Leva

1-       ¿A qué se llama seguidor? ¿Sigue alguna Ley?

2-       ¿Conoce algunas leyes de movimiento?

3-       ¿Qué mecanismo es común?

4-       ¿A que esta sometida la superficie de la Leva?

5-       Tipos de Levas. ¿En que más se utilizan?

6-       Ley Fundamental.

7-       ¿Qué es el diagrama de desplazamiento?

Levas

1-       El seguidor es el elemento conducido que ejecuta el movimiento deseado (traslación u oscilación). Siguen una ley, las condiciones para funcionamiento óptimo son que la posición final e inicial deben ser iguales, la función de la leva debe ser continua en su primera y segunda derivada en los 360°. SVAJ, J (rapidez de la aceleración, JERK) debe ser continua en los 360° para que no exista choque.

2-       La función armónica simple cumple la ley sin detenimiento (la aceleración no es continua en cada extremo del intervalo), la función cicloidal la cumple para doble detenimiento (sus derivadas son continuas a través de la función aceleración).

3-        ¿Qué mecanismo es común?

4-        La superficie de la leva está sometida a desgaste-abrasión y a tensiones de contacto.

5-        La levas se clasifican se pueden clasificar según el tipo de movimiento del seguidor (de traslación o rotación), según el tipo de leva (radial, cilíndrica o axial y tridimensional que es una combinación de las dos anteriores), según el cierre de junta (de forma o de fuerza), según el tipo de seguidor (curvo o plano, rodante o deslizante.
 O bien por el tipo de movimiento, subida-bajada, subida-bajada-detenimiento, subida-detenimiento-bajada-detenimiento.
 También pueden clasificarse según el tipo de restricción al movimiento, de posición  extrema crítica (solo se restringen las posiciones que debe ocupar el seguidor) o de movimiento de trayectoria crítica (Se determina la trayectoria mediante una función que debe seguir el seguidor). Las levas se utilizan para accionar las válvulas de los motores.

6-        Ley Fundamental: La función que describe a la leva debe ser continua a través de la primera y segunda derivada en todo el intervalo. La función rapidez de aceleración (jerk) deberá ser finita en todo el intervalo, para esto las funciones desplazamiento, velocidad y aceleración deben ser continuas en todo el intervalo. Si las levas son utilizadas a altas velocidades se debe cumplir la Ley fundamental y la rapidez de aceleración debe ser continua para que no sean ruidosas, y no fallen por roturas debido a fatiga. En cambio en aplicaciones de baja velocidad generalmente solo son importantes los diagramas de desplazamientos y quizá las velocidades.

7-        El diagrama de desplazamiento (S vs tiempo o ángulo de giro) es una linealización de la leva, representándola en un par de ejes cartesianos donde las abscisas corresponden al ángulo de giro de la leva y las ordenadas a las distintas posiciones que ocupa el seguidor para cada ángulo de giro.

Rodamientos

Rodamientos (Recomendable llevar catalogo).

1-       ¿Qué tipos de rodamientos conoce? Usos.

2-       Con el manual, ¿cómo verifico un rodamiento X con tales vueltas?

3-       ¿Cómo selecciono un rodamiento de bolas?

4-       ¿Cómo se calcula la duración de un rodamiento?

5-       ¿Cómo se calcula la duración cuando hay cargas variables?

6-       ¿Qué es la capacidad de carga estática y dinámica?

7-       ¿Qué pasa si las cargas varían?

8-       Las bolas, ¿Transmiten carga axial? ¿Y si hay solo axiales?

1-       Los rodamientos pueden ser de contacto radial (de bolas de ranura profunda, de doble hilera, de contacto oblicuo, a rótula o autoalineantes; de rodillos: cilíndricos, cónicos, de rodillos a rótula, de agujas) o de contacto axial (de bolas, de rodillos a rótula, de agujas, etc.).

2-       Para verificar con el manual un rodamiento debo conocer la carga dinámica que actúa sobre el rodamiento (P), la capacidad de carga dinámica del rodamiento (C en Newton) y el tipo de rodamiento del que se trate, para utilizar la siguiente fórmula:

          p= 3 para rodamientos de bolas y 10/3 para rodamientos de rodillos.

