Guías de Deslizamiento PDF

, GUIAS DE 179 180  Guías de deslizamiento Introducción En muchos casos nos vamos a encontrar con la necesidad de unir dos piezas entre sí con la condición de que una pueda deslizarse o desplazarse respecto a la otra. El movimiento relativo que...

, GUIAS DE 179 180  Guías de deslizamiento Introducción En muchos casos nos vamos a encontrar con la necesidad de unir dos piezas entre sí con la condición de que una pueda deslizarse o desplazarse respecto a la otra. El movimiento relativo que se va a establecer entre las dos piezas va a poder ser: de translación, rotación o una combinación de ambos. En conclusión , las guías permitirán el movimiento de una pieza móvil sobre otra fija, soportando cargas en determ inadas direcciones, asegurando un movimiento determinado y evitando, en la medida de lo posible, la perdida de energía por rozamiento. Asimismo son fundamentales en la dicotomía rigidez-amortiguación de una máquina y determinarán, en parte, las aplicaciones de la misma. Disminución de apoyos Para obtener el mayor rendimiento en las guías se deben disminuir los puntos de contacto entre la pieza móvil y la deslizante, de forma que el rozamiento entre ambas no produzca una gran pérdida de energía. Si todas las superficies de dos piezas prismáticas rozasen entre sí sería complicado realizar un buen ajuste y por lo tanto el funcionamiento de la guía no sería el correcto. Debido a estas razones se limitarán las superficies de contacto entre ambas piezas, tal y como se indica en la figura 1. Fig. 1 Eliminar superficies de contacto múltiples Eliminación de aristas vivas Cuando los ensambles de las guías presentan ángulos en aristas vivas se debe tener la precaución de evitarlos, ya que las posibles suciedades o incluso las rebabas generadas en su mecanización , pueden introducirse en estos ángulos impidiendo un correcto ajuste entre las superficies de contacto. Debido a este motivo, es conveniente que todas las aristas exteriores se encuentren Superficies d contacto Supe rficie de contacto achaflanadas o se practique en las interiores un rebaje , con el fin de evitar los problemas mencionados anteriormente (figs. 2, 3 Y 4). Fig.2 Fig.3 Fig.4 - - - - - ji f- -- - Chaflanes y redondeamienlos Rebaje Chaflanes y redondeamienlos \ ------- - --~i r - -- -- -- -- I Se evitan aristas vivas en el ensamble Casi todas las guías de las máquinas cum plirán una serie de requisitos para su correcto funcionamiento. Entre ellos podemos destacar: - Gran resistencia al desgaste, debido al rozamiento continúo. - Bajo coeficiente de rozamiento, lo que se logra mediante una adecuada elección del materi al y un buen acabado superficial. - Suficiente resistencia a las solicitaciones que va a soportar. 181 Tipos de quías Según sea el movimiento que deben describir, podemos diferenciar entre las guías que generan un movimiento rectilíneo o lineal (fig.S) y las que por el contrario materializan un deslizamiento curvilíneo (fig.6). Las guías más utilizadas son las lineales. Fig.6 Fig.5 Según se establezca el rozamiento entre la parte móvil de la guía o corredera y la parte fija podemos dividir las guías en: guías de deslizamiento, guías de rodadura y guías hidrostáticas. a) Guías de deslizamiento. Son aquellas en las que todas las superficies en contacto rozan mutuamente entre sí. Son muy habituales en bancadas de maquinaria, siendo capaces de soportar grandes cargas. Las más usuales son las guías de fricción hidrodinámicas. Hasta hace aproximadamente una década eran las únicas guías comúnmente utilizadas. Constan de dos superficies planas o inclinadas y estas zonas están rectificadas, incluso en alguna de ellas se le realiza un procedimiento de rasqueteado, sobre todo cuando se requiere una precisión elevada en el movimiento de la guía. También están tratadas térmicamente, por lo que se aumenta su dureza. Incorporan una película intermedia de aceite para mejorar el deslizamiento y proporcionar una buena absorción de las vibraciones, logrando un coeficiente de amortiguación proporcional a la superficie de contacto. Esta propiedad las hace excelentes para aplicaciones de grandes esfuerzos y donde el acabado superficial es crítico. No todo son ventajas, sino que también presentan ciertos inconvenientes. El cizallamiento del aceite produce resistencia al movimiento, por