Módulo 2 Mecánica BásicaVersión Imprimible

Curso de Mantención de Camiones Komatsu 930E - 830E

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Módulo 2 Mecánica Básica

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1. ObjetivosExplicar los fundamentos de la resistencia de materiales, las características y especificaciones de los principales elementos mecánicos de montaje y las normas de seguridad relacionadas.

2. Nociones básicas de resistencia de materialesEl término esfuerzo se empleará para indicar la fuerza que actúa sobre el cuerpo por unidad de superficie.

2.1 Pieza Prismática Una pieza prismática es un sólido generado por el traslado de una cierta sección homogénea, a lo largo de un eje que pasa por el centro de gravedad de la sección.

A esta pieza prismática la llamaremos cuerpo sólido o simplemente cuerpo.

2.2 Tracción Si las fuerzas actúan sobre el eje del cuerpo, alejándose una de la otra decimos que el cuerpo está sometido a esfuerzo de tracción.

En este caso el cuerpo sufre el alargamiento de sus fibras.

2.3 Compresión Si las fuerzas actúan sobre el eje del cuerpo, acercándose entre ellas, decimos que el cuerpo está sometido a esfuerzo de compresión. En este caso el cuerpo sufre el acortamiento de sus fibras.

2.4 Flexión Si las fuerzas se aplican transversalmente a la dimensión mayor del cuerpo, hacen que el cuerpo se curve y decimos que el cuerpo está sometido a flexión. En el caso de la flexión el eje se llama fibra neutra.

La fibra neutra pasa por el centro de gravedad de la sección.

Todas las fibras del cuerpo sobre la fibra neutra están sometidas a compresión, o sea se acortan. Todas las fibras del cuerpo bajo la fibra neutra están sometidas a tracción, o sea se alargan.

2.5 Cizalle o Corte Si dos fuerzas se aplican transversalmente al cuerpo, pero acercándose entre sí y en un mismo plano decimos que la pieza es sometida a corte o cizalle.

2.6 Torsión Cuando un cuerpo debe transmitir un momento de rotación (un par) de un plano a otro plano paralelo, decimos que el cuerpo se encuentra sometido a torsión.

2.7 Fatiga de MaterialesCuando un cuerpo es sometido a la acción de fuerzas que ejercen alguna acción sobre él, diremos que las fuerzas son fuerzas solicitantes y que el cuerpo está sometido a una solicitación.

Ante una solicitación, el cuerpo se deformará debido a la fatiga que experimenta y dentro de una solicitación, existen tres fatigas:

a) Fatiga elásticab) Fatiga plásticac) Fatiga de ruptura Por lo tanto, existen 3 tipos de deformaciones, a saber:

a) deformación elástica: es aquella deformación que experimenta el cuerpo durante el trabajo, pero que desaparece al cesar el trabajo, recuperando el cuerpo su forma original.

b) deformación plástica: es la situación más peligrosa, porque no es fácil verla a simple vista y el cuerpo permanece deformado sin recuperar su forma original al desaparecer la solicitación.

c) deformación de ruptura: es cuando el cuerpo se rompe por causa de la solicitación experimentada.

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3. Principales tipos de montaje

3.1 Montaje por adherenciaEl principio de montaje por adherencia es bien conocido: un elemento macho, generalmente cilíndrico, es introducido en una pieza de igual forma, la pieza hembra, de dimensiones ligeramente inferiores.

Esta pequeña diferencia de dimensiones, llamada ajuste determina en los elementos montados deformaciones elásticas que crean una presión de contacto permanente. Se genera así un esfuerzo de adherencia que se opone al deslizamiento axial y al giro de las piezas. Este esfuerzo tiene un valor límite que depende de la magnitud de la interferencia o ajuste, por lo cual esto no se puede ni debe escoger arbitrariamente. Debe ser calculado de manera de generar una adherencia suficiente para resistir los esfuerzos previstos, como para no provocar en los elementos ensamblados, esfuerzos exagerados que puedan producir deformaciones permanentes o la destrucción del ensamblaje por rotura de los elementos.

Montaje a presión: Simple de realizar, presenta el inconveniente de provocar a menudo una alteración de las superficies en contacto, por agrupamiento o ralladura de la superficie menos dura. Este deterioro puede disminuir la calidad de adherencia buscada.

No puede ser aplicado a ciertas formas de piezas o elementos muy delicados.