 El resultado de esta L10, está expresado en millones de revoluciones.
 Si la carga aplicada está compuesta por una fuerza axial y una radial debe calcularse la carga equivalente, utilizando los coeficientes propios de cada rodamiento. P = x. Fr + y . Fa

3-       Los rodamientos de bolas se seleccionan en base al diámetro del eje que soportará (espacio disponible), según las cargas que tenga que soportar ya sean radiales o axiales o combinaciones, desalineaciones, precisión, velocidad, funcionamiento silencioso, rigidez, desplazamiento axial, montaje y desmontaje, etc.

4-       También puede calcularse la duración en horas en base a la velocidad de rotación del muñón (n en RPM) con la siguiente fórmula o con una gráfica que se encuentra en el manual de rodamientos SKF.

resultado expresado en horas de funcionamiento.

5-       Cuando existen cargas variables se procede a calcular una carga media constante (F_m) que produce sobre el rodamiento el mismo efecto que la carga fluctuante. Para esto se debe conocer la carga que actúa (F) y el número de revoluciones por la que se aplica (U).

 Donde F₁, F₂… son las cargas constantes que actúan durante una cantidad U₁, U₂, … revoluciones. 

U es la suma de las revoluciones.

 Si la carga fluctúa entre un mínimo y un máximo se emplea la siguiente fórmula:

6-       La capacidad de carga estática C₀ es la carga que produce una deformación permanente total, del elemento rodante y el camino de rodadura, en el punto de contacto más cargado, igual a 0,0001 del diámetro del elemento rodante. Se utiliza para muy bajas revoluciones, 10 rpm por ejemplo, o bien oscilando lentamente o en reposo durante ciertos períodos).
 La capacidad de carga dinámica C se aplica para rodamientos sometidos a esfuerzos dinámicos, es decir, al seleccionar un rodamiento que gira sometido a carga, y expresa la carga que puede soportar el rodamiento alcanzando una duración nominal de un millón de revoluciones.

7-       Si las cargas son variables se reduce notablemente la vida útil del rodamiento debido a los esfuerzos de fática que dañan las pistas del rodamiento, produciendo desgaste, brinelaciones o desconchado.

8-       Los rodamientos de bolas transmiten carga axial pero poca (no excesiva). Si las cargas son solo axiales debe verificarse que esta carga axial no sobrepase la máxima carga axial para dicho rodamiento (si es radial) o bien si se trata de carga axial elevada se recurre a los rodamientos de bolas axiales.

Volantes

Volantes

1-    ¿Para que sirven los volantes?¿cual es su forma?

2-    Parámetros característicos.

3-    ¿Qué se pretende con un volante?¿A costa de que?

4-    Factor de Inercia. ¿Qué relaciona?

5-    ¿De dónde sale ΔU?

6-    Cuando se calcula un volante, ¿Qué se desea determinar?

7-    ¿Como determino el valor de ΔE?

8-    Cuando se dimensiona un volante, ¿Qué se tiene que lograr?

9-    ¿Que es el factor de irregularidad?

Volantes

1-    Los volantes son elementos giratorios que actúan como dispositivos para almacenamiento de energía cuando el trabajo no se consume tan rápidamente como es la potencia aplicada o fuerza motriz. Su forma consiste en una llanta donde los rayos que la unen al eje donde este actúa. Debido a su inercia rotacional la llanta es la que más energía almacena respecto de los rayos. También son empleados como controladores de la variación de velocidad.

2-     Los parámetros característicos de una llanta son: su momento de inercia (masa y diámetro) y el coeficiente de fluctuación de velocidad o grado de irregularidad (el coeficiente de fluctuación  de velocidad está determinado en tablas para distintos usos).


        V : velocidad angular

3-    Con un volante se pretende almacenar energía otorgada por un motor de poca potencia para entregarla en un proceso que requiera mucha energía en un proceso corto de tiempo (disminuir el grado de irregularidad periódica), o bien mantener la velocidad entre ciertos valores lo más constante posible para evitar aceleraciones o desaceleraciones bruscas en un motor.
 En el primer caso se logra al frenar el volante de manera que este entregue la energía cinética almacenada en forma de velocidad de rotación debido a su inercia. En el segundo caso se logra ya que el volante se opone a cambios de velocidad de su inercia.

