Una rueda giratoria (o ruedecilla ) es una rueda no motriz que está diseñada para fijarse a la parte inferior de un objeto más grande (el "vehículo") para permitir que dicho objeto se mueva.
Las ruedas se utilizan en numerosas aplicaciones, como carros de compras , sillas de oficina , carritos de juguete , camas de hospital y equipos de manipulación de materiales . Las ruedas de alta capacidad y alta resistencia se utilizan en muchas aplicaciones industriales, como carretillas de plataforma, carros, conjuntos y líneas de remolque en plantas.
Las ruedas pueden estar fijadas para rodar a lo largo de una trayectoria en línea recta o montadas sobre un pivote o pivote de manera que la rueda se alinee automáticamente con la dirección de desplazamiento.
Una rueda giratoria rígida básica consiste en una rueda montada en una horquilla fija. La orientación de la horquilla, que es fija en relación con el vehículo, se determina cuando la rueda giratoria se monta en el vehículo. [1] Un ejemplo de esto son las ruedas que se encuentran en la parte trasera de un carrito de compras en América del Norte. Las ruedas giratorias rígidas tienden a restringir el movimiento del vehículo para que este se desplace a lo largo de una línea recta.
Al igual que las ruedas rígidas más sencillas, las ruedas giratorias incorporan una rueda montada en una horquilla, pero una junta giratoria adicional sobre la horquilla permite que esta gire libremente unos 360°, lo que permite que la rueda gire en cualquier dirección. Esto hace posible mover fácilmente el vehículo en cualquier dirección sin cambiar su orientación. Las ruedas giratorias a veces se fijan a manijas para que un operador pueda configurar manualmente su orientación. La rueda giratoria mejorada fue inventada en 1920 por Seibert Chesnutt, patente estadounidense 1341630, que se fabricaba fácilmente mediante estampación e incorporaba cojinetes de bolas para una mayor vida útil. Las ruedas giratorias básicas se encontraron en la famosa "silla de oficina" de Charles Darwin ya en la década de 1840.
Además, una rueda giratoria normalmente debe incluir una pequeña cantidad de distancia de desplazamiento entre el eje central del eje vertical y el eje central de la rueda giratoria. Cuando se mueve la rueda y la rueda no está orientada en la dirección correcta, el desplazamiento hará que el conjunto de ruedas gire alrededor del eje del eje vertical para seguir la dirección del movimiento. Si no hay desplazamiento, la rueda no girará si no está orientada en la dirección correcta, lo que impedirá el movimiento o se arrastrará por el suelo.
Cuando se mueve a lo largo de una línea recta, una rueda giratoria tenderá a alinearse automáticamente y girar en paralelo a la dirección de desplazamiento. Esto se puede ver en un carrito de compras cuando las ruedas delanteras se alinean en paralelo a las ruedas traseras cuando se desplaza por un pasillo. Una consecuencia de esto es que el vehículo tiende naturalmente a desplazarse en una dirección recta. No se requiere una dirección precisa porque las ruedas tienden a mantener un movimiento recto. Esto también es cierto durante los giros del vehículo. La rueda giratoria gira perpendicularmente al radio de giro y proporciona un giro suave. Esto se puede ver en un carrito de compras cuando las ruedas delanteras giran a diferentes velocidades, con diferentes radios de giro según lo cerrado que sea el giro.
El ángulo y la distancia entre los ejes de las ruedas y la articulación giratoria se pueden ajustar para diferentes tipos de rendimiento de las ruedas giratorias. [2]
Las ruedas industriales son ruedas de alta resistencia diseñadas para soportar cargas pesadas, en algunos casos hasta treinta mil libras. Una rueda industrial puede tener un diseño de rueda giratoria o rígida. Las ruedas industriales suelen tener una placa superior plana que tiene cuatro orificios para pernos para garantizar una conexión resistente entre la placa superior y la carga. Se utilizan en una variedad de aplicaciones, incluidos carros con plataforma, plataformas giratorias de montaje, estanterías de almacenamiento de alta resistencia, contenedores de retención, líneas de remolque, equipos de mantenimiento y mecanismos de manipulación de materiales.
En los primeros tiempos de fabricación, los cuerpos de las ruedas industriales se fabricaban normalmente a partir de tres piezas metálicas estampadas independientes, que se soldaban a la placa superior. En la actualidad, muchos cuerpos de ruedas industriales se fabrican cortando con láser el cuerpo a partir de una única pieza de metal y luego utilizando una prensa plegadora para dar forma a las patas hasta el ángulo de noventa grados requerido, lo que produce un dispositivo mecánicamente más resistente.
Diversos factores afectan el rendimiento de las ruedas industriales. Por ejemplo, los diámetros y anchos de rueda más grandes proporcionan una mayor capacidad de peso al distribuir el peso de la carga en una superficie de rueda más grande. Además, los materiales de rueda más duros (por ejemplo, hierro fundido, poliuretano de perfil alto) son menos sensibles a la suciedad y los residuos en los pisos y tienden a no arrastrarlos.
Las ruedas giratorias económicas y comunes pueden incluir una función de freno que evita que la rueda gire. Esto se logra comúnmente usando una palanca que presiona una leva de freno contra la rueda. Sin embargo, una rueda giratoria aún puede moverse ligeramente, en un pequeño círculo que gira alrededor de una distancia descentrada entre el eje vertical y el centro de la rueda bloqueada.
