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En esta lección se establece la sistemática para el estudio de máquinas.

Esta sistemática debe abarcar todo lo que pueda aparecer en una máquina como tal, y además permitir una clasificación lógica de cualquier componente de la máquina en sí, en lo que concierne a esta asignatura de TMM, tal como se delimitó en el capítulo anterior.

En esta INTRODUCCIÓN se aborda también el problema de nomenclatura de los constituyentes de las máquinas, que conviene aclarar desde su principio.

A renglón seguido se razona el PROCESO lógico para analizar las máquinas existentes y para concebir aquellas que se desea proyectar, siguiendo en ambos casos una sistemática utilizable en cualquier tecnología.

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Profundizando ahora en el DIAGRAMA DE BLOQUES expuesto en la lección anterior, se analizan primeramente las relaciones entre los constituyentes de cada bloque, que realizan la transmisión de potencia entre el sistema motor y el receptor mediante elementos transmisores, portadores y conectores.

La máquina es un Sistema Mecánico que puede estar formado por una serie de subsistemas, que podrían ser analizados a su vez como máquinas; pero este proceso siempre acabaría al llegar el desglose a unos componentes elementales sin posible subdivisión, dentro del concepto de máquina. Por ello parece lógico basar el análisis sistemático en desglosar la máquina en los componentes elementales, es decir, en los ingredientes que la componen.

Conviene ahora señalar las diferencias existentes entre los tres tipos de componentes elementales (o ingredientes) que aparecen en las máquinas:

• Los PORTADORES pueden estar en contacto con el SOPORTE a través de los apoyos, y transfieren potencia a otros portadores por medio de CONECTORES y TRANSMISORES. Los portadores son los miembros (término ya definido en el capítulo anterior) de la cadena cinemática.

Mientras dos portadores contiguos pueden tener movimientos relativos complejos entre sí, los apoyos entre portador y soporte sólo permiten movimientos relativos

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simples (lineal, rotativo, eventualmente rodadura). Mientras entre dos portadores contiguos hay transferencia de potencia, a través de in apoyo no se transmite potencia del portador al soporte, sino sólo esfuerzos.

Son algunos de los portadores los que reciben la potencia del Sistema Motor y la transfieren al Sistema Receptor.

• Los TRANSMISORES transfieren y transforman la potencia intercambiada entre dos portadores contiguos. Su función es convertir la forma en que se encuentra la potencia, por lo que también podrían llamarse CONVERSORES.

Los transmisores pueden ser de dos tipos: rígidos, donde los portadores en contacto no sufren ninguna deformación apreciable, como puede ser un sistema de transmisión por engranajes; y deformables, donde uno de los portadores sufre una deformación para adaptarse al movimiento del otro, como es el caso de la transmisión por correa o por cadena de las motocicletas.

• Los CONECTORES transfieren la potencia entre dos portadores contiguos sin cambiar la forma en que se encuentra esta potencia. Normalmente los dos portadores tienen solo movimientos giratorios, y cuando están en funcionamiento, pares y velocidades son idénticas a ambos lados del conector. En este sentido los conectores transfieren potencia pero no la convierten, y por tanto su función es diferente de la de los transmisores.

Los conectores se dividen también en dos tipos: acoplamientos o conectores permanentes, los cuales transmiten la potencia entre dos miembros de forma ininterrumpida; y embragues o conectores temporales, los cuales permiten conectar o desconectar los portadores a voluntad. En general muchas máquinas suelen utilizar estos sistemas de forma simultánea.

Los acoplamientos se utilizan generalmente para conectar dos portadores cuyos apoyos puedan sufrir pequeñas desalineaciones (transversales, torsionales o angulares) como consecuencia del funcionamiento o del propio montaje de la máquina. En teoría ambos portadores podrían sustituirse por uno solo; pero la rigidez de este único portador produciría en él tensiones inaceptables como consecuencia de las (pequeñas) desalineaciones. Caso típico de utilización de estos transmisores es al unir dos máquinas en una sola, acoplando la salida de una de ellas a la entrada de la otra (por ejemplo, un grupo motor-compresor), y de ahí proviene su denominación.