4-     El factor de inercia (W.D²) relaciona el peso del volante con su diámetro. Se utiliza para determinar las dimensiones o el peso de un volante cuando uno de éstos está limitado. En aplicaciones prácticas de determina el factor de inercia necesario del volante en base a la diferencia entre el factor de inercia necesario del proceso y el factor de inercia inherente de la máquina.

5-    ΔU es la energía necesaria en el proceso, es decir la cantidad de energía que puede entregar el volante trabajando entre dos velocidades determinadas.  Esta entrega de energía se da por el frenado del volante, por el cambio de velocidad, ya que es el único factor que se puede variar al estar éste en uso.
                                                       ΔU = U₂ – U₁   

                                                         U = ½ . I . ω²

6-    Cuando se calcula un volante se desea determinar el peso y sus dimensiones.

7-    Para determinar el valor ΔE:
                                            ΔKE = ½ . I . ω²

Donde:            Cf = (v₁ – v₂)/v_m        y          v_m = (v₁ + v₂)/2 

      Entonces:
           

                                          ΔKE = ½ . I . (ω₂² – ω₁²)

            I = m.r²                       à        ΔKE = ½ . m.r² . (ω₂² – ω₁²) = ½ . m. (v₂² – v₁²)



Pero: (v₂² – v₁²) = (v₂– v₁) . (v₂ + v₁) = Cf . v_m . 2 v_m

Entonces:       ΔKE = ½ . m . Cf . v_m² . 2     à ΔE =   (W/g) . Cf . v_m² 

                                           W = (ΔE . g) / Cf . v_m²

8-    Cuando se dimensiona un volante se debe lograr que éste pueda entregar la energía necesaria para el proceso, o la energía necesaria para mantener la velocidad entre ciertos valores. Para esto se deben determinar su velocidad, el peso y el diámetro. Obtener el peso y el diámetro del volante dentro de valores razonables para la aplicación.

9-    El grado de irregularidad es el coeficiente de fluctuación de velocidad.

Cojinetes

Cojinetes

1-       Numero de Sommerfeld. ¿Cuáles son los factores de diseño? ¿Qué son cada uno de los factores? ¿Esa viscosidad es constante o variable?

2-       ¿Qué es la ecuación de Gumbel? ¿Qué relaciona? ¿Que determina? Diferencias entre la formula de Gumbel y de Sommerfeld. Consideraciones entre uno y otro.

3-       Huelgo radial:¿Cómo de fija?

4-       Teoría Hidrodinámica. ¿A que conduce?

5-       Condición para que exista lubricación Hidrodinámica.

6-       ¿Cuantos viscosímetros conoce?

7-       Característica de la película lubricante. ¿A que conduce la forma de cuña? Diagrama de presiones. ¿Dónde ocurre la presión máxima? ¿y el espesor de película mínimo?

8-       ¿Por qué se origina la capa de separación?

9-       ¿Qué se necesita para que separe las superficies esa capa lubricante y no se escape cuando se aplica la carga?

10-   Diagrama de presiones con presión exterior (bomba), vista lateral y axial. ¿Para que se pone la bomba?

11-   Diagrama de estabilidad.

Cojinetes

1-     Número de Sommerfeld, los factores de diseño son r (radio del muñón, in), c (holgura radial, in), µ (viscosidad absoluta, reyn), N (velocidad significativa, rev/s), P (carga por unidad de área proyectada del cojinete, psi). La viscosidad según las hipótesis idealizantes de Petroff se mantiene constante, pero es sabido por experiencias y tablas que la viscosidad del aceite no es constante ya que el aceite aumenta su temperatura durante el funcionamiento y por ende disminuye su viscosidad de los aceites. Al aumentar la temperatura de un aceite (por fricción interna del aceite) disminuye su viscosidad. Para el cálculo se considera una temperatura efectiva equivalente, en base a la temperatura de ingreso y egreso del aceite del cojinete.
 El número de Sommerfeld o índice o número característico de cojinete lo define una ecuación en base a la holgura radial y al módulo del cojinete y es muy importante debido a que contiene todas las variables especificadas generalmente por el diseñador.

