¿Qué es un dibujo o modelo industrialUn dibujo o modelo (diseño) industrial constituye el aspecto ornamental o estético de un artículo. El dibujo o modelo puede consistir en rasgos tridimensionales, como la forma o la superficie de un artículo, o en rasgos bidimensionales, como motivos, líneas o colores.

Unidad 1

ELEMENTOS MECANICOS DE SUJECION LOS DISPOSITIVOS DE SUJECION SON MUY IMPORTANTES EN LA CONSTRUCCION DE PRODUCTOS MANUFACTURADOS, EN LA MAQUINASY DISPOSITIVOS EM PLEADOS EN LOS PROCESOS DE MANUFACTURAY EN LA CONSTRUCCION DE TODO TIPO D EDIFICACIONES. LOS DISPOSITIVOS DE SUJECION SE UTILIZAN TENTO EN EL RELOJ MAS PEQUEÑO COMO EN EL TRANSATLANTICO MAS GRANDE. 

1.1

Se utilizan para unir de forma no permanente los elementos de máquinas. Son componentes de gran utilidad, insustituibles en diversas ocasiones y con características de diseño y construcción que les permiten una perfecta adaptación a muy variadas condiciones y circunstancias de trabajo.La parte más importante de los tornillos y tuercas es la rosca. En mecánica se llama rosca a hélice construida sobre un cilindro, con un perfil determinado y de una manera continua y uniforme.Si la hélice es exterior resulta un tornillo y si es interior una tuerca.Se puede considerar como un prisma se enrollase alrededor y a lo largo de un cilindro que se llama núcleo. Estos prismas en forma de hélice reciben el nombre de hilos o filetes de rosca. Los canales que queden entre los filetes se llaman entradas.La figura siguiente representa un tornillo y su correspondiente tuerca.

A continuación se representa la generación teórica de una rosca.

Por ser la parte más importante de los tornillos y de las tuercas se va a proceder a un estudio detallado de las roscas, para lo que se va a comenzar con su clasificación.En la clasificación de una rosca intervienen varios factores, como son: El número de filetes, la forma de la rosca, el lugar donde va roscada y el sentido.Según el número de hilos:

De una entrada, si tiene un solo filete. De varias entradas, si tiene dos o más filetes.

Por la forma de los hilos: Triangulares: los filetes son triangulos y son las más usadas para fijación. Trapeciales: los filetes son trapecios isósceles y son las más usadas para transmisión de fuerza o servir de

guía. Redondas: se emplean para roscas que tengan mucho desgaste y para casos especiales (casquillos de

bombillas).Según su posición:

Exteriores: si están hechas en un cilindro exterior, dan lugar a un tornillo. Interiores: si están hechas en un cilindro interior o agujero, dan lugar a tuercas.

La siguiente figura representa roscas de dos y tres entradas:

La siguiente figura representa roscas con diferentes formas de hilos:

La siguiente figura representa roscas con los distintos giros de la hélice:

Si se representa una rosca seccionada según un plano axial y se atiende sólo al filite se aprecian (siguiente figura) los siguientes detalles:

Flanco o cara lateral. Ángulo del flanco: medido en un plano axial. Fondo, unión de los flancos por la parte interior. Cresta, unión de los flancos por la parte interior. Vano, espacio vacío entre dos filetes. Base, donde los filetes se apoyan en el núcleo. Núcleo, es el volumen ideal sobre el que se encuentra la rosca o cuerpo del elemento roscado. Hilo, es la porción de hélice comprendida en una vuelta completa de la tuerca.

Las dimensiones fundamentales de una rosca, representadas en la figura siguiente son:

Para medir el paso se utiliza el método siguiente: En roscas métricas se cuentan el número de hilos por centímetro de longitud de rosca. El paso es igual a la inversa del número medido.En roscas construidas condimensiones en pulgadas se procede igualmente pero midiendo el número de hilos en una pulgada de longitud de rosca.

Avance a: La distancia que recorre es sentido del eje un filete al dar una vuelta entera, también la recorre el tornillo en la tuerca aldar una vuelta completa.En las roscas de un filete: a=PEn las roscas de varios filetes: a=P.zSiendo z el número de entradas.

Diámetro exterior o mayor. Es el diámetro mayor de una rosca.D1: para los interiores, de cresta a cresta.d3: para los exteriores, de fondo a fondo.

Diámetro medio: Existe por tanto, un punto donde el filete y el vano tienen el mismo ancho, al cual se le llama punto medio del flanco, y al diámetro correspondiante.Diámetro en los flancos es igual para el tornillo y la tuerca; se representa por D2.

L 1. TORNILLO

El tornillo es un operador que deriva directamente del plano inclinado y siempre trabaja asociado a un orificio roscado.

Básicamente puede definirse como un plano inclinado enrollado sobre un cilindro, o lo que es más realista, un surco helicoidal tallado en la superficie de un cilindro.

a. PARTES DE UN TORNILLOEn él se distinguen tres partes básicas: cabeza, cuello y rosca:

La cabeza permite sujetar el tornillo o imprimirle un movimiento giratorio con la ayuda de útiles adecuados; el cuello es la parte del cilindro que ha quedado sin roscar (en algunos tornillos la parte del cuello que está más cercana a la cabeza puede tomar otras formas, siendo las más comunes la cuadrada y la nervada) y la rosca es la parte que tiene tallado el surco.

b. ROSCA DERECHA O IZQUIERDASegún se talle el surco en un sentido u otro tendremos las denominadas rosca derecha (con el filete enrollado en el sentido de las agujas del reloj) o rosca izquierda (enrollada en sentido contrario).

c. ROSCA SENCILLA O MÚLTIPLESe pueden tallar simultáneamente uno, dos o más surcos sobre el mismo cilindro, dando lugar a tornillos de rosca sencilla, doble, triple... según el número de surcos tallados sea uno, dos, tres...La más empleada es la rosca sencilla, reservando las roscas múltiples para mecanismos que ofrezcan poca resistencia al movimiento y en los que se desee obtener un avance rápido con un número de vueltas mínimo.

d. IDENTIFICACIÓNTodo tornillo se identifica mediante 5 características básicas: cabeza, diámetro, longitud, perfil de rosca y paso de rosca.La cabeza permite sujetar el tornillo o imprimirle el movimiento giratorio con la ayuda de útiles adecuados. Las más usuales son la forma hexagonal o cuadrada, pero también existen otras (semiesférica, gota de sebo, cónica o avellanada, cilíndrica...).