Montaje por dilatación: Se obtiene por la introducción del elemento macho en el diámetro interior de la pieza hembra, la cual es previamente dilatada por calor.

No es recomendable si con la temperatura requerida se corre el riesgo de alterar la estructura del metal o de la superficie, o bien, deformar la pieza. ( tipico para rodamientos y bujes)

Montaje por contracción: ( tipico para rodamientos y bujes). Este procedimiento, usado desde hace muchos años en las aplicaciones mas variadas, consiste, a diferencia de los anteriores, en un fuerte enfriamiento del elemento macho, con lo que se produce una contracción momentánea que permite la introducción holgada en la pieza hembra. A medida que las dos piezas van alcanzando la temperatura ambiente, se produce una presión de contacto entre ellas, correspondiente al ajuste provisto que las mantiene fijas.

Evidentemente, el cálculo del ajuste debe tener en cuenta los esfuerzos involucrados, los cuales no deben sobrepasar los límites de fatiga aceptables. La contracción se obtiene por la simple inmersión en nitrógeno liquido, donde la baja temperatura (-196º C) provoca una disminución del volumen de la pieza.

La operación inversa, o desmontaje, es posible en muchos casos. Permite desacoplar las piezas de un conjunto, sin alterar o destruir la calidad de éstas. Esta técnica está siendo cada vez más utilizada para las operaciones de mantenimiento.

3.2 Uniones roscadasExisten diversos sistemas para unir piezas y componentes, por ejemplo, cola, remaches y soldadura. Sin embargo, el método más habitual consiste en usar un perno para mantener unidos a los miembros de la unión, ya sea mediante una tuerca o directamente en un orificio roscado en uno de los componentes. Las ventajas de este método son la sencillez de diseño y montaje, la facilidad de desmontaje, la productividad y, en último término, el costo.

Un perno está expuesto a carga de tracción, a torsión y a veces también a carga de cizallamiento.

La tensión en el perno, cuando éste ha sido apretado a su valor de diseño, se conoce como torque. La carga de tracción corresponde a la fuerza que mantiene unidos a los miembros de la junta. Una carga externa menor que la fuerza de amarre no cambiará la carga de tracción en el perno. Por otra parte, si la unión está expuesta a cargas externas superiores al torque en el perno, se separará y la carga de tracción en el perno aumentará, naturalmente, hasta que se rompa el perno.

La torsión en el perno es el resultado del rozamiento entre las roscas del perno y la tuerca.

Algunos pernos también están expuestos a las cargas de cizallamiento que se producen cuando la fuerza externa desplaza a los miembros uno en relación al otro y perpendicularmente a la fuerza de amarre. En una unión correctamente diseñada, toda la fuerza de cizallamiento externa debería ser resistida por el rozamiento entre los componentes.

Las uniones de este tipo se denominan juntas de rozamiento. Si la fuerza de amarre no es suficiente para crear el rozamiento necesario, el perno también quedará expuesto a carga de cizallamiento. Con frecuencia, las uniones están diseñadas para una combinación de carga de tracción y de cizallamiento.

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4. Principales elementos de montaje

Se analizarán los elementos básicos de montaje de los componentes que conforman los camiones de extracción.

4.1 Pernos

El perno está compuesto por el vástago y la cabeza. El vástago está roscado, ya sea parcialmente o en toda su longitud, desde la punta a la cabeza. Los pernos largos sólo suelen estar roscados parcialmente. No hay necesidad de que la rosca sea más larga de lo necesario para apretar la unión, ya que esto sólo encarecería el precio del perno y reduciría la resistencia a la tracción. Las dimensiones de las roscas, su forma y paso, es decir, la distancia entre hilos sucesivos, han sido estandarizadas.En la práctica, la industria sólo emplea dos normas: la norma unificada UN, utilizada originalmente en los países anglosajones, y la normal métrica europea M.

4.2 Tuercas Las tuercas a usar en los componentes sólo deben corresponder al número de parte indicado en los Manuales. Nunca instale una tuerca que no esté plenamente identificada en los Manuales de Partes y Servicios, ya que el grado de dureza determina el torque que se aplicará durante el apriete. La tuerca deberá corresponder exactamente a la descripción del hilo del perno.

Existen tuercas autosegurantes que sólo se permite sean usadas por una sola vez, ya que el autoseguro se destroza en su primer uso. Otros tipos de seguro (como los de tipo castillo, los con perforaciones y chaveta, etc.) pueden ser rehusados siguiendo las instrucciones de los respectivos Manuales.

El apriete de los pernos sólo deberá realizarse con la llave o dado que corresponda exactamente a sus dimensiones. Nunca se deberá aproximar una dimensión en pernos en pulgadas con una llave o dado milimétrica aún cuando las

dimensiones en algunos casos sean muy parecidas, pues nunca serán iguales.

4.3 Apriete de Pernos y Tuercas El apriete de pernos o tuercas se realizará con llaves o dados con barrotes, los cuales por construcción definen un torque básico de los elementos, por lo que tienen un largo definido según la dimensión del elemento a apretar. Según esta definición no debería variarse el largo de las llaves o barrotes ya que esto podría significar un sobreapriete o sobretorque.

Las especificaciones de par varían considerablemente en función de los requisitos de calidad de la unión. No se puede permitir que falle una junta de seguridad en un camión, por ejemplo, en la suspensión. Por tanto, estas uniones están sujetas a unos requisitos de tolerancia muy rigurosos. Por otra parte, una tuerca utilizada para fijar la longitud del perno de ajuste de un banco de trabajo no se considera crítica desde el punto de vista de la fuerza de amarre, por lo que no es necesario especificar ningún requisito de par.

El control de calidad mejorará sensiblemente si se añade el ángulo de apriete a los parámetros medidos. En la zona elástica del perno, esto puede servir para verificar que están presentes todos los miembros de una unión. Por ejemplo, que no falta una arandela. Igualmente, se puede verificar la calidad de la unión midiendo el ángulo, antes del nivel de asentamiento, así como en el apriete final. En procesos de apriete sofisticados, también se puede usar el ángulo para definir el límite elástico y permitir el apriete en la zona plástica del perno.

Cuando la magnitud del apriete es importante se debe utilizar una llave de torque con lo que se dará apriete ajustado a las especificaciones del fabricante.

El valor de apriete de pernos y tuercas se define como torque y está expresado en las siguientes unidades:lb-pulg: libras pulgadalb-pie: libras pieNm: Newton-metroUn torque mayor que el recomendado producirá un estiramiento del material de la tuerca o del perno pudiendo sobrepasar o quedar muy cerca del límite elástico lo que finalmente producirá que las piezas se corten. Un torque menor que el recomendado hará que los elementos que se fijan pudieran soltarse.Cuando se defina el torque a aplicar debe observarse si en la especificación del fabricante se considera que los elementos estén lubricados o secos ya que existe una importante diferencia según sea el caso.

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4.4 Llave de Torque La llave de torque, también conocida como llave dinamométrica, se basa en el principio de las palancas.Cuando se opera una llave de torque la fuerza que se aplica sobre el mango debe hacerse en forma modulada; nunca debe aplicarse a tirones.

4.5 Multiplicador de Torque Hidráulico Cuando el torque a aplicar es de alto valor (1000 lb-pie o mayor) se debe utilizar un multiplicador de torque hidráulico o neumático construido especialmente para este efecto.

Deben seguirse cuidadosamente las instrucciones para aplicar estos elementos dependiendo de la marca de esta herramienta y de las indicaciones específicas del procedimiento.

Tipos de multiplicador hidráulico: - Hytorc (accionamiento hidráulico)

- Rad (pistola neumática con reductor)

4.6 Golilla Plana Golilla que se utiliza para proteger una superficie blanda o asegurar un asentamiento de la tuerca o cabeza de perno en una superficie.

Durante su instalación debe asegurarse que la cara lisa se apoye en el lado contrario a la tuerca o cabeza del perno. Si ambas caras de la golilla son iguales no tiene importancia su instalación.

Las golillas también pueden estar especificadas por un grado de dureza por lo que, sólo use la golilla definida con el número de parte indicada en el Manual de Repuestos.

4.7 Golilla de PresiónSon golillas que sirven para asegurar las tuercas en su lugar. En la medida en que la tuerca se apriete la golilla de presión va produciendo un efecto de empuje que aumenta la presión de los hilos de la tuerca o del perno en el hilo donde este se está alojando. Sólo debe usarse la golilla definida con el número de partes indicada en el Manual de Repuestos.

4.8 RodamientosLos rodamientos son unos elementos de máquina relativamente robustos y de laga duración, especialmente si están montados correctamente y se cuidan bien. El montaje y desmontaje debe realizarse siguiendo estrictamente las instrucciones del fabricante. No deben golpearse y su manipulación debe estar protegida contra la humedad y la suciedad.

4.8.1 Rodamientos de Rodillos Cónicos Los rodamientos de rodillos cónicos están presentes en varios componentes del camión donde se producen movimientos mecánicos y cargas importantes.

El rodamiento de rodillos cónicos, es un rodamiento de contacto angular que puede soportar importantes cargas radiales y axiales.

Este rodamiento es separable: la cubeta (anillo exterior) no está ligada al resto del rodamiento, que está constituido por el cono (anillo interior) y rodillos sujetos al cono por la jaula. El empuje axial no puede ser ejercido nada más que en un solo sentido. No pueden ser montados sobre un eje sin estar asociados a otro rodamiento del mismo tipo que le haga oposición.

En el camión este rodamiento se utiliza en el montaje de la rueda en el eje delantero.

Existe una regla importante que debe ser siempre aplicada:

¡NO DESMONTE NUNCA UN RODAMIENTO SINO ES ABSOLUTAMENTE NECESARIO! El rodamiento que ha sido desmontado no debe volver a montarse. Para montar la cubeta o anillo exterior, ésta debe enfriarse con nitrógeno líquido con lo que disminuirá el diámetro exterior lo suficiente para introducir éste suavemente en su alojamiento. En todo caso, es obligatorio cumplir con el procedimiento indicado por el fabricante.

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Para montar el cono o anillo interior, el que lleva los rodillos sujetos por la jaula, el conjunto deberá ser calentado para producir un aumento del diámetro y ser libremente instalado en su eje. En todo caso, es obligatorio cumplir con el procedimiento indicado por el fabricante.

Una vez instalado el rodamiento, se hace necesario precargar éste de acuerdo con el procedimiento indicado por el fabricante.

4.8.2 Cuidado de los Rodamientos CónicosEl mantenimiento de los rodamientos cónicos está referido a la revisión y mantención del nivel de aceite y el análisis periódico de lubricantes por proceso de laboratorio.

4.9 RótulaSon elementos de montaje que permiten movimientos angulares limitados entre los componentes que se unen.Básicamente las rótulas están instaladas en los sistemas de articulación de dirección, articulación eje trasero, cilindros de levante, suspensiones traseras y estabilizador del camión.Debe seguirse los procedimientos establecidos para el montaje de las rótulas las cuales son componentes de ajuste muy precisos en su montaje.Debido al ajuste preciso del montaje se debe trabajar con frío contracción para montajes interiores y expansión térmica para montajes exteriores.

4.9.1 Mantención de RótulaEl mayor y único cuidado de las rótulas es mantener la lubricación adecuada, ya que son elementos que soportarán altas cargas. Otro factor a considerar es el desgaste de la rótula y el juego u holgura. Cuando las holguras superan los 3 mm se deben reemplazar para evitar que se quiebre el casquillo interior.

5. Seguridad Aplicada

Debido al esfuerzo que se aplica durante el apriete de pernos y tuercas, sólo deben usarse dados y llaves que correspondan a la medida de la cabeza del perno o tuerca, y de construcción que sea capaz de soportar el esfuerzo al que serán sometidos.

Asegúrese que la capacidad de la herramienta que se utiliza aceptará el torque a aplicar.

Nunca debe usarse una herramienta que no corresponda exactamente a la dimensión o a la capacidad necesaria ya que puede producir un serio accidente a la persona si esta se sale o salta de la tuerca o perno o se rompe al momento de realizar la fuerza.

Adopte una posición muy segura, aceptando que accidentalmente la llave o dado pueda soltarse o romperse; lo que resultará en un accidente que puede ser muy grave, sobre todo si se trabaja en altura.

Nunca utilice llaves de torque manuales o hidráulicas sino está familiarizado con su uso. Considere que se está trabajando con valores que pueden significar accidentes potenciales, los que deben ser controlados.

El montaje de rótulas y rodamientos significará trabajar con nitrógeno líquido a bajas temperaturas (196°C bajo cero) o temperaturas de calentamientos superiores a 120°C. Siga cuidadosamente los procedimientos respectivos.

La manipulación del nitrógeno líquido o de altas temperaturas sólo debe ser ejecutada por personal debidamente autorizado y registrado, por la peligrosidad que reviste.