Los conceptos de SOPORTE, PORTADOR, TRANSMISOR, CONECTOR sirven de base al análisis sistemático de los componentes de una máquina.

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Los nombres habituales de los componentes elementales pueden ser muy distintos según el ámbito en que se empleen. En un tipo de maquinaria pueden denominarse de forma diferente al utilizado en otro tipo. El sector industrial (minero, naval, petrolero, …) afecta también a los términos empleados para un mismo componente. A uno y otro lado del Atlántico hay diferencias de nomenclatura dentro del mismo idioma.

Tanto el PORTADOR como el TRANSMISOR están afectados por esta casuística en sus denominaciones. Así árbol y cojinete para movimientos de giro, pero bulón y articulación si son movimientos respecto al Soporte; émbolo, cruceta en movimientos lineales, pero corredera si el movimiento es sobre un PORTADOR móvil.

Este problema de nomenclatura, que aparecerá en varias ocasiones a lo largo de esta materia de TMM, debe alentar al alumno sobre la conveniencia de reflexionar sobre la esencia conceptual del componente elemental que analiza, sin dejarse confundir por el nombre que lo enmascara.

Una clasificación conceptual permite además ahorrar esfuerzo (y tiempo) de exposición y de comprensión en el estudio. Así, por ejemplo, embragues, frenos, abrazaderas pueden agruparse en una misma formulación, como se verá en su momento.

Reconocer este tipo de afinidades, al margen de las denominaciones empleadas, y de

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la casuística que subyace en ellas, es por otro lado necesaria para plantear una sistemática de análisis eficaz, que garantice además que no existen lagunas involuntarias en el estudio.

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Los TRANSMISORES y los CONECTORES tienen en común el constituir contactos entre PORTADORES, que pueden ser miembros rígidos, flexibles o deformables.

No hay miembros absolutamente rígidos en la realidad. En la esquematización (mecanismo representativo de la máquina) se consideran muchos miembros rígidos si sus deformaciones reales son mucho menores que sus dimensiones, y además estas pequeñas deformaciones no influyen en el análisis que se realiza.

La distinción entre elástico y deformable es en función de que el miembro tienda o no a recuperar su forma inicial al descargarlo.

El tipo de contacto existente es muy dependiente de que el PORTADOR sea o no rígido.

La distinción entre TRANSMISOR y CONECTOR se debe también a que los PORTADORES a ambos lados del contacto llevan velocidades:

• Claramente diferentes en un TRANSMISOR (cambio de la ‘forma’ en que esté la potencia mecánica transferida). Es posible un TRANSMISOR que conecte PORTADOR con SOPORTE.

• Tendentes a ser iguales en un CONECTOR (misma ‘forma’ de la potencia

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transferida). Por ello un CONECTOR nunca puede existir como elemento de conexión al SOPORTE.

Es frecuente que varios PORTADORES estén sucesivamente conectados por contactos del mismo tipo, formando lo que suele llamarse una transmisión.

Los ejemplos que vienen a continuación servirán para aclarar lo dicho en este apartado, y simultáneamente introducirán alguna nomenclatura adicional de la empleada en maquinaria.

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La máquina es en general un sistema mecánico complejo. Para analizar un sistema complejo el camino lógico es dividirlo en subsistemas lo más simples posible (subsistemas mínimos), analizando cada uno de ellos, y posteriormente estudiando las relaciones entre ellos.

Podría pensarse que el subsistema mínimo en una máquina es cada uno de sus miembros (PORTADORES y SOPORTE) o las relaciones entre ellos, es decir, sus conexiones aisladamente (TRANSMISORES y CONECTORES). Pero un miembro aislado no es significativo, no dice nada de su posible función en la máquina si no se contemplan al mismo tiempo sus conexiones con los miembros contiguos. Es un objeto sin significado como subsistema mínimo a efectos de su estudio en TMM.

Sin embargo, los miembros y su interconexión ya es una máquina elemental, un elemento de máquina, un subsistema mecánico mínimo, que permite analizar el sistema complejo (la máquina) como agregado de subsistemas elementales.