El diámetro es el grosor del tornillo medido en la zona de la rosca. Se suele dar en milímetros, aunque todavía hay algunos tipos de tornillos cuyo diámetro se da en pulgadas.La longitud del tornillo es lo que mide la rosca y el cuello juntos.

El perfil de rosca hace referencia al perfil del filete con el que se ha tallado el tornillo; los más empleados son:

Las roscas en "V" aguda suelen emplearse para instrumentos de precisión (tornillo micrométrico, microscopio...); la Witworth y la métrica se emplean para sujeción (sistema tornillo-tuerca); la redonda para aplicaciones especiales (las lámparas y portalámparas llevan esta rosca); la cuadrada y la trapezoidal se emplean para la transmisión de potencia o movimiento (grifos, presillas, gatos de coches...); la dientes de sierra recibepresión solamente en un sentido y se usa en aplicaciones especiales (mecanismos dónde se quiera facilitar el giro en un sentido y dificultarlo en otro, como tirafondos, sistemas de apriete...).El paso de rosca es la distancia que existe entre dos crestas consecutivas. Si el tornillo es de rosca sencilla, se corresponde con lo que avanza sobre la tuerca por cada vuelta completa. Si es de rosca doble el avance será igual al doble del paso.

Es importante aclarar que según el perfil de la rosca se define el tipo de rosca. Los más comunes para sujeción son Withworth y métrica. Estos tipos de rosca están normalizados, lo que quiere decir que las dimensiones de diámetro, paso, ángulo del filete, forma de la cresta y la raiz, etc... ya están predefinidas.La rosca métrica se nombra o designa mediante una M mayúscula seguida del diámetro del tornillo ( en milímetros). Asi, M8 hace referencia a una rosca métrica de 8 mm de grosor.Si el tornillo es métrico de rosca fina (tiene un paso menor del normal), la designación se hace añadiendo el paso a la nomenclatura anterior. Por ejemplo, M20x1,5 hace referencia a un tornillo de rosca métrica de 20 mm de diámetro y 1,5 mm de paso.

e. RESUMEN DE TODOS LOS TIPOS DE TORNILLOS

2. TUERCALa tuerca puede describirse como un orificio redondo roscado (surco helicoidal tallado en el interior del orificio) en el interior de un prisma y trabaja siempre asociada a un tornillo.

a. TIPOS DE ROSCASLa rosca empleada en las tuercas tiene las mismas características que las dadas para los tornillos (derecha o izquierda, sencilla o múltiple, métrica o cuadrada o truncada o redonda...).

b. IDENTIFICACIÓNToda tuerca se identifica, básicamente, por 4 características: nº de caras, grosor, diámetro y tipo de rosca.El número de caras de las tuercas suele ser 6 (tuerca hexagonal) ó 4 (tuerca cuadrada). Sobre estos modelos básicos se pueden introducir diversas variaciones que imprimen a la tuerca características especiales (ciega, con reborde, ranurada...). Un modelo de tuerca muy empleado es la palomilla (rueda de las bicicletas, tendederos de ropa...), que contiene dos planos salientes para facilitar el giro de la tuerca empleando solamente las manos.

El grosor es la longitud de la tuerca.El diámetro hace referencia al diámetro del tornillo que encaja en ella. Este diámetro no es el del agujero, sino el que aparece entre los fondos de la rosca.El tipo de rosca se refiere al perfil de la rosca (que está normalizado) junto con el diámetro del tornillo que encaja en ella.

c. RESUMEN DE TODOS LOS TIPOS DE TUERCAS

1.2Uniones fijasLas uniones fijas son aquellas uniones cuyos elementos de unión son imposibles de separar sin producir algún desperfecto o rotura en alguno de ellos.

Las uniones fijas más comunes hoy en día son las uniones fijas soldadas, las remachadas y por roblones, por ajuste a presión y mediante adhesivos.

Las uniones fijas se utilizan cuando estamos seguros que no se va a realizar un desmontaje posterior. ¿Verdad que no soldaríamos nada que después fuéramos a separar (premeditadamente)? Tan simple como eso.

Con la salvedad de la unión mediante adhesivo, las uniones fijas normalmente se utilizan cuando la unión entre los dos elementos debe aguantar esfuerzos mecánicos importantes (aunque existen adhesivos sintéticos muy y muy fuertes). Vamos a ver ahora con un poquito de profundidad las diferentes opciones para este tipo de uniones mecánicas.

Son órganos mecánicos destinados a la unión de piezas que deben girar solidarias con un árbol para transmitir un par motriz (volantes, poleas, ruedas dentadas, etc.), permitiendo, a su vez, un fácil montaje y desmontaje de las piezas.

La diferencia entre chaveta y lengüeta radica en su forma de ajustar. La chaveta actúa en forma de cuña, logrando una fuerte unión entre las piezas, tanto respecto a la rotación como a la traslación, por la presión que ejercen las caras superior e inferior de la chaveta; sin embargo, pueden presentar el problema de originar una ligera excentricidad entre las piezas; además, no se pueden utilizar en caso de árboles cónicos.

Por su parte, la lengüeta es de caras paralelas y ajusta lateralmente, pero sin ejercer presión radial, permitiendo en determinados casos el desplazamiento axial entre las piezas.

Las chavetas y lengüetas están normalizadas y sus dimensiones dependen del diámetro del árbol correspondiente.Las ranuras practicadas en las piezas a ensamblar para servir de alojamiento a las chavetas y lengüetas se denominan chaveteros. Por su parte, en el árbol motriz, dependiendo del tipo de chaveta utilizada, se puede practicar un chavetero para alojar la chaveta, mecanizar un asiento plano para que sirva de apoyo a la misma o apoyar la chaveta directamente sobre la superficie cilíndrica del árbol sin mecanizar.

 DesignaciónEn general, la designación de una chaveta o lengüeta incluye los siguientes datos, indicados por este orden: tipo de chaveta o lengüeta, anchura (b), altura (h), longitud (L) y norma que la define.

