Diferencia entre la unidad de fricción y la unidad de compromiso

La máquina es un grupo de mecanismos que requiere una fuente de energía para realizar cierta tarea de una manera predefinida. Las maquinarias domésticas o industriales se accionan principalmente con la ayuda de motores primarios (como motores eléctricos, molinos de viento, turbinas hidráulicas o de vapor, motores de combustión interna, etc.). Por lo general, este motor principal está ubicado lejos de la unidad de la máquina y gira a una velocidad más alta que la requerida en las máquinas. El sistema de transmisión de potencia mecánica se utiliza para transmitir potencia desde este motor primario a la unidad de la máquina. Dicho sistema de transmisión tiene algunos propósitos básicos, como (i) transmitir movimiento, par y potencia del eje impulsor al eje impulsado, (ii) invertir la dirección de rotación, como en el sentido de las agujas del reloj o en el sentido contrario a las agujas del reloj, y (iii) escalonar subir o bajar la velocidad de rotación.

El sistema de transmisión de potencia mecánica consta de cuatro accionamientos y pocos elementos. Cuatro unidades son la transmisión por engranajes, la transmisión por correa, la transmisión por cadena y la transmisión por cable. Cada uno de ellos tiene ciertas ventajas sobre los demás. Participan directamente en la transmisión y manipulación de movimiento y potencia para cumplir con los requisitos exactos. Básicamente recuperan la potencia del eje impulsor y la transfieren al eje impulsado. Dichos accionamientos se pueden utilizar desde aplicaciones de baja velocidad y baja potencia (como relojes mecánicos, juguetes, etc.) hasta aplicaciones de alta velocidad y servicio pesado (como accionamientos marinos, centrales eléctricas, diferenciales de vehículos, etc.). Por otro lado, los elementos de transmisión de potencia incluyen eje, chaveta, acoplamiento, freno, embrague, rueda dentada, polea, etc. Estos elementos se utilizan junto con la transmisión para facilitar una transmisión de potencia fácil y eficiente.

Los cuatro accionamientos del sistema de transmisión de potencia mecánica se pueden clasificar de varias formas. Uno de esos criterios para la clasificación es el medio de transmisión de energía. Sobre esta base, las cuatro unidades se pueden clasificar en dos grupos:unidad de fricción y unidad de acoplamiento. A todos estos accionamientos en los que la potencia se transmite por medio de la fricción se les denomina accionamientos de fricción. . La transmisión por correa y la transmisión por cable entran en esta categoría. Su capacidad de transmisión de potencia se limita a las características de fricción de dos superficies en contacto. La pérdida de potencia también se debe más a la fricción. Sin embargo, tienen la capacidad inherente de proteger el sistema contra sobrecargas. Por otro lado, en impulsos de compromiso , la transmisión de potencia se produce mediante acoplamientos y desacoplamientos sucesivos de dos piezas macizas. La fuerza de fricción no juega ningún papel en tales impulsos. La transmisión por engranajes y la transmisión por cadena pertenecen a esta categoría. Varias diferencias entre la transmisión por fricción y la transmisión por acoplamiento se dan a continuación en formato de tabla.

Tabla:Diferencia entre impulso de fricción y impulso de compromiso

Medios de transmisión de energía: El objetivo básico de los accionamientos mecánicos es transmitir movimiento y potencia desde el eje impulsor al eje accionado. Esta transmisión de potencia se puede realizar por fricción o por acoplamiento. Estos accionamientos mecánicos en los que el movimiento y la transmisión de potencia se producen por medio de la fricción se denominan accionamientos por fricción. Por ejemplo, la fuerza de fricción entre la polea y la correa ayuda a impulsar un eje recuperando potencia de otro eje. Además de la transmisión por correa, la transmisión por cable también se incluye en esta categoría. Por otra parte, cuando la transmisión de potencia se produce mediante acoplamientos y desacoplamientos sucesivos de ruedas dentadas, entonces ese accionamiento mecánico se clasifica como accionamiento de acoplamiento. Aquí la fuerza de fricción no juega ningún papel en la transmisión de potencia. Por ejemplo, en la transmisión por cadena, el acoplamiento de los dientes de la rueda dentada con la ranura correspondiente de la cadena ayuda a transmitir potencia. Del mismo modo, la transmisión por engranajes es otro ejemplo de transmisión por acoplamiento.

