Sistemas de Transformación de Movimiento
En muchas aplicaciones, el movimiento generado por un motor no se utiliza directamente, sino que debe transformarse en otro tipo de movimiento. Los principales sistemas son:
Piñón-cremallera
- Convierte un movimiento circular (giro del piñón) en movimiento lineal (desplazamiento de la cremallera).
- Es un mecanismo simple y eficiente, usado en máquinas CNC, ascensores y sistemas de dirección en automóviles.
- Puede montarse de dos formas:
- Piñón fijo, cremallera móvil: El piñón gira sobre su eje y mueve la cremallera en línea recta.
- Piñón móvil sobre la cremallera fija: La cremallera permanece estática y el piñón (junto con el motor) se desplaza con el sistema.
- El número de dientes y el módulo del piñón afectan la relación entre la rotación y el desplazamiento lineal.
Husillo-tuerca
- Convierte la rotación de un husillo en el desplazamiento lineal de una tuerca.
- Se usa en sistemas de elevación, prensas mecánicas y tornos.
Tipos:
- Trapecial: Mayor fricción, pero simple y resistente.
- De bolas: Reduce la fricción con bolas recirculantes, logrando mayor precisión y eficiencia.
Levas y seguidores
- Transforman el movimiento giratorio en movimiento alternativo (ida y vuelta) según el perfil de la leva.
- Se usan en motores de combustión interna y sistemas automáticos de producción.
Tipos de levas:
- De disco: La más común, con un perfil excéntrico.
- De tambor: Lleva una ranura helicoidal donde encaja un seguidor.
- Mecanismo de Ginebra: Convierte el giro continuo en un movimiento intermitente.
Engranajes y Par
Los engranajes permiten la transmisión de potencia entre ejes con diferentes velocidades y direcciones.
- Relación de transmisión: Se expresa como la relación entre el número de dientes de los engranajes.
- Un aumento de la relación de transmisión implica un aumento del par en el eje conducido.
- Un mayor número de dientes en el piñón implica un menor par en su eje.
Pérdidas de potencia en engranajes:
- Fricción entre dientes.
- Deformaciones por carga.
- Lubricación inadecuada.
Los engranajes pueden ser rectos, helicoidales, cónicos o planetarios, dependiendo del tipo de transmisión requerida.
Transmisión por Correas
Las correas permiten transmitir movimiento entre ejes separados. Se usan en maquinaria industrial, automóviles y electrodomésticos.
Tipos de correas:
- Correas planas: Simples, pero con alto deslizamiento.
- Correas trapezoidales: Mejor agarre y transmisión de potencia.
- Correas dentadas (síncronas): Sin deslizamiento, ideales para precisión.
Factores clave en la transmisión por correas:
- Diámetro de la polea motriz: Un mayor diámetro reduce la tensión en la correa.
- Velocidad de la polea motriz: Si aumenta, la potencia transmitida también aumenta, siempre que el par se mantenga constante.
- Pérdidas de potencia: Se deben a deslizamiento, flexión de la correa y fricción en los rodamientos.
Sistemas Piñón-Cremallera (Aplicaciones y Fuerzas)
Se usan en máquinas herramienta, sistemas de elevación y vehículos.
Factores que afectan la fuerza tangencial necesaria para mover la cremallera:
- Masa de la carga: A mayor masa, mayor fuerza requerida.
- Rozamiento en las guías: Puede aumentar la resistencia al movimiento.
- Aceleración deseada: Un arranque rápido exige mayor esfuerzo.
- En movimiento vertical, se debe considerar el peso de la carga (mg).
Motores Eléctricos
Los motores eléctricos convierten energía eléctrica en energía mecánica mediante el giro de un rotor dentro de un campo magnético.
Tipos de motores eléctricos
- Motores asíncronos (de inducción): Son los más comunes y tienen un rotor en cortocircuito (jaula de ardilla) o bobinado.
- Motores síncronos: Giran exactamente a la velocidad de sincronismo, usados en aplicaciones de precisión.
Velocidades en un motor eléctrico
Velocidad de sincronismo:
- Depende de la frecuencia de la red eléctrica y el número de polos del motor.
Velocidad nominal:
- Siempre es menor que la de sincronismo debido al deslizamiento, que varía según la carga aplicada.
Pérdidas en los motores eléctricos
- Pérdidas eléctricas: Por resistencia en los devanados (efecto Joule).
- Pérdidas mecánicas: Fricción en rodamientos y ventilación.
- Pérdidas magnéticas: Por histéresis y corrientes parásitas (Foucault) en el núcleo.
Aplicaciones Prácticas y Cálculo de Par
En sistemas de elevación (montacargas, grúas):
- Se debe considerar el peso de la carga, la aceleración y la fricción.
En cintas transportadoras:
- Dependen de la carga transportada y la resistencia de la cinta.
En husillos de bolas:
- Se usan en máquinas CNC por su alta precisión y bajo rozamiento.
Cómo se ajusta el par en motores eléctricos:
- Con sistemas reductores de velocidad (cajas de engranajes): Aumentan el par de salida a costa de reducir la velocidad.
- Con variadores de frecuencia: Ajustan la velocidad y el par según la demanda, modificando la frecuencia y tensión de alimentación.