Por ejemplo: designación de una chaveta de caras paralelas de anchura b=12 mm., altura h=8 mm. y longitud L=40 mm.Chaveta de caras paralelas 12x8x40 DIN6885.

a. CHAVETA LONGITUDINALEs un prisma de acero en forma de cuña de sección rectangular con una inclinación de 1:100 en su cara superior. Puede tener los extremos redondeados (forma A) o rectos (forma B).Se utiliza para hacer solidaria una pieza sobre un árbol motriz sin posibilidad de desplazamiento relativo entre ambas piezas, pudiendo transmitir un gran par motriz.DESIGNACION: Chaveta forma A 35 x 20 x 160 DIN 6886

Los muelles son elementos mecánicos que pueden recuperar su estado inicial una vez que ha cesado la deformación a la que han estado sometidos.Como consecuencia de esta deformación, los muelles o resortes ejercen una fuerza o un momento de recuperación que se puede considerar en la

mayoría de los casos proporcional al desplazamiento lineal o angular sufrido.Para su fabricación se emplean aceros de gran elasticidad (acero al carbono, acero al silicio, acero al cromo vanadio, acero al cromo-silicio, etc.), aunque para algunas aplicaciones especiales pueden utilizarse el cobre endurecido y el latón. Los resortes se utilizan con gran frecuencia en los mecanismos para asegurar el contacto entre dos piezas, acelerar movimientos que necesitan gran rapidez, limitar los efectos de choques y vibraciones, etc.

 

6.1.- MATERIAL DE LOS RESORTES

Los muelles mecánicos sirven para ejercer esfuerzos, proporcionar flexibilidad, almacenar o absorber energía.  Pueden dividirse en muelles de alambre o de lámina, los muelles de alambre comprenden los resortes helicoidales y alambre redondo o cuadrado y sirven para resistir esfuerzos de tracción, compresión o torsión.  Los muelles de láminas pueden ser de tipo elíptico o de voladizo.

 

Estos elementos mecánicos se utilizan modernamente en casi todos los turismos en sustitución de las ballestas, pues tienen la ventaja de conseguir una elasticidad blanda debido al gran recorrido del resorte sin apenas ocupar espacio ni sumar peso.

ConstituciónConsisten en un arrollamiento helicoidal de acero elástico formado con hilo de diámetro variable (de 10 a 15 mm); este diámetro varía en función de la carga que tienen que soportar; las últimas espiras son planas para facilitar el asiento del muelle sobre sus bases de apoyo (fig. inferior).

CaracterísticasNo pueden transmitir esfuerzos laterales, y requieren, por tanto, en su montaje bielas de empuje lateral y transversal para la absorción de las reacciones de la rueda. Trabajan a torsión, retorciéndose proporcionalmente al esfuerzo que tienen que soportar (fig. inferior), acortando su longitud y volviendo a su posición de reposo cuando cesa el efecto que produce la deformación.

La flexibilidad de los muelles está en función del número de espiras, del diámetro del resorte, del paso entre espiras, del espesor o diámetro del hilo, y de las características del material. Se puede conseguir muelles con una flexibilidad progresiva, utilizando diferentes diámetros de enrollado por

medio de muelles helicoidales cónicos (figura inferior), por medio de muelles con paso entre espiras variable o disponiendo de muelles adicionales.

 

Usando muelles adicionales se puede obtener una suspensión de flexibilidad variable en el vehículo. En efecto, cuando éste circule en vacío, sólo trabaja el muelle principal (1) (fig. inferior) y cuando la carga es capaz de comprimir el muelle hasta hacer tope con el auxiliar (2) se tiene un doble resorte, que, trabajando conjuntamente, soporta la carga sin aumentar la deformación, dando mayor rigidez al conjunto.

En la figura inferior puede apreciarse de forma gráfica las tres posiciones del muelle: sin montar, montado en el vehículo y el muelle bajo la acción de la carga.

Las espiras de un muelle helicoidal no deben, en su función elástica, hacer contacto entre sus espiras; es decir, que la deformación tiene que ser menor que el paso del muelle por el número de espiras. De ocurrir lo contrario, cesa el efecto del muelle y entonces las sacudidas por la marcha del vehículo se transmiten de forma directa al chasis.

b. CHAVETA LONGITUDINAL CON CABEZAEs un prisma de acero en forma de cuña de sección rectangular, con una inclinación de 1:100 en su cara superior. Está dotada de cabeza en uno de sus extremos para facilitar su montaje y extracción.Al igual que la anterior, se utiliza para hacer solidaria una pieza sobre un árbol motriz sin posibilidad de desplazamiento relativo entre ambas piezas, pudiendo transmitir un gran par motriz.DESIGNACION: Chaveta con cabeza 16 x 10 x 160 DIN 6887

c. CHAVETA LONGITUDINAL PLANAEs un prisma de acero en forma de cuña con una inclinación de 1:100. A diferencia de las anteriores, para el montaje de esta chaveta no se practica un chavetero en el árbol, mecanizando en su lugar un rebaje para conseguir un asiento plano sobre el que se apoya la chaveta.Se utiliza para hacer solidaria una pieza sobre un árbol motriz de pequeño diámetro, permitiendo transmitir un par mecánico no muy elevado.DESIGNACION: Chaveta plana 16 x 10 x 160 DIN 6883

d. CHAVETA LONGITUDINAL MEDIACAÑA

Es un prisma de acero en forma de cuña con una inclinación de 1:100. A diferencia de las anteriores, la superficie inferior de la chaveta es cilíndrica (cóncava), pudiendo asentar la misma directamente sobre la superficie cilíndrica del árbol motriz, de esta forma, no será necesario mecanizar un chavetero en el árbol para alojar la chaveta.Se utiliza para hacer solidaria una pieza sobre un árbol motriz de pequeño diámetro, permitiendo transmitir únicamente un pequeño par mecánico.

