Transmisión por fricción

Un accionamiento por fricción ^{[ 1 ] [ 2 ]} o motor de fricción es un tipo de transmisión que utiliza la fricción estática de dos superficies lisas (en lugar de la presión de contacto de los dientes que engranan) para transferir el par entre dos partes giratorias.

Este tipo de mecanismo también se denomina accionamiento por tracción , aunque este término suele referirse específicamente a accionamientos en los que se utiliza una capa de fluido de tracción (que se solidifica momentáneamente bajo presión) para aumentar el coeficiente de fricción entre las dos partes a 0,1 o más. ^{[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]}

En general, al menos una de las dos partes es rígida, y puede ser cualquier sólido de revolución , como un disco, un cilindro o un cono. Si bien la mayor parte de la(s) parte(s) rígida(s) puede(n) estar construida(s) de cualquier material duro, como metal o plástico, al menos una de las superficies donde entran en contacto suele estar recubierta con algún material de alta fricción, como caucho duro (o, en sistemas antiguos, papel o cuero ).

El ejemplo más común de transmisión por fricción es un sistema formado por una polea y una correa (lisa) . Sin embargo, el término "transmisión por fricción" se usa con mayor frecuencia cuando ambas partes son rígidas.

CW Hunt patentó un sistema de transmisión por fricción en 1887.

La forma más sencilla de transmisión por fricción consiste en un par de cilindros montados sobre ejes paralelos que se presionan entre sí.

La ventaja mecánica de este sistema está determinada por la relación r entre los radios R ₁ y R ₂ de los dos cilindros. Es decir, los pares T y T en los dos ejes satisfarán T ₁ / T ₂ = r = R ₁ / R ₂ , mientras que las velocidades de rotación ω ₁ y ω ₂ satisfarán ω ₁ / ω ₂ = 1/ r = R ₂ / R ₁ .

Aplicaciones

Este sistema se utiliza, por ejemplo, para accionar las bobinas de algunas grabadoras de cinta . En una configuración típica, uno de los cilindros es el eje de un motor eléctrico, de aproximadamente 1 mm de diámetro, mientras que el otro es un disco con un borde de goma dura, de aproximadamente 50  mm de diámetro, lo que proporciona una ventaja mecánica de 1:50. Un tren de engranajes con la misma relación requeriría engranajes mucho más grandes o dientes muy finos, lo que resultaría mucho más costoso y delicado de fabricar.

Otra aplicación importante son las bicicletas motorizadas , donde un rodillo recubierto de goma conectado al motor impulsa una de las ruedas por fricción. Otros ejemplos son los motores adicionales para accionar volantes. ^{[ 6 ]}

Otro tipo importante de transmisión por fricción consiste en una rueda que rueda sobre una superficie mayormente plana o una pista mayormente recta. Esto podría considerarse un caso límite de la configuración de cilindros paralelos, donde uno de los cilindros tiene un radio prácticamente infinito. En este caso, el objetivo no es transmitir par motor, sino convertirlo en fuerza lineal y el movimiento rotatorio de la rueda en movimiento lineal relativo entre las dos partes.

Otro tipo importante de transmisión por fricción consiste en dos discos con ejes perpendiculares, dispuestos de manera que el borde de una rueda presione contra la cara plana de la otra. La fricción entre las dos ruedas provoca que el par motor aplicado a una se transfiera a la otra.

La ventaja mecánica del sistema viene determinada por la relación r entre el radio R₁ de la primera _rueda y la distancia R₂ de la segunda rueda entre su eje y el punto de contacto. Si el primer disco está montado de forma que pueda deslizarse a lo largo de su eje, el radio R₂ y, por lo tanto, la relación _r , pueden variar continuamente incluso mientras los discos giran. En ese caso _, el sistema es una transmisión continuamente variable .

Un problema de este diseño es que los bordes interior y exterior del primer disco se mueven a la misma velocidad, pero la velocidad en la superficie del segundo disco aumenta proporcionalmente con la distancia al eje. Esta diferencia de velocidad provoca una fricción considerable en los bordes del primer disco, desgastándolo y disipando energía mecánica en forma de calor. Dado que estos efectos son proporcionales a la presión de contacto y a la velocidad relativa de las superficies en fricción, limitan el par y la velocidad de rotación que se pueden transmitir.

Este tipo de transmisión por fricción se utilizaba antiguamente en los primeros automóviles , pero hoy en día se emplea con mayor frecuencia en patinetes eléctricos , especialmente en los go-peds, como sustituto de un sistema de cadena y engranajes. Mecánicamente es idéntico a un integrador de bolas y discos , pero está diseñado para soportar mayores niveles de par motor .

La transmisión por fricción se ha utilizado con mayor éxito en aplicaciones de baja potencia, como por ejemplo para accionar los platos giratorios de los fonógrafos .

automóviles

Entre los automóviles que utilizaban este sistema de transmisión se encontraban el Anglo-Dane , el Arista , el Armadale , el Astra , el Allvelo , el Bukh & Gry , el Cartercar , el Crown 12HP Modelo Dos (1905-1906), el Davis Totem , el GWK , el Kelsey , el Lambert , el LuLu , el Metz , el Ner-a Car , el Richardson y el Turicum . La transmisión por fricción del Turicum consistía en un disco plano de acero acoplado directamente al motor. Este disco principal impulsaba posteriormente una rueda más pequeña cubierta de cuero , orientada perpendicularmente a su superficie. Suponiendo una velocidad de rotación constante en la rueda principal, la velocidad angular en la superficie del disco aumenta proporcionalmente a la distancia desde el centro de rotación. Por lo tanto, al posicionar la rueda más pequeña en diferentes puntos a lo largo de la superficie de la rueda más grande, se modifica la relación de transmisión . Además, dado que no existen limitaciones más allá de las posiciones mínima y máxima, las relaciones de transmisión son infinitamente ajustables. El sistema de transmisión por fricción de Lambert (ilustrado) era similar, pero utilizaba un disco motriz con revestimiento de aluminio y una rueda conducida con revestimiento de fibra.

Aunque mecánicamente sencillos, los sistemas de transmisión por fricción presentan varias limitaciones. La primera es que el par motor que se puede transmitir depende del área de contacto entre las dos piezas y de la presión que ejercen sobre ella. Si bien aumentar cualquiera de estos parámetros incrementa el par máximo transmitido, también aumenta las pérdidas por fricción y la deformación local del material en la zona de contacto.

Los sistemas de transmisión por fricción también sufren deslizamiento al sobrecargarse, ya que se alcanza el límite de fricción estática. Además, acumulan pequeñas cantidades de deslizamiento durante el funcionamiento normal debido a que la deformación local de la superficie modifica el radio efectivo de la pieza. Por lo tanto, no pueden utilizarse para un posicionamiento rotacional preciso, a menos que el motor emplee algún sistema de retroalimentación para compensar estos errores.

Por otro lado, existen aplicaciones en las que se desea cierto deslizamiento, ya que evita daños al mecanismo en caso de sobrecarga.

• Mecánica de contacto : estudio de la deformación de sólidos que se tocan entre sí. 
• Mecánica de contacto por fricción : estudio de la deformación de los cuerpos en presencia de efectos de fricción. 
• Ferrocarril adherente : ferrocarril que depende de la adherencia para mover los trenes. 
• Laminado (metalurgia) – Proceso de conformado de metales 
• Transmisión variable continua (CVT) toroidal o basada en rodillos (CVT Extroid) : tecnología de transmisión automotriz. 
• Tribología : ciencia de las superficies de fricción 

• Imagen animada de una CVT toroidal en HowStuffWorks. Archivada el 10 de enero de 2019 en Wayback Machine.