Por ellos una sistemática adecuada para el estudio de las máquinas es empezar por el análisis del comportamiento de las posibles parejas de miembros en contacto, que se denominan indistintamente como elementos de máquinas o par elemental.

Lo característico de un par elemental no es los (dos) miembros que lo componen, sino el tipo de contacto que hay entre ellos, lo que mediatiza el carácter (rígido,

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deformable) de los miembros involucrados.

Para analizar una máquina se estudiará cada uno de sus pares elementales constitutivos como eslabones de la cadena cinemática, y luego la concatenación entre ellos, a través del miembro común a pares consecutivos.

La síntesis de una máquina (el diseño conceptual de un máquina que se desea que cumpla una función determinada) puede hacerse concatenando adecuadamente los mecanismos elementales apropiados.

Todo ello da la pauta para un estudio sistemático de las máquinas.

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Una vez definido el par elemental como subsistema más simple posible en que se puede dividir el sistema máquina, conviene establecer una clasificación para ordenar adecuadamente su estudio.

Puesto que los dos miembros contiguos entran en contacto a través de sus superficies, una buena forma de clasificar los pares elementales será atendiendo a los tipos posibles de contacto entre superficies.

Evidentemente así la clasificación es completa, en el sentido de que cualquier par elemental entrará en alguno de sus apartados, sin riesgo de ‘casos particulares’ que no encajen en el cuadro sinóptico general.

Generalmente los dos miembros en contacto son rígidos (en el sentido que se ha expuesto en ESTRUCTURA DE LA MÁQUINA (III) de esta lección); pero en ciertos casos al menos uno de los miembros es deformable, y eso influye en el contacto. Por ello el cuadro sinóptico distingue inicialmente entre pares elementales cuyos dos miembros constitutivos son rígidos y aquellos en que alguno es deformable.

Tradicionalmente a los primeros se les denomina pares inferiores si la superficie de contacto es amplia, y pares superiores si el contacto es (teóricamente) lineal o puntual (si los miembros fueran perfectamente rígidos), aunque esto hay que entenderlo como una pequeña superficie de contacto ‘alrededor’ de una línea o de un punto, debido a la pequeña deformación superficial que siempre sufrirán los miembros bajo carga.

Un miembro deformable se ciñe a la superficie del contiguo, abarcándolo con un

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contacto amplio, que en este aspecto es similar al de un par inferior. Pero la diferencia consiste en que los puntos en contacto entre ambos miembros tienen velocidades prácticamente iguales, cosa que no ocurre en los que se han denominado pares inferiores.

Obsérvese que en las figuras esquemáticas representadas los distintos miembrosestán numerados. Este es un convenio utilizado en TMM para facilitar el estudio, reservándose el número 1 para el soporte.

Obsérvese también que mientras los tres primeros esquemas corresponden a pares elementales, el resto de los representados son ya mecanismos compuestos por varios de ellos.

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Según su configuración constructiva cada par elemental permite distintos grados de libertad (Gdl) al movimiento relativo entre los dos miembros contiguos en contacto. Cada TRANSMISOR y CONECTOR restringe Gdl al mecanismo total, que debe ser el esquema de una máquina móvil y no de una estructura inmóvil.

Como ya se ha recordado anteriormente cada miembro tiene 6 posibles Gdl (3 de rotación y 3 de traslación en el espacio) respecto a un miembro contiguo, o si se quiere respecto al soporte. Los contactos entre los miembros restan Gdl al conjunto, aunque permitan movimientos relativos entre miembros contiguos. Una concatenación determinada de pares elementales móviles puede muy bien convertirse en una estructura inmóvil inadecuada para funcionar como máquina.

La figura muestra los Gdl que permite varios tipos constructivos de pares elementales con miembros rígidos. Se entiende que cada par elemental restringe un número de Gdlal mecanismo como diferencia a 6 de los que permite.