DESIGNACION: Chaveta mediacaña con cabeza 16 x 10 x 160 DIN 6881

e. CHAVETA PARALELA O LENGÜETAEs un prisma de acero de sección cuadrada o rectangular y caras paralelas; aunque puede presentar diferentes variantes, atendiendo a su forma y al modo de sujeción al chavetero del árbol: con extremos redondos, con extremos rectos, con uno o varios taladros para alojar tornillos de retención, con chaflán para facilitar su extracción, etc.Al igual que la chaveta, se utiliza para hacer solidaria una pieza sobre un árbol motriz, pero en este caso, dependiendo del tipo de ajuste adoptado entre la lengüeta y el chavetero practicado en la pieza, puede existir la posibilidad de desplazamiento axial de la pieza sobre el árbol.DESIGNACION: Lengüeta forma A 14 x 9 x 50 DIN 6885

f. LENGÜETA REDONDAEs un segmento circular de acero con un espesor determinado. Su forma semicircular facilita la mecanización del chavetero en el árbol y el posterior montaje de la lengüeta en el mismo, pero la excesiva profundidad de este chavetero puede comprometer la resistencia del árbol; en consecuencia, se utiliza cuando se desea transmitir un pequeño par motriz.DESIGNACION: Lengüeta redonda anchura b x altura h norma; por ejemplo Lengüeta redonda 6 x 9 DIN 6888.

Cuñas:Las cuñas se usan para evitar el movimiento relativo entre una flecha y elementos de máquinas tales como engranes, poleas, ruedas dentadas, levas, palancas, volantes, impulsores, etc. Hay muchas clases de cuñas (algunas de las cuales se han estandarizado) para diferentes necesidades de diseño. El tipo particular de cuña especificada dependerá de la magnitud del par de torsión transmitido, del tipo de carga (estable,variable u oscilatoria), ajuste requerido, esfuerzo limitante en la flecha y costo. En la Figura se muestran diferentes tipos de conexiones con cuñas.

De los tipos de cuñas mostrados en esta figura, las cuñas más comunes de usar son la cuña cuadrada, la cuña cónica y la cuña Woodruff.Debido a que la distribución real del esfuerzo para uniones con cuñas no se ha comprendido totalmente, deberá usarse un factor de seguridad de 1.5 cuando el par de

torsión sea estable, y de 2.5 hasta 4.5 cuando se tengan choques fuertes (sobre todo si las cargas con fluctuantes). Para evitar desgane del cubo sobre la flecha, cuando se utiliza cuña recta (es decir, no cónica) y para asegurar buen agarre, la longitud del cubo deberá ser por lo menos 25% mayor que el diámetro de la flecha. La longitud mínima de la cuña deberá también ser por lo menos 25% mayor que el diámetro de la flecha. Por lo general, el cubo se fija en su lugar sobre la cuña recta mediante el uso de opresores. Cuando no se usan opresores, deberá especificarse ajuste de poca presión entre la flecha y el cubo.Las dimensiones para varios tipos de cuñas han sido estandarizadas 13 y pueden obtenerse en manuales de ingeniería.

Cuña cuadrada estándar:La cuña cuadrada es quizá el tipo de cuña más comúnmente usado donde la dimensión W es igual a la cuarta parte del diámetro de la flecha . Como se observa en la Figura, ésta es ajustada de modo que la mitad del espesor hace contacto con la flecha y la otra mitad con el cubo. El cuñero es cortado por una máquina de hacer cuñeros o por una escariadora. El cuñero en la flecha se corta con una fresa.Se utiliza cortador fresa plano de ancho W para hacer el cuñero con extremos con curvatura igual al radio del cortador. Se utiliza cortador fresa de espiga de diámetro igual al ancho W de la cuña para cortar un cuñero perfilado. Hasta donde sea posible, deberá usarse cuñero con curvatura

Cuña estándar plana:La cuña estándar plana se usa para el caso de que el cubo del engrane, polea, etc., sea de poco espesor. En la flecha la altura del cuñero es estándar, mientras que la altura es menor en el cubo. La cuña extradelgada plana tiene cuñero de poca altura tanto en la flecha como en el cubo. Esto se aplica para la flecha hueca y para el cubo de poco espesor.Para las cuñas cónicas, el par de torsión que se transmite depende del contacto friccional entre el cubo y la flecha. El tipo más común de cuña cónica es cualquiera de los tipos de cuña con cabeza o de tipo plano . Esta cuña (cónica) se usa para transmitir pares de torsión de nivel medio y se "fija" en su lugar radias y axialmente por el efecto de cuña de la cuña entre el cubo y la flecha. Algunas veces, las cuñas cónicas se usan también para soportar presiones por aplastamiento en los lados cuando están ajustadas en el cuñero, la superficie superior de la cuña tiene pendiente estándar de á plg/pie de longitud, para aparearse con la inclinación tenida en el cubo. La parte inferior de la superficie de la cuña es plana y está en contacto contra la flecha. El tipo de cuña con cabeza permite extraerla fácilmente por la acción de una herramienta (por ejemplo, un destornillador) entre el cubo y la cabeza de la cuña. Sin embargo, es prudente cuando se especifica una cuña que la cuña con cabeza que sea colocada en tal forma que no salga más allá del extremo de la flecha por razones obvias de seguridad. De ser posible, debe usarse cuña cónica plana estándar.

Cuña Woodruff:La cuña Woodruff se emplea para trabajos de servicio ligero, debido a lo profundo del cuñero, hace que la flecha se debilite pero tiene la ventaja de fácil alineación por sí sola con el cubo, debido a la libertad que tiene de girar dentro del cuñero semicircular. Se usa mucho en la industria automotriz y en máquinas herramientas, generalmente su uso está limitado para usarse en flechas de diámetro no mayor a 2 pulgadas.Este tipo de cuña tiene las ventajas siguientes: (1) no se voltea debido a lo profundo del cuñero, (2) se ajusta a sí mismo fácilmente para aparearse al cubo, esto debido a su facilidad de giro libre dentro del cuñero, y (3) su uso puede adaptarse para ajuste de flechas ahusadas en cubos. Si la flecha se debilita mucho por el uso de un cierto tamaño de cuña Woodruff, el problema puede reducirse utilizando dos o más cuñas (en

línea) en caso de tener cubos largos. Para hacer el cuñero se utiliza un cortador fresa especial, permitiendo ajuste en la flecha tanto en diámetro como en ancho.

