R= 4 x r

R + r = 400 ; 4xr + r = 400 ; 5xr = 400 ; r = 400 = 80 mm
5
R = 4 x r ; R = 4x80 = 320 mm D = 2 x 320 = 640mm d= 2 x 80 = 160 mm

b)

i= r /R = ¼. --- R= 4 x r
E = R – r ; 400 = 4xr – r ; 400 = r x (4-1); 400 = 3xr; r = 400 =133.3333
3
R = 4xr = 4x133.33333= 533.33333mm

D= 2 x 533.3333 =1066.67mm d = 2 x133.3333 = 266.666666mm

2.-Acoplamientos entre árboles
Cuando se necesita transmitir un movimiento entre dos puntos muy distantes, se pueden emplear árboles de transmisión muy largos o varios cortos acoplados entre sí.

Un árbol de transmisión es un elemento de revolución que permite transmitir potencia o energía.

Un eje es un elemento de una máquina, normalmente cilíndrico, que soporta diferentes piezas que giran, pero no transmite potencia. No se encuentra sometido a torsión.


Árbol de transmisión Eje: solo soporta el peso de las poleas

Dependiendo de las condiciones de transmisión, se emplean dos tipos de acoplamiento: rígido o móvil.

Como acoplamiento rígido están las bridas y los platillos. Cuando se utiliza este acoplamiento, los árboles están colocados en el mismo eje geométrico.

Como acoplamiento móvil están las juntas elásticas, las juntas cardán o universales, las juntas homocinéticas, las juntas Oldham y el eje estriado deslizante.

Este tipo de acoplamiento permite cierta inclinación entre los árboles de transmisión. Los ejes geométricos de ambos árboles pueden no estar alineados en algún momento durante el funcionamiento.

En este cuadro vemos un ejemplo, con sus definiciones de las juntas más importantes, de los acoplamientos móviles.

2.- EJERCICIO DE APLICACIÓN:

Calcula el par transmitido a las ruedas de un vehículo cuando giran a 800 rpm si la potencia del motor es de 70 CV y no hay pérdidas de potencia.

Par = 716,2 x 70 cv = 62,67kgm x 9.8 = 614.166 Nm
800 rpm

3.-Acumuladores de energía mecánica
Las máquinas, además de elementos de transformación y transmisión de movimiento, también disponen de otros elementos auxiliares, que facilitan su funcionamiento idóneo.

Entre estos elementos auxiliares se encuentran, entre otros, los acumuladores de energía mecánica.

Son elementos capaces de almacenar una cantidad de energía mecánica y suministrarla posteriormente. Los hay de dos tipos; el volante de inercia y los elementos elásticos.

Volante de inercia
Un volante de inercia o volante motor es un elemento totalmente pasivo, que únicamente aporta al sistema una inercia adicional de modo que le permite almacenar energía cinética.
Este volante continúa su movimiento por inercia cuando cesa el par motor que lo propulsa. De esta forma, el volante de inercia se opone a las aceleraciones bruscas en un movimiento rotativo.
Así se consiguen reducir las fluctuaciones de velocidad angular. Se utiliza el volante para suavizar el flujo de energía entre una fuente de potencia y su carga. Algunos ejemplos de dichos usos son:
- Absorber la energía de frenado de un vehículo, de modo que se reutilice posteriormente en su aceleración.(KERS)
- Como dispositivos para suavizar el funcionamiento de instalaciones generadoras de energía eléctrica mediante energía eólica y energía fotovoltaica, así como de diversas aplicaciones eléctricas industriales.

- En los ferrocarriles eléctricos que usan desde hace mucho tiempo un sistema de freno regenerativo que alimentala energía extraída del frenado nuevamente a las líneas de potencia; con los nuevos materiales y diseños se logran mayores rendimientos en tales fines.
El volante de inercia es un disco, normalmente de fundición, que se monta en un eje con la misión de garantizar un giro regular.

El exceso de energía que absorbe el volante de inercia se traduce en una variación de la velocidad angular entre la velocidad angular mínima y la velocidad angular máxima.

aˆ†W = ½ · I · ω² max – ½ · I · ω² min = ½ · I · (ω² max – ω² min)

I= momento de inercia (kg · m²)

ω=velocidad angular en radianes/segundo (rad/s).

Esta acumulación de energía trae como consecuencia una variación de la energía cinética (energía debida al movimiento).




Si la velocidad media de rotación es igual a la mitad de la suma de la velocidad angular máxima, más la velocidad angular mínima, se le llama grado de irregularidad.

El coeficiente de fluctuación, (Cf), es la relación entre el incremento de la velocidad angular y la velocidad angular media.

La velocidad media vendrá impuesta por la velocidad de régimen de la máquina o vehículo a que esté conectado el volante.

Algunos valores de los coeficientes de fluctuación son:

Máquinas de machaqueo…….entre 0,1 y 0,2

Bombas, sierras………………entre 0,04 y 0,05

Máquinas eléctricas…………. 0,002

Motores de transmisión por correa…0,03

Molinos……………………………..0,02

Máquinas herramientas……………..0,03


La variación de energía se puede calcular: aˆ†W = I * ω²med * Cf






Muelles o elementos elásticos

Sonaquellos elementos que se deforman por la acción de una fuerza y, una vez que ésta desaparece, recuperan su forma inicial. En las máquinas se suelen utilizar estos elementos para recuperar la posición inicial de los diferentes órganos móviles cuando desaparece la fuerza, o para absorber vibraciones y esfuerzos bruscos.

Los elementos elásticos pueden trabajar a tracción, compresión, flexión, y torsión.



Muelles: tracción y compresión. Su misión es absorber energía en forma de vibraciones o cuando una fuerza actúa sobre ellos, para después liberarla lentamente. Una aplicación típica es como elemento de suspensión de vehículos.