2-     La ecuación de Gumbel sirve para determinar el espesor mínimo de la película lubricante. A diferencia de la ecuación de Sommerfeld, éste tiene en cuenta que el cojinete es de longitud finita, para lo cual introduce un factor correctivo.

Esta ecuación relaciona los factores de diseño que también usa Sommerfeld, pero le suma la longitud del cojinete.
 Similar a lo que sucede con Gumbel y Sommerfeld, Mc Kee desarrolló una fórmula para calcular el coeficiente de fricción para cojinetes de longitud finita, la que la diferencia de la ecuación de Sommerfeld y sus gráficas.

3-      El huelgo radial para el diseño de un cojinete se fija según una tabla (Faires 410) según el diámetro del eje y el uso.

4-     La teoría hidrodinámica conduce a la formación de una gruesa capa de lubricante entre el eje y el cojinete generada por la velocidad de rotación del eje, esta capa es generada por la velocidad del eje, y a mayor velocidad mayor espesor de la capa. Esta velocidad del eje genera el ingreso del lubricante (hidrodinámica) por una zona en forma de cuña que permite aumentar la presión del lubricante en un valor tal que permite la separación de las superficies de contacto, esto es contrarrestando el peso del eje o gorrón.

5-     Para que exista lubricación hidrodinámica el lubricante debe ingresar al cojinete por un canal convergente.

6-     Saybolt Universal (empírico) en base al tiempo que demora en vaciarse un recipiente normalizado; de rotación (en base a la fuerza o par que se necesita para mover un cuerpo sumergido en un líquido) y de vibración (según la amplitud de las ondas en el fluido al introducirse en él una barra rugosa, es el método más conveniente para procesos continuos), también otra forma de medirlo es soltando una esfera o burbuja sobre un recipiente y medir la velocidad de caída una vez que esta se estabiliza debido a la viscosidad.

7-     La película lubricante puede ser fluida, delgada (lubricación bajo dosificación o por adherencia del lubricante?) o sólida(generada por la volatilización de un agente que deja residuos entre metal y metal). La fluida se puede dar por lubricación hidrodinámica (movimiento de superficies que generan una cuña por donde ingresa el lubricante a una presión lo bastante elevada como para mantener separadas las superficies), hidrostática (por bombeo a presión del lubricante para separar las superficies), elasto-hidrodinámica (por la deformación de los metales en contacto durante el funcionamiento para la formación de la película).
 La forma de cuña o canal convergente conduce al aumento de presión del lubricante permitiendo de esta manera la separación de los metales en contacto, generándose este aumento en mayor medida por la velocidad de rotación del eje.
Diagrama Polar de presiones: 

 La presión máxima de aceite se da en la parte convergente de la película, en las proximidades del punto de mínimo espesor de película lubricante y la línea vertical (este punto se puede ubicar mediante una gráfica en base al número de Sommerfeld). El espesor de película mínimo se encuentra por medio de una gráfica ingresando con el número de Sommerfeld, en base al ángulo formado entre una línea imaginaria de unión de los centros del eje y el cojinete y la vertical al centro del cojinete, también puede calcularse por la ecuación de Gumbel.

8-      La capa de separación se produce cuando el eje empieza a rotar y arrastra el lubricante hacia abajo, moviéndose el eje dentro del cojinete hasta alcanzar el punto de desequilibrio, donde se forma una cuña por donde ingresa el lubricante a presión y genera la capa que separa al eje del cojinete. Es decir que se genera por la velocidad de rotación del eje y la aparición de una cuña o canal convergente debajo de él.

9-      Para que el lubricante separe las superficies debe tener suficiente presión para soportar el peso del eje, y longitud suficiente para que el lubricante no escape por los laterales del cojinete.

10-    Cuando la fricción es elevada y el lubricante puede aumentar excesivamente su temperatura se recurre al uso de una bomba para inyectar lubricante a presión en el cojinete y de esta manera aumentar el caudal de fluido, para disminuir el tiempo de permanencia y por ende el sobrecalentamiento. La inyección de lubricante a presión aumenta las fugas del mismo por los laterales, lo que facilita la refrigeración. Cuando se recurre al uso de una bomba para inyectar lubricante a presión, el diagrama de presión lateral y axial es el siguiente:

       

11-Diagrama de estabilidad: