Ejercicios: Elementos de unión, guía y soporte

Clasifica estas uniones en desmontables (se pueden separar sin destruir nada) o no desmontables (permanentes), justificando un caso: (a) tornillo y tuerca, (b) remache, (c) soldadura, (d) pasador, (e) adhesivo epoxi y (f) tirafondos en madera.

En toda unión atornillada seria aparece una arandela bajo la tuerca o la cabeza del tornillo. Explica para qué sirve (repartir la presión sobre la pieza y no dañar su superficie) y qué ocurriría si se apretara la tuerca directamente sobre una pieza de aluminio blando.

Explica la diferencia entre un eje y un árbol de transmisión, y pon un ejemplo de cada uno en una bicicleta: el eje de la rueda delantera (solo soporta, no transmite par) frente al eje del pedalier, que sí transmite el movimiento de los pedales.

Explica la diferencia entre un cojinete (apoyo por deslizamiento) y un rodamiento (apoyo por rodadura con bolas o rodillos), y razona por qué la rodadura produce mucho menos rozamiento y calentamiento que el deslizamiento.

Los remaches unen chapas de forma permanente deformando su propio vástago. Explica en qué consiste remachar y cita dos aplicaciones donde se prefieren frente a los tornillos (estructuras de chapa, aeronáutica), razonando una ventaja (no se aflojan con la vibración).

Explica qué es la soldadura y en qué se diferencia de las demás uniones (fundir material de las propias piezas o de un material de aporte para unirlas). Nombra un tipo de soldadura que conozcas y una aplicación típica.

Los pasadores y las chavetas son piezas pequeñas que inmovilizan otras. Explica qué hace un pasador cilíndrico alojado en un taladro que atraviesa dos piezas (impide que se muevan una respecto de otra) y pon un ejemplo de uso.

Toda máquina con partes móviles necesita lubricación. Explica qué hace el aceite o la grasa entre dos superficies que se mueven (crear una película que separa los materiales) y qué dos problemas aparecen si falta (desgaste acelerado y calentamiento).

Elige y justifica el tipo de unión más adecuado para cada caso: (a) la tapa del cárter de un motor, que debe abrirse en cada revisión; (b) el bastidor de chapa de un armario eléctrico, que no se desmontará jamás; (c) los tableros de melamina de un mueble de kit; (d) la carcasa de un mando a distancia, que debe abrirse para cambiar las pilas.

La figura muestra la sección de una unión atornillada entre dos piezas planas, con un elemento señalado con una interrogación, como se muestra en la figura.

(a) Nombra las partes rotuladas de la unión. (b) Identifica la pieza marcada con la interrogación y explica su función. (c) Explica por qué al apretar la tuerca el vástago trabaja a tracción mientras las dos piezas quedan comprimidas entre sí.

Indica si son verdaderas o falsas estas afirmaciones, justificando cada una: (a) un rodamiento reduce el rozamiento porque sustituye el deslizamiento por rodadura; (b) un árbol de transmisión no transmite par, solo soporta piezas; (c) la soldadura es una unión desmontable; (d) la arandela de presión (Grower) ayuda a que la tuerca no se afloje con las vibraciones.

Para cada aplicación, elige cojinete de fricción o rodamiento y justifícalo: (a) el buje de una bisagra de puerta, que gira muy despacio y pocas veces al día; (b) las ruedas de un patinete, que giran rápido y deben rodar libremente; (c) el soporte del cigüeñal de un motor, sometido a golpes y engrasado a presión.

Entre el motor y la caja de cambios de un coche hay un embrague, no un acoplamiento rígido. Explica qué permite hacer un embrague (conectar y desconectar la transmisión de forma progresiva) y qué ocurriría al arrancar si motor y ruedas estuvieran unidos rígidamente.

Un freno de disco aprieta unas pastillas contra un disco que gira con la rueda. Explica cómo detiene el vehículo (rozamiento), en qué se transforma la energía cinética (calor) y por qué los frenos se deterioran con el uso y pierden eficacia si se recalientan.

La figura muestra una polea montada sobre un árbol de transmisión, con la pieza que impide el giro relativo marcada con una interrogación, como se muestra en la figura.

(a) Identifica la pieza marcada con la interrogación (la que aloja mitad en el árbol y mitad en el cubo de la polea) y explica qué esfuerzo transmite. (b) Explica para qué sirve además el tornillo prisionero. (c) Razona por qué un ajuste solo por apriete (rozamiento) no bastaría para transmitir un par elevado.

Un rodamiento de un ventilador industrial empieza a sonar y a calentarse. Describe dos síntomas de desgaste de un rodamiento (ruido, holgura, temperatura), explica su causa probable (falta de lubricación o fin de su vida útil) y qué operación de mantenimiento corresponde en cada caso.

Dos chapas solapadas se unen con un solo tornillo apretado. Cuando las chapas tiran en sentidos opuestos, el vástago trabaja a cortadura (cizallamiento). (a) Explica la diferencia entre que un tornillo trabaje a cortadura y a tracción, con un esquema de fuerzas de cada caso. (b) Razona por qué dos tornillos reparten mejor el esfuerzo que uno solo del mismo diámetro. (c) Explica por qué apretar mucho la tuerca ayuda también por rozamiento entre chapas, no solo por resistencia del vástago.

Una bancada de trabajo de madera debe transportarse desmontada y montarse y desmontarse muchas veces sin perder firmeza. Diseña su sistema de unión: elige entre tirafondos roscados directamente a la madera o tornillos con tuercas embutidas (insertos), justifica la elección pensando en los montajes repetidos, e indica dónde colocarías arandelas y por qué.

Una noria de feria gira muy despacio pero soporta cargas enormes y está a la intemperie; el ventilador de un motor eléctrico gira a $3000\ \text{rpm}$ con poca carga. Analiza qué tipo de apoyo conviene a cada eje (cojinete de fricción o rodamiento) considerando velocidad, carga, mantenimiento y coste, y justifica por qué la elección óptima es distinta en cada máquina.

Cuando un embrague de fricción «patina», transmite menos par del que debería y se calienta. (a) Explica qué está ocurriendo físicamente entre los discos del embrague. (b) Razona por qué el patinamiento continuado lo destruye (la energía que no llega a las ruedas se convierte en calor en los discos). (c) Relaciona el par máximo que puede transmitir un embrague con la fuerza de apriete de sus muelles y el coeficiente de rozamiento de los forros.

Una estructura metálica desmontable de una feria puede montarse soldada in situ o atornillada con placas y bulones. Compara ambas soluciones valorando: (a) el tiempo y la cualificación del personal de montaje; (b) la posibilidad de desmontar y reutilizar; (c) el comportamiento frente a vibraciones y aflojamiento; (d) la inspección posterior (qué unión es más fácil de revisar).

La figura muestra la sección de un rodamiento de bolas, con una de sus partes señalada con una interrogación, como se muestra en la figura.

(a) Nombra las partes rotuladas del rodamiento. (b) Identifica la parte marcada con la interrogación (la pieza que mantiene las bolas separadas y equidistantes) y explica qué pasaría si no existiera. (c) Explica, hablando de rodadura frente a deslizamiento, por qué este apoyo calienta mucho menos que un cojinete liso a la misma velocidad.

El árbol de una cinta transportadora de $2\ \text{m}$ de largo gira apoyado en sus extremos y arrastra la cinta por medio de un tambor. (a) Razona por qué necesita al menos dos apoyos (rodamientos con soporte) y qué ocurriría con uno solo. (b) Explica por qué los soportes deben estar bien alineados y qué provoca un desalineado (cargas extra, desgaste prematuro). (c) Indica dos operaciones de mantenimiento periódico sobre esos apoyos y su objetivo.

Redacta un plan de lubricación básico para la máquina de un taller que tiene rodamientos, guías deslizantes y una cadena de transmisión: (a) qué lubricante (grasa o aceite) asignarías a cada elemento y por qué; (b) qué síntomas indican falta de lubricación en cada uno; (c) razona por qué un plan de mantenimiento preventivo (lubricar antes de que falle) sale más barato que reparar tras la avería.