Cuñas para servicio pesado:Son cuñas para servicio pesado la cuña Nordberg, la cuña Kennedy, la cuña Lewis y la cuña Barth, de las cuales las últimas tres no se muestran en la Figura.

La cuña Nordberg (Nordberg Manufacturing Company):Es una cuña tipo perno o pasador disponible en formas tanto recta como ahusada. Para servicio pesado se usa la forma ahusada. La cuña se introduce en un agujero rimado colocado al final de la flecha. Al igual que col el perno ahusado Morse, la mitad del diámetro del perno queda localizado en la flecha, y la otra mitad en el cubo.

La cuña lengüeta:Se usa cuando es necesario que el cubo tenga movimiento axial a lo largo de la flecha y para prevenir cualquier rotación entre la flecha y el cubo. La cuña podrá estar atornillada a la flecha con cierto ajuste de rotación libre en el cubo o permancer en el cubo con cieno ajuste de rotación libre en la flecha. Generalmente se prefiere al primer diseño. Cuando se utilizan dos cuñas separadas 180°, el análisis indica que la fuerza de fricción axial necesaria para mover al cubo a lo largo de la flecha es igual a la mitad de la fuerza requerida cuando sólo se usa una cuña. Como una guía para el dimensionado de las cuñas lengüetas, la presión por aplastamiento en cada lado no debe exceder a 1000 lb/plg2 .

El sistema de suspensión esta compuesto por un elemento flexible o elástico (muelle de ballesta o helicoidal, barra de torsión, muelle de goma, gas o aire) y un elemento amortiguación (amortiguador), cuya misión es neutralizar las oscilaciones de la masa suspendida originadas por el elemento flexible al adaptarse a las irregularidades del terreno.

Elementos de suspensión simplesEn las suspensiones simples se utilizan como elementos de unión, unos resortes de acero elástico en forma de:

ballesta, muelle helicoidal barras de torsión

Estos elementos, como todos los muelles, tienen excelentes propiedades elásticas pero poca capacidad de absorción de energía mecánica, por lo que no pueden ser montados solos en la suspensión; necesitan el montaje de un elemento que frene las oscilaciones producidas en su deformación. Debido a esto, los resortes se montan siempre con un amortiguador de doble efecto que frene tanto su compresión como expansión..

BallestasLas ballestas están constituidas (fig. inferior) por un conjunto de hojas o láminas de acero especial para muelles, unidas mediante unas abrazaderas (2) que permiten el deslizamiento entre las hojas cuando éstas se deforman por el peso que soportan. La hoja superior (1), llamada hoja maestra, va curvada en sus extremos formando unos ojos en los que se montan unos casquillos de bronce (3) para su acoplamiento al soporte del bastidor por medio de unos pernos o bulones.

El número de hojas y el espesor de las mismas está en función de la carga que han de soportar. Funcionan como los muelles de suspensión, haciendo de enlace entre el eje de las ruedas y el bastidor.En algunos vehículos, sobre todo en camiones, además de servir de elementos de empuje, absorben con su deformación longitudinal la reacción en la propulsión.Existe una abundante normalización sobre ballestas en las normas UNE 26 224-5-6-7 y 26 063.

Montaje de las ballestasEl montaje de las ballestas puede realizarse longitudinal o transversalmente al sentido de desplazamiento del vehículo.

Montaje longitudinal: montaje utilizado generalmente en camiones y autocares, se realiza montando la ballesta con un punto "fijo" en la parte delantera de la misma (según el desplazamiento del vehículo) y otro "móvil", para permitir los movimientos oscilantes de la misma cuando se deforma con la reacción del bastidor. El enlace fijo se realiza uniendo directamente la ballesta (1) al soporte (2) y, la unión móvil, interponiendo entre la ballesta (1) y el bastidor un elemento móvil (3), llamado gemela de ballesta.

El montaje de la ballesta sobre el eje (4), puede realizarse con apoyo de la ballesta sobre el eje (figura superior) o con el eje sobre la ballesta (figura inferior); este ultimo montaje permite que la carrocería baje, ganando en estabilidad. La misión se realiza por medio de unas abrazaderas que enlazan la ballesta al eje.

Montaje transversal: utilizado generalmente en turismos, se realiza uniendo los extremos de la ballesta (1) al puente (2) o brazos de suspensión, con interposición de elementos móviles (3) (gemelas) y la base de la ballesta a una traviesa del bastidor o carrocería.

 

Entretenimiento y reparación de las ballestas

 

Muelles helicoidalesEstos elementos mecánicos se utilizan modernamente en casi todos los turismos en sustitución de

las ballestas, pues tienen la ventaja de conseguir una elasticidad blanda debido al gran recorrido del resorte sin apenas ocupar espacio ni sumar peso.

ConstituciónConsisten en un arrollamiento helicoidal de acero elástico formado con hilo de diámetro variable (de 10 a 15 mm); este diámetro varía en función de la carga que tienen que soportar; las últimas espiras son planas para facilitar el asiento del muelle sobre sus bases de apoyo (fig. inferior).

CaracterísticasNo pueden transmitir esfuerzos laterales, y requieren, por tanto, en su montaje bielas de empuje lateral y transversal para la absorción de las reacciones de la rueda. Trabajan a torsión, retorciéndose proporcionalmente al esfuerzo que tienen que soportar (fig. inferior), acortando su longitud y volviendo a su posición de reposo cuando cesa el efecto que produce la deformación.

La flexibilidad de los muelles está en función del número de espiras, del diámetro del resorte, del paso entre espiras, del espesor o diámetro del hilo, y de las características del material. Se puede conseguir muelles con una flexibilidad progresiva, utilizando diferentes diámetros de enrollado por medio de muelles helicoidales cónicos (figura inferior), por medio de muelles con paso entre espiras variable o disponiendo de muelles adicionales.

 

Usando muelles adicionales se puede obtener una suspensión de flexibilidad variable en el vehículo. En efecto, cuando éste circule en vacío, sólo trabaja el muelle principal (1) (fig. inferior) y cuando la carga es capaz de comprimir el muelle hasta hacer tope con el auxiliar (2) se tiene un doble resorte, que, trabajando conjuntamente, soporta la carga sin aumentar la deformación, dando mayor rigidez al conjunto.