lo que se requieren grandes potencias para obtener los desplazamientos, sobre todo cuando deben ser rápidos. Se produce también el efecto llamado "stick-slip" ("pegar-deslizar"), el cual se genera debido a la diferencia entre el valor del coeficiente de rozamiento estático y dinámico. Cuando la parte móvil de la guía se para, el espesor de aceite disminuye y aumenta la fricción del conjunto. Este efecto se pone de manifiesto, sobre todo, cuando se realizan constantes cambios de sentido ya que se presenta diferente resistencia al movimiento cuando la guía empieza a moverse que después de haber comenzado. La forma y dimensión de la guía dependerá de la magnitud de las cargas a soportar y de la dirección de aplicación de estas fuerzas. También se tendrá en cuenta la precisión del movimiento que se requiere, el espacio del que se dispone, la posibilidad de lubricación necesaria y las protecciones que se han de adaptar a la guía para su conservación. Los perfiles de guías más comunes y que vamos a poder encontrar con mayor facilidad son los que se citan a continuación: Guía redonda. Es capaz de absorber solicitaciones en todas las direcciones de su radio (fig. 7). Normalmente van montadas en parejas (fig.8) , para impedir el vuelco de la corredera. 182  Fig.7 Fig.8 Cargas en todas las direcciones radiales Guía plana. Su mecanización resulta sencilla y comparándola con la redonda es capaz de soportar mayores esfuerzos. Generalmente está sometida a cargas verticales, pero cuando sobre ella incide una carga horizontal (fig.9) se deberá limitar este movimiento mediante unos apoyos laterales que eviten el deslizamiento en este sentido. De esta forma, podemos hablar de guías rectangulares (fig.10) , las cuales son apropiadas para cargas normales, o guías en forma de "T" (fig.11) , que son capaces de soportar esfuerzos que podrían producir el vuelco del taco móvil. Fig. 11 Fig.9 Fig. 10 Este tipo de gu ía es capaz Este tipo de gu ía es capaz de abSOlVer pares de fu erzas de soportar fuerzas verticales Guías prismáticas. Absorben con facilidad los esfuerzos oblicuos. Para lograrlo las superficies de deslizamiento suelen tener una inclinación de 15° a 30°. Cuando estas caras presentan un ángulo de 45° se obtienen menores desgastes y mayor duración en las superficies de las guías , ya que los esfuerzos se reparten uniformemente (figs. 12 y 13). También son autoajustables. Presentan el inconveniente que la ranura que se debe de ejecutar en los carros o correderas debilita considerablemente estas piezas, por lo que en muchas ocasiones se han de sobredimensionar. Si realizamos una conducción mediante dos guías prismáticas, utilizando las cuatro caras activas de apoyo, se gene ra un ajuste hiperdeterminado, imposibilitando un buen acoplamiento en todas las caras de forma simultánea. Debido a esto, normalmente se emplea una guía prismática con otra plana (figs. 14 y 15). Esta combinación evita el inconveniente anterior y asegura una absorción de todas las solicitaciones a las que puedan estar sometidas. Fig. 14 Fig. 12 Guía en Esfuerzos que forma de tejado. Fig. 13 normalmente van a soportar Carro Guía plana Guía prismática 183  Fig.15 Combinación de guía prismática con guía plana Dentro de este apartado también podemos incluir las guías en doble "V" (fig.16). Poseen características similares a las guías en cola de milano, que veremos a continuación. No obstante, estas guías son capaces de desplazar mayores cargas, incluso con movimientos rápidos. Un ejemplo de este sistema, lo vemos en la figura 17 que se indica a continuación: Fig. 17 Sistema de deslizamiento Fig.16 lineal. I--I--J Resulta adecuado para aplicaciones industriales tales como máquinas herramienta, máquinas de empaquetado, máquinas de etiquetado, guardas industriales, mecanismos de transferencia de cargas, etc. Fig.18.... Por último, observamos la guía en "V" (fig.18). Normalmente se emplea para soportar grandes cargas verticales, aunque también es capaz de absorber ciertas fuerzas laterales. 184  Fig.19 Guía en cola de milano (fig. 19). Son muy habituales y se pueden encontrar en un sinfín de mecanismos, a pesar de que + su mecanización es costosa. Este tipo de guías es empleado en carros de tamaño pequeño o mediano, ya que ocupan un espacio reducido. En las superficies de contacto de las guías aparecen fuerzas de rozamiento que se oponen al movimiento. Debe intentarse que éstas sean lo menores posibles, por lo que siempre se aplicará una lubricación adecuada y todas las superficies deberán encontrarse en perfecto estado. Toda la energía que se pierda en el rozamiento implicará pérdida de trabajo , en consecuencia disminuirá el rendimiento de la máquina o Soporta esfuerzos multidireccionales instalación. b) Guías de rodadura. Si entre las superficies de contacto que se establecen en el guiado, se introdujese un elemento rodante , la zona de rozamiento disminuiría considerablemente. De este principio se derivan las guías de rodaduras , en las cuales mediante la aplicación intermedia de bolas o rodillos se consigue un gu iado adecuado. Así se logra una recirculación de estos elementos y se obtienen menores coeficientes de rozamiento en el deslizamiento y movimientos más precisos y suaves figs 20 y 21. Fig. 20 Rodamiento lineal abierto para sistemas de guiado lineal con eje MX x xx:x:x x xxx:x::.o Fig. 21 En esta imagen podemos ver una guía deslizante con patines para cargas elevadas. Este acoplamiento deslizante está basado en un sistema de rodamientos con retorno que proporciona un recorrido ilimitado. Además presenta otras ventajas como: Alta capacidad de transporte de carga. Pueden intercambiarse entre carriles. Resisten cargas basculantes Suelen ir provistas de juntas de sellado para impedir la penetración de partículas así como facilitar una correcta lubricación de la guía. Suelen exigir poco mantenimiento. 185 Las guías poseerán una dureza tal que, cuando estén sometidas a los esfuerzos propios del trabajo, los elementos rodantes no dejen marcas impresas. Suelen emplearse cuando se requieren movimientos exactos, por lo que se acoplan a máquinas de precisión. Aunque existen muchos tipos, las guías de rodadura suelen constituirse, tal y como vimos en las figuras anteriores, por bolas o ruedas. Independientemente del sistema, estos elementos que generan la rodadura normalmente lo hacen sobre guías circulares o en forma de "V". En definitiva, las guías de rodadura se basan en el mismo principio de funcionamiento que los rodamientos. El elemento posee unas guías rectificadas con unas superficies de rodadura, por donde circulan las bolas o cilindros, que dan vueltas a un circuito de un bloque precargado y que se fija al elemento móvil de la máquina. Para cada guía se suele montar un mínimo de dos bloques, pero cuanto mayor sea la parte móvil más bloques será necesario montar. La duración de estas guías es mayor que las de deslizamiento, pero debido a su reciente incorporación en el mercado no se puede fijar con exactitud la vida útil de las mismas. Poseen la ventaja de no necesitar ajuste y de exigir un mantenimiento muy inferior al de las guías hidrodinámicas. e) Guías hidrostáticas. Este sistema se basa en la utilización de aceite a presión para mantener una separación constante entre las partes de la guía que se deslizan. Debido a esta característica se obtiene un bajísimo coeficiente de rozamiento y la eliminación total del efecto stick-slip, por lo que el movimiento que se consigue es suave y exento de vibraciones. Evidentemente, con este sistema se eliminan totalmente las posibles holguras que pudiesen existir en otros y las guías no se desgastan , ya que no existe ningún tipo de contacto entre las superficies metálicas que se desplazan. Es un procedimiento caro de aplicar y empleado en casos en los que la precisión de movimiento es esencial y el mecanismo debe ser sumamente exacto. Rf:r::aje del juego de guías Debido al uso de las guías y al rozamiento que se establece entre sus piezas, se producen desajustes y pérdidas de precisión en el guiado. A causa de esto las guías deslizantes disponen de mecanismos para realizar la compensación de los juegos que hayan podido adquirir. Una vez realizada esta operación de regulación, la guía volverá a tener las condiciones primitivas de funcionamiento. Este ajuste se realiza mediante planos inclinados que acercan o separan las superficies, pero las guías hidrodinámicas tienen una vida limitada de 10-12 años. Después de este tiempo se tendrían que volver a rasquetear las superficies. Normalmente el reglaje se realiza mediante el ajuste de una regleta o listón que se encuentra alojada entre el carro y la bancada (figs. 22 y 23). Para poder acceder a esta regleta, los carros van provistos de una serie de tornillos (fig.24) que al operar sobre ellos se produce el desplazamiento del listón y, por consiguiente, el ajuste de los juegos producidos. Las caras activas de la regleta tienen la misma forma, acabado y características que la guía (fig.25). Fig.22 Figs.23 Secuencia de colocación de la mecha para el reglaje. 186 Fig.24 Mediante el tornillo de ajuste, que podemos ver en este dibujo, conseguimos desplazar la regleta hasta la posición adecuada. Una vez logrado este posicionamiento, fijamos el Fig.25 tornillo de bloqueo. /. Superfice "B" / I \ \ Cuando se hace el reglaje se debe lograr un movimiento suave y sin holguras. Según sea el tipo de guía se seguirán los siguientes procedimientos. Guías planas: para conseguir un correcto deslizamiento se añadirán o quitarán láminas metálicas entre las dos piezas desmontables que materializan la guía (fig. 26). Otras guías: en los demás casos, el ajuste se lleva a cabo mediante el desplazamiento de las regletas, que se obtiene con el ajuste de los tornillos (fig.27). Fig.26 Fig.27 Carro / / / I I ajust~. "" Laminas metálicas \ Bancada de para el correcto "- Tornillo de / la máquina Lengüeta de ajuste de la guía '-- ajuste Podemos encontrar regletas que poseen una sección constante, es decir, tienen las mismas medidas en toda su longitud. Cuando esto sucede, la guía se ajusta mediante una serie de tornillos dispuestos a lo largo de la bancada de la máquina (fig.28). Fig.28 Disposición de tornillos de ajuste a lo largo de la guía. 187 Otro tipo de lengüeta que podemos encontrar es aquélla que tiene forma de cuña. Se ajusta mediante un tornillo colocado en su cabeza. Al apretarlo se introduce la lengüeta y por su inclinación se reduce la holgura entre la parte móvil y la fija de la guía (fig.29). Se puede intuir el funcionamiento de este sistema en la figura 30. Fig.29 Guía de ajuste inclinada. Fig.30 Como se puede observar en esta figura, el tornillo Podemos ver la forma de cuña que posee la de ajuste va provisto de un saliente que se lengüeta y como al hacer girar el tornillo se introduce en la lengüeta. Además, este tornillo va desplaza en uno u otro sentido la lengüeta roscado en el carro. Al girarlo desplaza la lengüeta, aumentando o disminuyendo la holgura. por lo que se gradúa el juego entre el carro y el soporte. Una vez ajustado, el conjunto se fija apretando la tuerca de seguridad. Carro Lengüeta deslizante Parte Bancada deslizante fija Tuerca de arrastre Tornillo de ajuste Lengüeta Tuerca de seguridad Tornillo Parte de ajuste fija Montaie de quías Debemos conocer ciertas particularidades del montaje: Fig.31 Según se observa en la figura 31, la superficie "A" estará rectificada, lo que implica un buen acabado superficial. Se tomarán las medidas necesarias para evitar dañar esta superficie en las operaciones de montaje. / La zona "B" tendrá que apoyar uniformemente en toda su superficie a lo largo de toda la regleta. I Las guías tendrán la misma forma y dimensión en toda su \ longitud, por lo que se deberán verificar sus formas, intentando apreciar deformaciones o irregularidades. \ Las mechas de la figura 32 se introducen transversalmente. Posteriormente, se sujetan con unos tornillos dispuestos a tal efecto. 188  Los listones para ajustar las guías en cola de milano, bien sean de secclon constante o chavetas inclinadas, se introducen longitudinalmente una vez montados todos los demás elementos del conjunto (fig.33). Esta operación se debe realizar por deslizamiento suave del listón entre el carro y su soporte. Fi.33 Carro Lengüeta de ajuste Tuerca ~. Tornillo de ajuste Soporte Si nos fijamos , todos los tornillos de ajuste van provistos de una tuerca, que tal y como estudiamos en el tema "Elementos de Unión" nos sirve como elemento de seguridad para asegurar el posicionamiento del tornillo una vez ajustado. La secuencia de montaje que se debe seguir en las gu ías en cola de milano es la siguiente (fig.33): 1. Verificar las superficies de todos los componentes, comprobando su perfecto estado o subsanando las deficiencias encontradas. 2. Introducir el carro. 3. Colocar la lengüeta deslizándola longitudinalmente, fijándose en su posición , en las ranuras de engrase yen los orificios donde irán ajustados los tornillos. 