Relación de deslizamiento y velocidad: La relación entre la velocidad del eje impulsor y la velocidad del eje impulsado se denomina relación de velocidad. Varios fenómenos como el deslizamiento, la fluencia y el efecto poligonal pueden cambiar la relación de velocidad. Una transmisión mecánica que proporciona una relación de velocidad constante se denomina transmisión positiva. La transmisión por correa, al ser una transmisión por fricción, es propensa a resbalar. El deslizamiento en este contexto indica uno o ambos entre dos casos:(i) el eje impulsor gira pero la correa no gira, y (ii) la correa gira pero el eje impulsado no gira. Cada transmisión por fricción es propensa a deslizarse y, por lo tanto, no puede proporcionar una relación de velocidad constante (transmisión no positiva). Las unidades de compromiso son gratuitas desde el barco; sin embargo, es posible que no proporcionen necesariamente una relación de velocidad constante. La transmisión por cadena no se ve afectada por el deslizamiento, pero el efecto poligonal en la cadena puede dificultar la relación de velocidad en una pequeña medida. La transmisión por engranajes se puede considerar como la única transmisión positiva.

Protección contra sobrecarga: A veces, la carga en el eje del motor aumenta abruptamente más allá del límite permitido. Esto puede ocurrir debido a varias razones, como la rotura del cortador, un error de cálculo, un atasco repentino en una parte de la máquina, etc. El deslizamiento inherente en los accionamientos por fricción puede proteger el elemento impulsor (motor eléctrico) de una sobrecarga en el eje accionado. Cada vez que la carga aumenta más allá del límite máximo de capacidad, el deslizamiento se produce automáticamente. Tal facilidad de aislamiento no está disponible en las unidades de acoplamiento. Por lo tanto, existe una gran posibilidad de que cualquier elemento pueda dañar de forma permanente. Por ejemplo, la cadena puede romperse o los dientes del engranaje pueden frenar catastróficamente. En casos extremos, el motor primario también puede dañarse.

Capacidad de transmisión de energía: La capacidad de cada transmisión por fricción está limitada por la fuerza de fricción que actúa entre dos superficies de contacto. En consecuencia, las características de fricción de las superficies de contacto, la tensión inicial y el ángulo de envoltura juegan un papel crucial en la definición del límite de transmisión de potencia. El deslizamiento ocurre inherentemente cada vez que se excede este límite. Por lo tanto, los accionamientos por fricción no son adecuados para la transmisión de potencia pesada. Por otro lado, la fuerza de los elementos involucrados (como dientes de engranajes o ruedas dentadas) define principalmente el límite de transmisión de potencia en las transmisiones de engranaje. La fuerza de fricción no tiene ningún papel aquí. Estos accionamientos se pueden utilizar ventajosamente para la transmisión de potencia pesada.

Lubricación: Las transmisiones por fricción requieren lubricación ocasional solamente. De hecho, no se recomienda más lubricación de la deseada ya que aumenta el deslizamiento, lo que da como resultado una fluctuación innecesaria de la relación de velocidad y la fuerza en los cojinetes. La generación de calor y el desgaste no son factores significativos en dichos accionamientos. Por el contrario, los accionamientos de acoplamiento generan suficiente calor y sufren un desgaste gradual. Por lo tanto, la lubricación es muy deseada aquí. La transmisión por cadena requiere lubricación frecuente; mientras que la transmisión por engranajes en su mayoría requiere una lubricación completa. En consecuencia, el costo de mantenimiento es mayor en las unidades de acoplamiento.

Pérdida de potencia y eficiencia: La pérdida de potencia debido a la fricción y el deslizamiento hace que los accionamientos por fricción sean menos eficientes. Por lo general, la transmisión por correa o cable puede proporcionar una eficiencia del 92 al 96 % para una sola etapa. Las unidades de acoplamiento pueden proporcionar una mayor eficiencia debido a la lubricación adecuada (fricción reducida) y una menor pérdida de potencia. Una transmisión por cadena puede proporcionar una eficiencia del 95 al 97 %; mientras que la transmisión por engranajes puede proporcionar hasta un 99 % de eficiencia en una sola etapa.

En este artículo se presenta una comparación científica entre la transmisión por fricción y la transmisión por acoplamiento. El autor también sugiere que revise las siguientes referencias para una mejor comprensión del tema.

1. Diseño de elementos de máquina por V. B. Bhandari (Cuarta edición; McGraw Hill Education).
2. Diseño de máquina por R. L. Norton (quinta edición; Pearson Education).
3. Un libro de texto de diseño de máquinas de R. S. Khurmi y J. K. Gupta (S. Chand; 2014).