En la figura inferior puede apreciarse de forma gráfica las tres posiciones del muelle: sin montar, montado en el vehículo y el muelle bajo la acción de la carga.

Las espiras de un muelle helicoidal no deben, en su función elástica, hacer contacto entre sus espiras; es decir, que la deformación tiene que ser menor que el paso del muelle por el número de espiras. De ocurrir lo contrario, cesa el efecto del muelle y entonces las sacudidas por la marcha del vehículo se transmiten de forma directa al chasis.

 

Barra de torsiónEste tipo de resorte utilizado en algunos turismos con suspensión independiente, está basado en el principio de que si a una varilla de acero elástico sujeta por uno de sus extremos se le aplica por el otro un esfuerzo de torsión, esta varilla tenderá a retorcerse, volviendo a su forma primitiva por su elasticidad cuando cesa el esfuerzo de torsión (fig. inferior).

Disposición y montaje de las barras de torsión. El montaje de estas barras sobre el vehículo se realiza (fig. inferior) fijando uno de sus extremos al chasis o carrocería, de forma que no pueda girar en su soporte, y en el otro extremo se coloca una palanca solidaria a la barra unida en su extremo libre al eje de la rueda. Cuando ésta suba o baje por efecto de las desigualdades del terreno, se producirá en la barra un esfuerzo de torsión cuya deformación elástica permite el movimiento de la rueda.Las barras de torsión se pueden disponer paralelamente al eje longitudinal del bastidor o también transversalmente a lo largo del bastidor

 

En vehículos con motor y tracción delanteros se montan una disposición mixta con las barras de torsión situadas longitudinalmente para la suspensión delantera y transversalmente para la suspensión trasera.

 

Barras estabilizadorasCuando un vehículo toma una curva, por la acción de la fuerza centrífuga se carga el peso del coche sobre las ruedas exteriores, con lo cual la carrocería tiende a inclinarse hacia ese lado con peligro de vuelco y la correspondiente molestia para sus ocupantes.

Para evitar estos inconvenientes se montan sobre los ejes delantero y trasero las barras estabilizadores, que consisten esencialmente en una barra de acero elástico cuyos extremos se fijan a los soportes de suspensión de las ruedas; de esta forma, al tomar una curva, como una de las ruedas tiende a bajar y la otra a subir, se crea un par de torsión en la barra que absorbe el esfuerzo y se opone a que esto ocurra, e impide, por tanto, que la carrocería se incline a un lado, manteniendola estable. El mismo efecto se produce cuando una de las ruedas encuentra un bache u obstáculo, creando, al bajar o subir la rueda, un par de torsión en la barra que hace que la carrocería se mantenga en posición horizontal. En caso de circular en linea recta y en condiciones normales la acción de la barra es nula.

 

Silentblocks y cojinetes elásticosSon aislantes de caucho u otro material elastómero que se encargan de amortiguar las reacciones en los apoyos de la suspensión. Su mision es amortiguar los golpes existentes entre dos elementos en los que existe movimiento. Suelen montarse a presión o atornillados. Su sustitución debe realizarse cuando el caucho esté deteriorado o exista holgura en la unión.Los cojinetes elásticos son elemento de caucho que permiten la unión de los componentes de la suspensión facilitando un pequeño desplazamiento. Su montaje suele realizarse mediante bridas o casquillos elásticos. Estos cojinetes son muy utilizados para el montaje de las barras estabilizadoras.

 

RótulasLas rótulas constituyen un elemento de unión y fijación de la suspensión y de la dirección, que permite su pivotamiento y giro manteniendo la geometria de las ruedas.La fijación de las rótulas se realiza mediante tornillos o roscados exteriores o interiores.

Su sustitución debe realizarse si existe en estas algun daño como por ejemplo, si esta deformada a causa de algún golpe, o cuando existen holguras (figura inferior).

 

Mangueta y bujeLa mangueta de la suspensión es una pieza fabricada con acero o aleaciones que une el buje de la rueda y la rueda a los elementos de la suspensión, tirantes, trapecios, amortiguador, etc.La mangueta se diseña teniendo en cuenta las características geométricas del vehículo. En el interior del buje se montan los rodamientos o cojinetes que garantizan el giro de la rueda.

 

Trapecios o brazos de suspensiónSon brazos artículados fabricados en fundición o en chapa de acero embutida que soportan al vehículo a través de la suspensión. Unen la mangueta y su buje mediante elementos elásticos (silentblocks) y elementos de guiado (rótulas) al vehículo soportando los esfuerzos generados por este en su funcionamiento.

Tirantes de suspensiónSon brazos de acero longitudinales o transversales situados entre la carroceria y la mangueta o trapecio que sirven como sujección de estos y facilitan su guiado. Absorben los desplazamiento y

esfuerzos de los elementos de la suspensión a través de los silentblocks o cojinetes elásticos montados en sus extremos.

Topes de suspensiónEstos topes pueden ser elásticos o semirigidos en forma de taco o en forma de casquillo. Su función es servir de tope para el conjunto de la suspensión, de manera que en una compresión excesiva esta no se detiene. El montaje de este elemento es muy diverso dependiendo de la forma del taco. Por ejemplo, en las suspensiones McPherson se monta en el interior del vástago del amortiguador, mientras que en las suspensiones por ballesta se suele montar anclado en la carrocería.

AmortiguadoresEstos elementos son los encargados de absorber las vibraciones de los elementos elásticos (muelles, ballestas, barras de torsión), convirtiendo en calor la energía generada por las oscilaciones.Cuando la rueda encuentra un obstáculo o bache, el muelle se comprime o se estira, recogiendo la energía mecánica producida por el choque, energía que devuelve a continuación, por efecto de su elasticidad, rebotando sobre la carrocería. Este rebote en forma de vibración es el que tiene que frenar el amortiguador, recogiendo, en primer lugar, el efecto de compresión y luego el de reacción del muelle, actuando de freno en ambos sentidos; por esta razón reciben el nombre de los amortiguadores de doble efecto.Los amortiguadores pueden ser "fijos" y "regulables", los primeros tienen siempre la misma dureza y los segundo pueden variarla dentro de unos márgenes. En los más modernos modelos este reglaje se puede hacer incluso desde el interior del vehículo. Marcas conocidas de fabricantes de amortiguadores serian: Monroe, Koni, Bilstein, Kayaba, De Carbon, etc

 

Tipos de amortiguadoresLos mas empleados en la actualidad son los de tipo telescópico de funcionamiento hidráulico. Dentro de estos podemos distinguir:

Los amortiguadores hidráulicos convencionales (monotubo y bitubo). Dentro de esta categoría podemos encontrar los fijos y los regulables.

Los amortiguadores a gas (monotubo o bitubo). No regulables Los amortiguadores a gas (monotubo). Regulables

 

Amortiguadores hidráulicos convencionalesSon aquellos en los que la fuerza de amortiguación, para controlar los movimientos de las masas suspendidas y no suspendidas, se obtiene forzando el paso de un fluido a través de unos pasos calibrados de apertura diferenciada, con el fin de obtener la flexibilidad necesaria para el control del vehículo en diferentes estados.Son los mas usuales, de tarados pre-establecidos (se montan habitualmente como equipo de origen). Son baratos pero su duración es limitada y presentan pérdidas de eficacia con trabajo excesivo, debido al aumento de temperatura. No se suelen utilizar en conducción deportiva ni en competición.

Estos amortiguadores de tipo telescópico y de funcionamiento hidráulico están constituidos (fig. inferior) por una cilindro (A) dentro del cual puede deslizarse el émbolo (B) unido al vástago (C), que termina en el anillo soporte (D), unido al bastidor. Rodeando el cilindro (A) va otro concéntrico, (F), y los dos terminan sellados en la parte superior por la empaquetadura (E), por la que pasa el vástago (C), al que también se une la campana (G), que preserva de polvo al amortiguador. El cilindro (F) termina en el anillo (H), que se une al eje de la rueda y se comunica con el cilindro (A) por medio del orificio (I). El cilindro (A) queda dividido en dos cámaras por el pistón (B); éstas se comunican por los orificios calibrados (J y K), este último tapado por la válvula de bola (L).Así constituido el amortiguador, quedan formadas las cámaras (1, 2 y 3), que están llenas de aceite. Cuando la rueda sube con relación al chasis, lo hace con ella el anillo (H) y, a la vez que él, los cilindros (A y F), con lo cual, el líquido contenido en la cámara (2) va siendo comprimido, pasando a través de los orificios (J y K) a la cámara (1), en la que va quedando espacio vacío debido al movimiento ascendente de los cilindros (A y F). Otra parte del líquido pasa de (2) a la cámara de compensación (3), a través del orificio (I). Este paso forzado del líquido de una cámara a las otras, frena el movimiento ascendente de los cilindros (A y F), lo que supone una amortiguación de la suspensión.

Cuando la rueda ha pasado el obstáculo que la hizo levantarse, se produce el disparo de la ballesta o el muelle, por lo que (H) baja con la rueda y con él los cilindros (A y F). Entonces el líquido de la cámara (1) va siendo comprimido por el pistón y pasa a la cámara (2) a través de (J) (por K no puede hacerlo por impedírselo la válvula antirretorno L), lo que constituye un freno de la expansión de la ballesta o el muelle. El espacio que va quedando vacío en la cámara (2) a medida que bajan los cilindros (A y F), se va llenando de aceite que llega de la cámara (1) y, si no es suficiente, del que llega de la cámara de compensación (3) a través de (I). Por tanto, en este amortiguador vemos que la acción de frenado es mayor en la expansión que en la compresión del muelle o ballesta, permitiéndose así que la rueda pueda subir con relativa facilidad y que actúe en ese momento el muelle o la ballesta; pero impidiendo seguidamente el rebote de ellos, que supondría un mayor número de oscilaciones hasta quedar la suspensión en posición de equilibrio.Según el calibre del orificio (J), se obtiene mayor o menor acción de frenado en los dos sentidos; y según el calibre del orificio (K), se obtiene mayor o menor frenado cuando sube la rueda. En el momento que lo hace, el aceite contenido en la cámara inferior (2) no puede pasar en su totalidad a la superior (1), puesto que ésta es más reducida, debido a la presencia del vástago (C) del pistón; por ello se dispone la cámara de compensación (3), para que el líquido sobrante de la cámara inferior (2) pueda pasar a ella. Todo lo contrario ocurre cuando la rueda baja: entonces el líquido que pasa de la cámara superior (1) a la inferior (2) no es suficiente para llenarla y por ello le entra líquido de la cámara de compensación (3).

Este tipo de amortiguador se ha visto que es de doble electo; pero cuando la rueda sube, la acción de frenado del amortiguador es pequeña y cuando baja es grande (generalmente, el doble), consiguiéndose con ello que al subir la rueda, sea la ballesta o el muelle los que deformándose absorban la desigualdad del terreno y, cuando se produzca la expansión, sea el amortiguador el que lo frene o disminuya las oscilaciones.

La energía desarrollada por el muelle en la "compresión" y "expansión" es recogida por el amortiguador y empleado en comprimir el aceite en su interior. La energía, transformada en calor, es absorbida por el líquido.Como el amarre de los resortes se realiza entre el elemento suspendido y el eje oscilante de las ruedas, los amortiguadores se montan también sujetos a los mismos elementos, con el fin de que puedan frenar así las reacciones producidas en ellos por los resortes. Esta unión se realiza con interposición de tacos de goma, para obtener un montaje elástico y silencioso de los mismos.La temperatura ambiente y el calor absorbido por el aceite en el funcionamiento de los amortiguadores hidráulicos, influyen sobre la viscosidad del líquido, haciendo que el mismo pase con más o menos dificultad por las válvulas que separan las cámaras, resultando una suspensión más o menos amortiguada. Por esta razón, en invierno, en los primeros momentos de funcionamiento, se observa una suspensión más dura, ya que el aceite, debido al frío, se ha hecho más denso; en verano, o cuando el vehículo circula por un terreno irregular, el aceite se hace más fluido y se nota una suspensión más blanda.

Amortiguador hidráulico presurizadoUn avance en la evolución de los amortiguadores consiste en presurizar el interior de los amortiguadores, esto trae consigo una serie de ventajas.

No presurizadosTienen la pega de que se puede formar en ellos bolsas de aire bajo las siguientes condiciones.

El amortiguador se almacena o transporta horizontal antes de ser instalado. La columna de aceite de la cámara principal cae por gravedad cuando el vehículo

permanece quieto durante mucho tiempo. El aceite se contrae como consecuencia de su enfriamiento al final de un viaje y se

succiona aire hacia la cámara principal.

Como consecuencia de ello, en especial en días fríos, algunos amortiguadores pueden padecer lo que se conoce como "enfermedad matinal".

PresurizadosEs un tipo de configuración empleada hoy en día en la mayoría de vehículos cuando se busca mejorar las prestaciones de los amortiguadores de doble tubo convencionales. La solución consiste en añadir una cámara de gas de baja presión (4 bares) es una presión suficiente, ya que la fuerza amortiguadora en compresión la sigue proporcionando el aceite en su paso por las válvulas del émbolo.

De esta forma la fuerza de extensión realizada por el amortiguador en su posición nominal es baja. Esto permite utilizar esta solución en suspensiones McPherson en las que se requieren diámetros de amortiguador mas elevados.

Sus ventajas respecto de los no presurizados son las siguientes:

Respuesta de la válvula mas sensible para pequeñas amplitudes. Mejor confort de marcha Mejores propiedades de amortiguación en condiciones extremas (grandes baches). Reducción de ruido hidráulico. Siguen operativos aunque pierdan el gas

Respecto a los amortiguadores monotubos, los de doble tubo presurizados tienen la ventaja de tener una menor longitud y fricción para las mismas condiciones de operación.

Amortiguadores a gasEstos amortiguadores a gas trabajan bajo el mismo principio básico que los hidráulicos, pero contienen en uno de sus extremos nitrógeno a alta presión (aproximadamente 25 bar).

Un pistón flotante separa este gas del aceite impidiendo que se mezclen. Cuando el aceite, al desplazarse el vástago, comprime el gas, esté sufre una variación de volumen que permite dar una respuesta instantánea y un funcionamiento silencioso. Los amortiguadores a gas además de amortiguar también hace en cierto modo de resorte elástico, es por ello que este tipo de amortiguadores vuelven a su posición cuando se deja de actuar sobre ellos.

Amortiguadores de gas no regulables : suelen ser amortiguadores monotubo o bitubo, muy resistente a golpes, de alta duración y de alta resistencia a la pérdida de eficacia por temperatura de trabajo. Aunque el precio es mayor, se ve compensado por su durabilidad y fiabilidad. Es un tipo de amortiguador de muy alta calidad. Su uso es ciertamente recomendable para los vehículos de altas prestaciones.

Amortiguadores de gas regulables : Son amortiguadores monotubo, con o sin botella exterior, con posibilidad de variación de tarados. Es un tipo de amortiguador de alta tecnología, con precio alto pero proporcional a su eficacia, por eso es el mas usado en conducción deportiva, en los vehículos de competición y de altas prestaciones.

El remache, conocido también con el nombre de roblón o remache pop, es un elemento de fijación cuya función es, al igual que el tornillo, unir dos piezas de forma permanente. Es un cierre mecánico que está compuesto por un tubo cilíndrico que en su parte inferior dispone una cabeza cuyo diámetro es mayor que el resto del remache para que al introducirlo en un agujero pueda encajar, a fin de unir dos piezas distintas sean o no del mismo material. Actualmente su uso es de vital importancia como técnica de montaje debido, en parte, por el desarrollo de técnicas de automatización que logran abaratar el proceso de unión.

Partes de un remache o roblón

Cuerpo de forma cilíndrica llamado caña, vástago o espiga.

Cabeza en forma de casquete esférico y cuyo diámetro es mayor al cuerpo del remache.

Tipos de remaches o roblón

Remaches de compresión.

Remaches ciegos que pueden ser: con mandril de estiramiento, con pasador guiado, roscados y los que son expandidos químicamente.

Remaches de golpe, los cuales se emplea un martillo para su instalación.

El remache o roblón es utilizado para unir dos o más piezas de forma fija y permanente, inclusive de materiales diferentes. Los campos en los que más se usa el remachado como método de fijación son: automotriz, electrodomésticos, muebles, hardware, industria militar, metales laminados, etc.

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¿Cómo se usa un remache o roblón?Para la colocación de los remaches primero se realiza un barreno o bien un perforador o también conocido como taladro, que es un dispositivo que se usa para hacer un hueco y luego se debe introducir el cuerpo cilíndrico en el agujero. Éste debe tener las dimensiones adecuadas de manera que sobresalga, deformando a continuación la parte saliente hasta formar una nueva cabeza. En ocasiones, la colocación de los remaches se efectúa en frío para diámetros de ocho milímetros; y en caliente para diámetros mayores de diez milímetros. La herramienta adecuada para la colocación de remaches es la remachadora.

Si desea emplear un método para la unión de una o más piezas, sea o no del mismo material, le presentamos las ventajas que tiene el remache frente a otros elementos de fijación como el tornillo o el clavo.

Es considerado como un método de unión barato y automatizable.

Es útil para la unión de materiales diferentes así como para dos o más piezas.

Existe una gran variedad de modelos y materiales de remaches, lo que permite acabados más estéticos que con las uniones atornilladas.

Permite las uniones ciegas, es decir, la unión cuando sólo es accesible la cara externa de una de las piezas.

Recomendaciones al momento de usar un remache

La resistencia alcanzable con un remache es inferior a la que se puede conseguir con un tornillo.

La unión no es desmontable, lo que dificulta el mantenimiento. Más allá de esto, retirarlo es sencillo (se debe utilizar un perforador o taladro con mecha o broca de acero rápido, cuyo diámetro exterior debe ser igual al del remache), aunque una vez que lo retiramos, debemos utilizar un remache nuevo.

No es adecuado para piezas de gran espesor.

Este accesorio no es reusable como el tornillo. Sólo se usa una vez.

Debemos tener en cuenta, que al momento de desear unir dos superficies y vamos a adquirir los remaches necesarios, se debe tener en cuenta el espesor de ambas superficies (ya que dependiendo el espesor, la cabeza del remache debe ser más larga), el diámetro del agujero, y los materiales a unir, ya que dependiendo del tipo de material, se deben utilizar remachesmás blandos o no.

Dibujos