La Cuña

LA CUÑA

De forma sencilla se podría describir como un prisma triangular con un ángulo muy agudo. También podríamos decir que es una pieza terminada en una arista afilada que actúa como un plano inclinado móvil.

Se encuentra fabricada en madera, acero, aluminio, plásticos...

Estudio de las fuerzas

La cuña es un amplificador de fuerzas (tiene ganancia mecánica). Su forma de actuar es muy simple: transforma una fuerza aplicada en dirección al ángulo agudo (F) en dos fuerzas perpendiculares a los planos que forman la arista afilada (F1 y F2); la suma vectorial de estas fuerzas es igual a la fuerza aplicada.

Las fuerzas resultantes son mayores cuanto menor es el ángulo de la cuña.

Un poco de historia y evolución

• El hombre de Cromañón ya la empleaba bajo la forma de hacha, cuchillo y puntas de lanza.
• En el 3000 a.C ya se empleaba en las canteras egipcias para la separación de grandes bloques de piedra y para extraer tablas de los árboles. También por esta época se empieza a emplear en forma de sierra para madera.
• Hacia el 2900 a.C se empieza a emplear en Sumeria bajo la forma de arado de madera.
• Hacia el 1000 a.C. se aplica a las tijeras para trasquilar ovejas.
• En 1848 es empleada por Linus Yale para la fabricación de la llave de la primera cerradura de seguridad. Esa llave estaba dotada de dientes de sierra con alturas diferentes.
• En 1906 se patenta la cremallera formada por dientes que se engarzan entre sí por efecto de dos planos inclinados que los presionan. Una cuña introducida entre ellos permite separarlos.

Utilidad

La cuña es sumamente versátil y forma parte de multitud de mecanismo de uso cotidiano. Algunas de sus utilidades prácticas son:

Modificar la dirección de una fuerza. Pues convierte una fuerza longitudinal en dos fuerzas perpendiculares a los planos que forman el ángulo agudo. Esta utilidad es la empleada para abrir o separar cuerpos: obtener tablones de los árboles, partir piedras en canteras, cerrar o abrir los dientes de una cremallera...

Convertir un movimiento lineal en otro perpendicular. Si combinamos dos cuñas podemos convertir el movimiento lineal de una en el desplazamiento perpendicular de la otra creando una gran fuerza de apriete. Esta utilidad es especialmente apreciada en el ajuste de ensambles en madera, sujección de puertas, ajuste de postes en la construcción, llaves de cerraduras...

Herramienta de corte, bien haciendo uso de la arista afilada (cuchillo, abrelatas, tijeras, maquinilla eléctrica, cuchilla de torno...) o recurriendo al tallado de pequeñas cuñas (dientes de sierra) que en su movimiento de avance son capaces de arrancar pequeñas virutas (sierra para metales, serrucho, sierra mecánica, fresa, lima...). Tipos de cuñas Las cuñas se fabrican de acero fundido con una resistencia a la tracción de unos 700 MPa. Estas deben tener una resistencia y tenacidad mayores a las de las piezas de maquinas que van a unir, de tal forma que no se deformen en el encunado. Cuñas encastradas Son cuerpos estirados longitudinalmente, seccionalmente de ángulos rectos con una superficie posterior inclinada y una superficie frontal recta o redondeada. La inclinación tiene la relación 1: 100, esto significa: Sobre una longitud de 100 mm varia la altura de la cuña 1 mm. - Las cuñas encastradas de frente circular se denominan como cuñas embutidas - éstas se encajan en una ranura de eje de ajuste exacto, sobre la cual se deslizará luego el buje. Su aplicación se lleva a cabo cuando no se tiene espacio a disposición para el acunado y expulsión de la cuña. - Las cuñas encastradas de frente recto se denominan como cuñas cónicas - éstas se sientan en una ranura de un eje sobresaliente y luego se encunan en las piezas montadas de la máquina. Su aplicación se lleva a cabo cuando no existe espacio a los dos lados para el acunado y la expulsión. - Las cuñas cónicas, cuyo lado mas grueso se aumentó através de una saliente, se denominan como cuñas de nariz. Se emplean cuando el acunado y la expulsión solamente es posible por un lado. - Las chavetas de disco también pueden cumplir la función de una cuña encastrada, ya que através de su soporte giratorio en la ranura del eje se pueden ajustar ellas mismas al apriete de una ranura de buje inclinada. Las chavetas de disco empleadas como cuña se denominan también como cuñas de disco. Figura 2 - Cunas encastradas 1 cuña embutida, 2 cuña cónica. 3 cuña de nariz, 4 chaveta de disco Cuñas cóncavas y cuñas planas Son cuerpos extendidos longitudinalmente, de sección rectangular con una superficie posterior inclinada para alturas reducidas de la chaveta, las cuales se emplean solamente para la transmisión de fuerzas de rotación pequeñas. Para estas cuñas no es necesario elaborar una ranura de eje: - En la cuña cóncava la superficie vientre está elaborada de acuerdo a la curvatura del área superficial de envoltura del eje de tal forma que se ajuste al eje. - Un buen asentamiento de la cuña plana sobre el eje es posible solamente cuando se ha aplanado el eje en la superficie de asentamiento al ancho de la cuña. Figura 3 - Cuña cóncava y cuña plana Cuñas tangenciales: Son dos cuerpos correspondientes de sección rectangular, con una de sus superficies inclinada, la relación de inclinación es de 1: 60 hasta 1: 100. Las cuñas tangenciales se emplean cuando se deben transmitir fuerzas de rotación muy grandes en los dos sentidos. Estas se encunan unas a otras con las superficies inclinadas en las ranuras de ejes y de bujes elaboradas con inclinación, para ello se instalan siempre dos pares de cuñas con un ángulo de 120º a la periferia del eje, para obtener una unión exacta. Figura 4 - Cunas tangenciales Casquillos cónicos Estos son cuerpos troncocónicos con conos interiores y exteriores que se emplean para unir piezas de maquinas directamente. Se emplean principalmente en los husillos de máquinas donde se colocan herramientas con vástago cónico. Para soltar la unión se encunan chavetas transversales en agujeros largos laterales en el casquillo cónico. Un tipo especial de casquillo cónico es el casquillo que se emplea como elemento intermedio en uniones de piezas de máquinas. Los casquillos de tensor sujeción se instalan sobre ejes, donde se van a montar rodamientos, ruedas dentadas o elementos constructivos semejantes. Su tensión anular uniforme, originada através de una relación de inclinación de 1: 10 hasta 1: 20, consigue una marcha circular exacta. Se fijan con tuercas. Figura 5 - Casquillos cónicos y casquillos tensores Pasadores cónicos Son cuerpos troncocónicos con una relación cónica de 1:50. En las uniones con chavetas longitudinales se denominan también como “cuñas redondas”. Estas se emplean en uniones que se elaboran muy simplemente, que se sueltan raro vez y solamente deben transmitir fuerzas de rotación pequeñas, por ej: palancas sobre ejes. Las perforaciones se escarian como en las uniones de pasadores cónicos con escariadores cónicos. Para soltar la unión se debe mandrilar el pasador cónico. Figura 6 - Pasador cónico Cuñas transversales Son cuerpos rectangulares con una o dos superficies inclinadas, cuyos bordes están redondeados. Estas se emplean para asegurar espigas y bielas, con el fin de transmitir movimientos longitudinales (hacia allá y hacia acá). Las cuñas transversales tienen una relación de inclinación de 1:10 hasta 1:40 y se aseguran frecuentemente contra un autosoltamiento. Debido a que la elaboración de las ranuras exige un gasto elevado, se emplean solamente cuando se deben transmitir fuerzas axiales grandes. Para la transmisión de fuerzas pequeñas, los pasadores cónicos pueden tomar esta función, ya que esta unión es mas fácil de realizar. Figura 7 - Cuña transversal 1 con una superficie inclinada 2 con dos superficies inclinadas Cuñas de ajuste Son cuerpos rectangulares con una o dos superficies inclinadas y una perforación roscada pasante en sentido longitudinal. Las cuñas de ajuste no transmiten ninguna fuerza de rotación sino que se emplean solamente para ajustar el juego en soportes divididos y guías. Su sentido de montaje es transversal al eje de la barra. Con el fin de alcanzar un gran efecto de ajuste con un recorrido de ajuste pequeño en sentido longitudinal, se elabora la inclinación de las superficies posteriores con la relación 1:5 hasta 1:10.