4. Introducir los tornillos de ajuste apretándolos convenientemente e ir probando como se desliza el carro sobre el soporte hasta que el ajuste sea el adecuado. 5. Apretar la tuerca sobre el carro, de forma que ejerza presión sobre el tornillo de ajuste y, por lo tanto, imposibil ite el movimiento de éste. Construcción y materiales empleados en las guías Hablaremos fundamentalmente de las guías de deslizam iento. Se construyen habitualmente con el mismo material que la bancada de la máquina donde irán dispuestas. También se suelen dar tratamientos superficiales a las zonas de rozamiento para aumentar su dureza, incluso irán rectificadas o rasqueteadas para proporcionar un gran acabado superficial y por consiguiente menor coeficiente de rozamiento y mayor precisión de movim iento. En algunas ocasiones se colocan gu ías postizas de acero aleado, tratado y rectificado, que suelen ir atornilladas a la bancada de la máquina. Lubricación de guías. ranuras de lubricación y forma de protegerlas Como hemos estudiado en este tema, las guías de deslizamiento hidrodinámicas deben ser frecuentemente lubricadas. Nos remitiremos al manual de la máquina para saber con precisión el aceite que deberemos utilizar. No obstante, existen aceites específicos que contienen aditivos para mejorar su adherencia así como sus 189 características antidesgaste y "stick-slip" (funcionamiento a saltos). Además, evitan la corrosión en los lugares donde es aplicado. Habitualmente son aceites minerales y en la elección se suele diferenciar entre guías horizontales y verticales, siendo conveniente en cada caso un tipo de aceite con unas características concretas. Un ejemplo se expone a continuación, donde para guías horizontales es conveniente elegir, según se indica en la tabla, un aceite con una viscosidad menor, por ejemplo el de 32 ó 68, y para guías verticales emplear el 220. Características técnicas medidas del lubricante "Shell TONNA Oils S" 32 68 220 Característica Método Valore típicos Viscosidad cinemática cSt ASTM D-445 - a 40°C 31 68 210 - a 100°C 5.5 8.6 18.5 Indice de viscosidad ASTM D-2270 113 105 98 Densidad a 15°C kq/I ASTM D-4052 0.870 0.879 0.894 Punto de congelación oC ASTM D-97 212 225 250 Punto de inflamación , u. a. oC ASTM D-92 -33 -15 -12 El engrase continuo de este tipo de guías se obtiene habitualmente mediante unas bombas que, bien sean manuales (fig. 34) o automáticas, efectúan el engrase a todas las guías y carros. El aceite se distribuye por unas ranuras de engrase que pueden adquirir distintas formas y dimensiones (figs. 35 y 36). Su misión es que el aceite se reparta uniformemente por toda la superficie de la guía. La ausencia de esta capa de lubricante produciría el aumento del rozamiento, la pérdida de mayor cantidad de energía transformándose en calor y, por lo tanto, podría ocasionar el "gripado" de las piezas. Fig.34 Bomba de Fig.35 Vemos dos formas de ranuras de Fig.36 Este tipo de ranuras accionamiento manual engrase en zig-zag. de engrase recibe el nombre para el engrase de guías de "Patas de araña". Utilizada habitualmente en guías prismáticas. 190 En las siguientes imágenes observamos distintas formas de introducir el aceite en las ranuras de engrase (figs. 37 y 38). Fig.38 Podemos ver la forma de distribución interior del aceite para hacerlo Fig.37 En este caso observamos llegar a los puntos de engrase. el orificio por donde se introduce el aceite para hacerlo llegar a la ranuras de engrase. Las guías suelen ir protegidas en sus extremos, con el fin de evitar la penetración de impurezas a las superficies de deslizamiento (fig. 39). Estas protecciones pueden ser metálicas o de goma. Ambas tendrán la posibilidad de adaptarse a la zona "de la guía que deban proteger. Fig. 39 Vemos distintos tipos de protección de guías. 191 'Bloqueo de las guías En algunas ocasiones, es necesario bloquear los carros una vez ajustados en posiciones determinadas. Con esta fijación, además de un posicionamiento concreto, se reducen las posibles vibraciones que se transm iten al carro, por lo que la máquina trabajará de forma más precisa. Estos mecanismos suelen ser sencillos, ya que consiguen el bloqueo mediante una presión constante en las guías móviles. Esta fuerza se puede obtener mediante un medio mecánico (fig. 40) o hidráulico. Fig. 40 Vemos el mecanismo de bloqueo mecánico de un carro. 192