A la hora de configurar conceptualmente una máquina deberá considerarse que al menos se mueva:

• Si m es el número de sus miembros móviles (PORTADORES) sin incluir el soporte

• Y Σr el total de restricciones que aportan sus pares elementales debe ocurrir que: 6m – Σr > 0

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La mayor parte de las máquinas tiene un solo Gdl: fijada la posición de un miembro quedan fijadas en cada instante las de los demás miembros móviles. A esta condición se la denomina desmodromía y desmodrómicos a los mecanismos que la cumplen.

Clasificar por tanto los pares elementales según sus Gdl tiene sentido como criterio complementario.

La matriz representada en la figura no es ni mucho menos extraustiva. No se pretende que contenga todo tipo de configuraciones de pares elementales posibles. La geometría enseña que hay muchas (¿infinitas?) formas de superficies que puedan entrar en contacto superficial, lineal o puntual con otras, dando lugar a una inmensidad de pares elementales al menos ingeniosos.

Pero en la práctica afortunadamente esa posibilidad queda muy limitada por razones técnicas. Las superficies hay que fabricarlas, tallarlas; o tallar sus moldes si son fundidas. Una superficie complicada es también complicada de fabricar, es ‘cara’. Por lo que se recurre en la medida de lo posible a planos, cilindros, conos, hélices,… de fácil ‘mecanizado’.

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Una vez establecida la sistemática analítica a seguir en el estudio de las máquinas, basada en lo que se han denominado pares elementales o ELEMENTOS de las máquinas, conviene insistir en que el estudio puede profundizar a varios NIVELES, tal como ya se apuntó en el apartado 5 de la PRESENTACIÓN, dando una visión panorámica y delimitando el alcance de la TMM.

Se comprende que además de los subsistemas mínimos (ELEMENTOS) hay que considerar también el CONJUNTO (sistema mecánico, máquina), ya que sus propiedades y características no serán un simple agregado de las de los elementos constitutivos.

Los CONOCIMIENTOS PREVIOS corresponden, a grandes rasgos, a las materias que preceden a la TMM, como se vio en el apartado 2 de la PRESENTACIÓN. Pero además para comprender el funcionamiento de los ELEMENTOS es necesario conocer los fenómenos de contacto a un nivel más profundo que el que es preciso en otras materias.

Las solicitaciones externas a que está sometida la máquina corresponden al CONJUNTO de ella, aunque repercutirán sobre cada uno de los elementos.

Para el ESTUDIO CINEMÁTICO será preciso esquematizar la máquina en un mecanismo, analizando sus pares elementales constitutivos (si el objetivo del estudio es una máquina existente), o sintetizándolo a partir de los elementos con que puede

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configurarse (si el objetivo del estudio es el diseño de una máquina). Esto incluye considerar movilidad, trayectorias y velocidades del CONJUNTO del mecanismo, que solo puede realizarse a través de las de cada uno de sus ELEMENTOS antes de integrarlo en el estudio del CONJUNTO.

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Antes de continuar con el siguiente nivel de estudio conviene hacer algunos comentarios sobre las diferencias entre lo que se entiende por analizar y sintetizar.

Cuando se analiza una máquina existente son ya conocidas las características mecánicas de sus miembros tales como sus dimensiones, masas, momentos de inercia, resistencia de sus materiales, etc. La esquematización necesaria es exclusivamente para determinar los pares elementales que la componen a efectos de representarla por un mecanismo adecuado para el estudio que se pretende realizar.

Muy distinto es el caso de diseño de una máquina, sintetizando un mecanismo a base de concatenar pares elementales para que el conjunto cumpla la función deseada.

Para racionalizar el proceso de síntesis del mecanismo parece lógico seguir los siguientes pasos:

• Conociendo todos los tipos de mecanismos existentes, seleccionar aquellos que parecen más adecuados para realizar las conversiones de potencia que se desea conseguir. A este paso se le denomina síntesis de tipo. Por ejemplo se puede decidir que es suficiente emplear engranajes, además de acoplamiento a la entrada y embrague a la salida.