Ballestas: flexión. Consta de una o varias láminas de acero que se encuentran sometidas a flexión. Una aplicación típica es como elemento de suspensión de vehículos pesados, para absorber las vibraciones originadas por irregularidades del terreno.




Flejes: flexión. Se utilizan para absorber energía que más tarde van liberando lentamente. Se suelen utilizar en juguetería y en relojes de cuerda.





Muelles: Torsión. Cuando se gira el muelle, absorbe energía que se libera cuando cesa la fuerza.



Barras: Torsión. Se emplean barras muy elásticas que se retuercen por un extremo mientras permanecen sujetas por el otro. Se usan en suspensiones de automóviles.

A la hora de fabricar un muelletenemos que tener en cuenta:

* La tensión máxima (σ máx.) admisible para que no se produzcan deformaciones permanentes en los aceros es aproximadamente de 4000 kp/cm².
* El modulo de rigidez (G) para los aceros tiene un valor medio de 750 000 kp/cm².

Cálculos de muelles sometidos a tracción y compresión:

Fuerza aplicada
La fuerza y tensión máxima que se puede aplicar para que no se deforme permanentemente es:

F max = (π · d³ · σmax) / (8· D)
σ máx. = 4000 kp/cm² para aceros

Deformación producida
y máx.= (8 · F máx. · D³ · N) / (G · d4) y = (8 · F · D³ · N) / (G · d4)

Energía almacenada

W = ½ · F · y W = (4 · F² · D³ · N) / (G · d4)

En las fórmulas de cálculo de muelles:
d= diámetro del alambre (en cm)
D= diámetro medio de las espiras (en cm)
N= número de espiras
y= deformación del muelle (en cm)
L= longitud del muelle (en cm)
G= modulo de rigidez

3.- EJERCICIO DE APLICACIÓN:

Se quiere fabricar un muelle de 15 espiras con alambre de acero de 5 mm de diámetro. Determina:

a) el diámetro medio de las espiras si queremos que soporte una fuerza máxima de 100 Kgf sin deformarse permanentemente
b) la energía máxima que puede absorber
c) el alargamiento producido cuando la fuerza es de 33 Kgf
d) la energía acumulada en el apartado c

a)
Fmax = (π · d³ · σ) / (8 · D)
100 = (π · 0.5³ · 4000) / (8 · D)
8 · D= (π · 0.5³ ·4000) / 100
D = 1.96 cm


b)
y max = (8 · F max · D³ · N) / (G · d4)
y máx. = (8 · 100 · 1.96³ · 15)/ (750 000 · 0.5 4)
y máx. = 1.93 cm-----0.0193 m F=100 · 9.8 = 980 N

W = ½ · F · y = ½ · 980 · 0.0193 = 9.457 J


c)

y máx. = (8 · 33 · 1.96³ · 15) / (750 000 · 0.5 4) = 0.64 cm


d)
33 kp = 323.4 N

W = ½ · 323.4 · 0.0064 = 1.03 J

4.-TRANSMISIÓN POR CADENA Y POR CORREA DENTADA
Estos elementos son ideales para transmitir el movimiento entre árboles o ejes muy distantes en los que se requiere de una relación de transmisión constante. La relación de transmisión es exactamente igual que para las poleas y correas e independiente de la separación a la que se encuentren los ejes o árboles.

Transmisión por cadena
Una cadena de transmisión sirve para transmitir el movimiento de arrastre de fuerza entre ruedas dentadas. Esta transmisión es idónea para lugares polvorientos en los que se le exige una gran durabilidad a la transmisión. Tiene el inconveniente de ser un poco ruidosa y ha de estar siempre lubricada.
Esta transmisión tiene varias aplicaciones. Por ejemplo:
* Transmitir el movimiento de los pedales a la rueda en las bicicletas o del cambio a la rueda trasera en las motos.
* En los motores de 4 tiempos, para transmitir movimiento de un mecanismo a otro. Por ejemplo del cigüeñal al árbol de levas, o del cigüeñal a la bomba de lubricación del motor.
Cadenas de eslabones planos enlazados mediante pernos, habitualmente usadas en motos y bicicletas
Este sistema de transmisión da una cierta elasticidad que ayuda ainiciar el movimiento, sobre todo en cuestas. Su inconveniente es que se puede enganchar.
Transmisión por correa dentada
Esta transmisión es utilizada cuando se requiere una ausencia total de deslizamiento. El acoplamiento se efectúa sobre poleas con dientes interiores tallados que reproducen el perfil de la correa. Permiten una amplia gama de velocidades tangenciales, desde los 0.5 m/s hasta los 30.5 m/s, con un bajo nivel de ruido y tolerancias muy estrechas.
Los materias más utilizados para confeccionar correas son: el caucho, que es resistente al desgaste; el cuero, utilizado para funcionamientos frecuentes y velocidades medias aunque no admite demasiada carga; materiales textiles, que ofrecen menor resbalamiento; acero, utilizado para grandes cargas aunque ofrecen un mayor deslazamiento pero para evitarlo se las recubre con papel, cuero o corcho.



Esta transmisión es muy silenciosa y no necesita lubricación. Tiene el inconveniente de que se deteriora periódicamente, por lo que exige ser cambiada.

Conclusión
Cada vez se tiende más a sustituir la cadena del árbol de levas por una correa ya que hace menos ruidoso el motor. A cambio, hay que sustituir la correa con más frecuencia que una cadena y consume un poco más de potencia del motor. La cadena de distribución, siempre que su engrase y su mecanismo tensor funcionen correctamente, dura lo que dura el motor.


Bibliografía

Libro
Tecnología Industrial. Bachillerato 1. Mc Graw Hill. Francisco Silva Rodríguez.

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