• El siguiente paso será decidir cuántos pares elementales de cada tipo seleccionado se necesitan, lo que se denomina síntesis de número. En el ejemplo anterior puede considerarse que, para el caso concreto estudiado, es conveniente utilizar cinco pares de ruedas dentadas, un acoplamiento y un

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embrague.

• Posteriormente habrá que decidir los tamaños adecuados de los miembros y sus conexiones, lo que se denomina síntesis dimensional. En el ejemplo anterior, para ajustar el tamaño total de la futura máquina al espacio disponible.

Siempre hay muchas soluciones posibles para cada caso de síntesis planteado. Intuición, imaginación, conocimientos técnicos y experiencia forman el criterio del ingeniero para elegir entre los esquemas posibles, y no hay ‘recetas’ para ello.

La síntesis dimensional solo alcanza a determinar las magnitudes necesarias para el estudio cinemático. Así por ejemplo la longitud de un miembro entre sus conexiones con los contiguos; pero no su sección, para la que es preciso profundizar en el estudio a NIVELES posteriores.

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El ESTUDIO DINÁMICO solo puede hacerse contemplando la máquina en su CONJUNTO. Son las solicitaciones exteriores (Sistemas Motor y Receptor) las que determinan el movimiento de la máquina, al actuar sobre la inercia total que la máquina ofrece.

Por lo tanto el Estudio Dinámico de los pares elementales solo puede realizarse tras hacer el correspondiente al conjunto. Los miembros móviles (PORTADORES) de la máquina contribuyen a su inercia global, con la cual (y las solicitaciones exteriores) se pueden determinar sus aceleraciones, que irán variando en el tiempo, incluso dentro de un solo ciclo de funcionamiento, según esté configurada la máquina.

Es imposible siempre que la potencia motriz y la resistente sean instantáneamente iguales, aunque lo sean como media en un periodo de tiempo (un ejemplo intuitivo es un motor eléctrico y una machacadora de piedra como sistemas motor y receptor, respectivamente). Cuando hay exceso de potencia (motriz manos resistente) la máquina en su CONJUNTO se acelera, y se decelera en caso contrario, siempre en un cuantía que depende de la inercia global de la máquina. La aceleración (deceleración) global de la máquina permite conocer en cada instante la de sus miembros móviles, y por tanto los esfuerzos de inercia que en ellos se producen, normalmente mucho más importantesque los debidos a las solicitaciones exteriores (un miembro de una máquina falla, o se rompe, generalmente más a causa de los esfuerzos de inercia que a las solicitaciones externas).

La integración en el tiempo de las aceleraciones permite conocer en cada instante las velocidades, tanto de cada miembro, como las relativas entre miembros contiguos, lo

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que permite (solo ahora) estudiar el comportamiento de los pares elementales constitutivos de mecanismo, y en función de él realizar su predimensionamiento.

Todo lo anterior parece muy complejo de realizar en la práctica, pues es necesario considerar todos los miembros y pares elementales de la máquina, todas sus posiciones en todos los instantes de funcionamiento (algo bastante más completo que estudiar una estructura inmóvil como es el objetivo de otras materias). Pero si el alumno tiene paciencia suficiente comprobará en su momento que existe una sistemática adecuada para abordar este complejo problema con modelos extraordinariamente simples (e ingeniosos), por los que se debe estar agradecido a los que nos precedieron en el estudio de las máquinas.

Si las fluctuaciones que aparecen dentro de cada ciclo de funcionamiento de la máquina son inadmisibles para su objetivo, añadir un VOLANTE permitirá a la máquina tener velocidades suficientemente homogéneas. Adecuar la potencia de entrada a la de salida en la máquina, como media, será posible con un REGULADOR que actúe sobre la alimentación del sistema motor, como ya se ha dicho, y que pueda estar constituido por un subsistema también mecánico adaptado a la propia máquina. También se ha citado ya la función del FRENADO, que casi siempre será mecánico.

En este ESTUDIO DINÁMICO acaba el alcance de la TMM. Los NIVELES posteriores corresponden ya a estudios más especializados dentro de la Ingeniería Mecánica y propios de otras materias.

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Mientras en los dos primero NIVELES el ESTUDIO se ha centrado en los pares elementales constitutivos de la máquina, en los posteriores NIVELES (CÁLCULO, CONSTRUCCIÓN, CORRECTO FUNCIONAMIENTO) se toman ya en consideración los miembros aislados, que hasta ahora tenían una importancia secundaria.

Por otro lado a estos NIVELES el ANÁLISIS (de una máquina existente) necesita realizarse con conocimientos similares a los precisos para el DISEÑO (de una máquina nueva), y por tanto más especializados. La diferencia entre análisis y síntesis se difumina en buena medida.

Aunque estos niveles no formen parte de la TMM como tal, parece conveniente hacer una sucinta referencia a ellos para que , incluso un no especialista, sea consciente de la problemática que puede aparecer en el estudio de una máquina.

En cuanto al CÁLCULO de los ELEMENTOS debe definirse el coeficiente de seguridad con el que se pretende trabajar en los miembros, y en las uniones entre las piezas que los constituyen.

Con carácter general puede decirse que varios componentes de las máquinas no se calculan, sino que solo se comprueban o se eligen. Así en una carcasa no es necesario optimizar por cálculo su espesor, sino simplemente comprobar que es suficiente para soportar los esfuerzos a que está sometida; un rodamiento se elegirá dentro de un catálogo comercial en función de las características de apoyo que realiza. No todos los componentes de la máquina necesitan un cálculo en la misma profundidad, pero generalmente en el cálculo de los miembros hay que considerar la fatiga del material, ya

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que la máquina funciona cíclicamente y las solicitaciones que reciben sus elementos varían por tanto también cíclicamente. Como se sabe la fatiga es una daño que se va acumulando en el interior del material hasta producir su fallo tras un número suficiente (y normalmente elevado) de ciclos de carga. Esto influye en la duración previsible del miembro.

Los contactos entre miembros estarán frecuentemente lubricados, y ello obliga a un estudio detallado incluso de la forma de acceso del lubricante (forzado, barboteo, …) a la zona de contacto, pues una deficiencia de engrase es una causa frecuente de fallo en la máquina.

En cuanto al CONJUNTO conviene considerar la conveniencia de incorporar fusibles mecánicos que limiten los riesgos de sobrecargas accidentales. En el CÁLCULO influirá la disposición general de las partes constitutivas de la máquina en sí y de los subsistemas(refrigeración, alimentación, …) incorporados a ella, todo ellos en relación al sistema de sustentación adecuado.

Para el CONJUNTO de la máquina debe calcularse (estimarse) su rendimiento en la transmisión de potencia del sistema motor al receptor, como consecuencia de sus elementos constitutivos y la disposición general.

La CONSTRUCCIÓN incluye la fabricación y ensamblaje de las distintas piezas que forman los miembros. Pero los contactos entre ellos exigen acabados superficiales y tolerancias específicos, ya que los miembros están en movimiento relativo. Muchos de los elementos constitutivos de las máquinas están sometidos a una normalización que es necesario respetar.

El CONJUNTO de la máquina se construye según unas normas de montaje previstas en el diseño. Esto incluye no solo el orden que debe seguirse, sino aspectos tales como aprietes adecuados, lo cual representa también la necesidad de realizar los cálculospertinentes (por ejemplo, en una transmisión por correa hay una tensión que es preciso ajustar, con un cálculo previo).

Las normas de montaje se complementan con las de desmontaje, ya que a lo largo de la vida de la máquina habrá que sustituir piezas y elementos. Esto está relacionado con los planes de mantenimiento que dan lugar también a cálculos laboriosos, de otra índole pero que deben estar basados en el conocimiento del comportamiento mecánico de los elementos constitutivos de la máquina.

Como fase final de la construcción y el montaje habrá que realizar pruebas de funcionamiento, que siempre seguirán también a cualquier operación de mantenimiento.

La normativa y directivas sobre máquinas debe seguirse no solo por imperativos legales sino porque la redacción de las normas incluye a veces ‘recetas’ que implican una reducción de la tarea de cálculo. La comprobación de que la máquina se ajusta a la reglamentación también exige en ciertos casos pruebas en funcionamiento.

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En muchos elementos de la máquina el contacto entre los miembros se produce a través de superficies muy reducidas (teóricamente lineal o puntual para miembros absolutamente rígidos; como ya se ha dicho). Así ocurre en lo que se han denominado anteriormente pares elementales superiores.

La existencia de este tipo de contactos tiene varias repercusiones, importantes para el funcionamiento de la máquina y que por ello han obligado a modelizar su comportamiento con un minucioso detalle.

En la superficie de contacto y en sus inmediaciones se producen elevadas tensiones (Hertzianas) que obligan a que la dureza superficial del material de los miembros sea también suficientemente elevada. Pero evidentemente el fenómeno de fatiga por repetición de carga aumenta considerablemente, de forma que la fatiga superficial deteriora el material cuando en el interior no ha llegado aún al término de su vida útil. Algo similar ocurre con el desgaste, y al cabo de cierto tiempo (que es necesario calcular con modelos adecuados) el miembro, cuidadosamente fabricado incluso en su acabado superficial, no cumple las tolerancias definidas en el diseño, lo que es lo mismo que decir que no cumple la función prevista.

La lubricación, que habitualmente se utiliza para mitigar estos inconvenientes, también cambia su comportamiento, ya que la película fluida tiende a desaparecer cuando está sometida a tensiones Hertzianas. Pero es posible (realizando cálculos con los modelos adecuados) que esta lubricación llevada al límite de su capacidad siga actuando convenientemente. Pero los fenómenos térmicos asociados estimulan el ataque químico que sufre la superficie del miembro, produciendo corrosión.

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Como puede deducirse de lo anterior, es necesario realizar una serie de cálculos en profundidad de una índole muy distinta de los que corresponden al NIVEL 4 anteriormente citado, para garantizar el CORRECTO FUNCIONAMIENTO de la máquina durante un tiempo deseado.

Otra consecuencia de la ciclicidad de las solicitaciones que actúan sobre los miembros en que estos (nunca perfectamente rígidos) sufrirán deformaciones cíclicas, vibraciones. Dicho de otro modo, las formas y dimensiones de los miembros no son exactamente las de fabricación, es decir, las de diseño. Solo reduciendo a niveles aceptables estas vibraciones puede garantizarse que la máquina cumple su función prevista a un nivel aceptable.

Toda una serie de modelos para el estudio de vibraciones permiten, a través de cálculos adecuados, mantener las oscilaciones de los miembros en límites aceptables.

El CONJUNTO de la máquina transmite al soporte estas vibraciones, produciendo una trepidación sobre el terreno, que puede reducirse equilibrando la máquina disponiendo masas equilibradoras, en determinados PORTADORES, y colocando un adecuado aislamiento.

Las vibraciones de la máquina se transmiten al aire circundante. Toda máquina en funcionamiento produce ruido.

El hombre interactúa con la máquina, tanto como operador que la maneja y controla, como por estar simplemente situado en sus cercanías. El estudio de la máquina no estará completo si no incluye ambas posibilidades.

La ergonomía estudia, a grandes rasgos, la facilidad con que el hombre puede operar la máquina. La seguridad estudia, también dicho a grandes rasgos, la repercusión sobre el hombre que se encuentra en sus inmediaciones, y los medios de protección frente a los riesgos con que la máquina puede amenazarle.

Con esto se ha intentado dar una visión sintética del NIVEL DEL ESTUDIO necesario para un CORRECTO FUNCIONAMIENTO de las máquinas, completando así todos los NIVELES anteriores.

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Después de los Conceptos Generales (A) contenidos en estas dos primeras lecciones, y en los que se han explicado las razones de la sistemática a seguir en el Estudio de las máquinas, este CUADRO SINÓPTICO refleja la estructura del texto.

Inicialmente se abordan los FENÓMENOS DE CONTACTO (B) puesto que para comprender el funcionamiento de los pares elementales es necesario conocer suficientemente el comportamiento de los TRANSMISORES entre miembros contiguos.

La parte más extensa del texto (C) se dedica a describir los pares elementales y estudiarlos a los NIEVELES a que llega el alcance de la TMM. La lógicamente limitada extensión del texto, así como de la duración del curso, obliga a seleccionar entre los mecanismos elementales existentes (y posibles) aquellos que más frecuentemente pueden encontrarse en una máquina. Ya se ha comentado que esto está ligado a la facilidad que ofrezca su fabricación, lo que implica un coste menor.

En cierta forma puede decirse que la extensión que se dedica en el texto a cada tipo de par elemental está relacionada con la frecuencia de su utilización en máquinas. Y que se han eliminado del texto aquellos que son de uso en casos muy aislados de diseño específico.

Por razones pedagógicas se han colocado en el cuadro sinóptico (y por ende en el texto) algunos elementos fuera de su lugar natural. Así:

• Los rodamientos se han colocado junto a los cojinetes, pues ejercen una función similar, aunque los primeros corresponden a un doble par elemental

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superior y los segundos a uno inferior.

• El freno no forma parte de la cadena cinemática en sí, sino al Sistema de Frenado. Un embrague es un CONECTOR, mientras el resto de los pares elementales del cuadro contienen TRANSMISORES. Sin embargo frenos y embragues comparten con los cojinetes una formulación común.

Los resortes y las ballestas como miembros de un par elemental, le dan unas características especiales a su estudio cinemático y dinámico respecto a las de los pares elementales con miembros rígidos. Además su comportamiento y formulación están generalmente cubiertos por otras materias como Elasticidad y Resistencia de Materiales, por lo que en este texto de TMM se tratan de forma muy sucinta.

La parte (D) del cuadro se refiere al Sistema de Regulación que, a diferencia de todo lo contenido en (C) no forma parte de la cadena cinemática, pero sí es esencial para el funcionamiento de la máquina.

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El texto no contiene solamente ELEMENTOS de las máquinas, sino que contempla también la máquina en su CONJUNTO, como parece aconsejable tras lo que se ha razonado en los NIVELES DE ESTUDIO.

Con pares inferiores de miembros rígidos, y sin necesidad de avanzar en el estudio de otros ELEMENTOS, pueden formarse ya mecanismos articulados, planos y espaciales, y proceder a su estudio cinemático y dinámico.

Para el análisis dinámico se incorpora ya el volante como elemento de regulación cíclica, aún en máquinas que trabajan a golpes (forja, estampación), ya que su incorporación a la máquina modifica (y mejora) fundamentalmente su comportamiento. El volante también afecta a la regulación acíclica, conceptualmente ligada a la función del REGULADOR, y que por tanto se trata en la sección (D) del cuadro sinóptico del texto.

Los mecanismos articulados, por la complejidad de sus movimientos, tienen frente a otros una dificultad adicional para su análisis cinemático y dinámico. Por ello precisamente resultan especialmente adecuados para centrar en ellos los NIEVELES DE ESTUDIO 1 y 2.

De la misma forma la Síntesis de mecanismos articulados, que en este texto por razones de espacio se tratará muy sucintamente, tiene un especial interés al ofrecer dificultades de procedimiento que no aparecen para el diseño de otro tipo de mecanismos.

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Con engranajes como ELEMENTOS pueden formarse máquinas o subconjuntos importantes de ellas (cajas de cambio, transmisiones, diferenciales) que permiten un tratamiento como CONJUNTO.

Pero además con órganos deformables se realizan también, como con engranajes, mecanismos complejos que tienen en común la relación constante entre las velocidades de entrada y salida de sus PORTADORES.

Junto a un tipo concreto de palancas rodantes (rodadura de fricción entre axoides) pueden agruparse todos ellos en lo que se denominan TRANSMISIONES habitualmente.

Parece conveniente que el estudio de los CONJUNTOS formados por todos los elementos (engranajes, ruedas de fricción, deformables) venga precedido de un tratamiento conceptual de las TRANSMISIONES.

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