Un tipo más complejo de rueda giratoria, a veces llamada rueda con bloqueo total, tiene un bloqueo rotacional adicional en el eje vertical, de modo que ni el eje ni la rueda pueden girar, lo que proporciona un soporte muy rígido. Es posible utilizar estos dos bloqueos juntos o por separado. Si el eje vertical está bloqueado pero la rueda aún puede girar, la rueda se convierte en una rueda direccional, pero que puede bloquearse para rodar en una dirección a lo largo de cualquier eje horizontal.
En algunos casos, resulta útil poder frenar o bloquear todas las ruedas al mismo tiempo, sin tener que caminar alrededor para activar un mecanismo en cada una de ellas. Esto se puede lograr utilizando un mecanismo de bloqueo central activado por un anillo rígido que rodea cada rueda giratoria, ligeramente por encima de la rueda, que baja y presiona la rueda hacia abajo, impidiendo la rotación tanto de la rueda como de la rueda giratoria. Un método alternativo es la rueda con bloqueo central, que tiene una leva giratoria en el centro de cada eje de rueda vertical, que conduce a un mecanismo de frenado en la parte inferior de cada rueda.
Una rueda giratoria sin pivote central tiene una pista de rodadura interior, una pista de rodadura exterior que está unida al vehículo y cojinetes de bolas entre las pistas de rodadura. Este mecanismo no tiene pivote central , de ahí el nombre de "sin pivote central". La ausencia de pivote central elimina la mayoría de las causas de falla de las ruedas giratorias [ cita requerida ] y reduce o elimina el temblor después del uso [ aclarar ] . Ofrecen una capacidad y durabilidad comparables a las unidades que tienen cojinetes de bolas o cónicos de precisión sellados [ cita requerida ] , y son una alternativa práctica a las ruedas giratorias tradicionales en situaciones de alto impacto [ ¿por qué? ] .
Una de las principales desventajas de las ruedas es el temblor. Un ejemplo común de temblor de las ruedas es el de los carros de la compra de los supermercados, cuando una rueda se balancea rápidamente de un lado a otro. Esta oscilación, que también se conoce como vibración , se produce de forma natural a determinadas velocidades y es similar al bamboleo de velocidad que se produce en otros vehículos con ruedas. La velocidad a la que se produce el temblor de las ruedas se basa en el peso soportado por la rueda y en la distancia entre el eje de la rueda y el eje de dirección. Esta distancia se conoce como distancia de arrastre y, al aumentarla, se puede eliminar el temblor a velocidades moderadas. Por lo general, el temblor se produce a altas velocidades.
Lo que hace que el aleteo sea peligroso es que puede hacer que un vehículo se mueva repentinamente en una dirección no deseada. El aleteo se produce cuando la rueda no está en contacto completo con el suelo y, por lo tanto, su orientación es incontrolable. A medida que la rueda recupera el contacto completo con el suelo, puede estar en cualquier orientación. Esto puede hacer que el vehículo se mueva repentinamente en la dirección en la que apunta la rueda. A velocidades más bajas, la capacidad de la rueda para girar puede corregir la dirección y puede continuar viajando en la dirección deseada. Pero a altas velocidades, esto puede ser peligroso ya que la rueda puede no ser capaz de girar lo suficientemente rápido y el vehículo puede dar bandazos en cualquier dirección.
Los diseñadores de sillas de ruedas eléctricas y de competición se preocupan mucho por el movimiento de la rueda, ya que la silla debe ser segura para los usuarios. Aumentar la distancia de arrastre puede aumentar la estabilidad a velocidades más altas para las carreras de sillas de ruedas, pero puede generar movimiento de la rueda a velocidades más bajas para el uso diario. Desafortunadamente, cuanto más recorrido tenga la rueda, más espacio necesitará para girar. Por lo tanto, para dar cabida a este espacio de giro adicional, puede ser necesario alargar el armazón o extender los reposapiés. Esto tiende a hacer que la silla sea más incómoda.
El movimiento de las ruedas se puede controlar añadiendo amortiguadores o aumentando la fricción de las juntas giratorias. [3] Esto se puede lograr añadiendo arandelas a la junta giratoria. La fricción aumenta a medida que aumenta el peso en la parte delantera de la silla. Cada vez que la rueda comienza a moverse, reduce la velocidad de la silla y desplaza el peso hacia las ruedas delanteras. Existen varios kits antivibración en línea para adaptar las ruedas de las sillas de ruedas de esta manera. Otros métodos para reducir el movimiento de las ruedas incluyen aumentar el avance de la rueda giratoria, usar grasa más espesa, reducir la masa de la rueda o aumentar la fricción con el suelo cambiando los materiales. [4]
Las ruedas también se detienen por completo mediante el uso de copas para ruedas.
Las ruedas ergonómicas están diseñadas teniendo en cuenta el entorno operativo y la tarea a realizar, de modo que se minimicen los efectos nocivos para el operador. Las acciones repetitivas a largo plazo que implican resistencia a las ruedas pueden contribuir a las lesiones por esfuerzo. Las especificaciones inadecuadas también pueden contribuir a reducir la vida útil de las ruedas.
Muchos parámetros influyen en el rendimiento de la rueda. Parámetros como la dureza del neumático, el ancho y la forma de la banda de rodadura, la longitud del avance posterior (el "avance") y el diámetro de la rueda afectan al esfuerzo necesario para poner en movimiento la plataforma. Las ruedas más duras harán que la rueda ruede con más facilidad, ya que reducen la resistencia a la deformación. Un neumático menos inflado ofrece más resistencia a la deformación y, por lo tanto, se requiere más esfuerzo para mover la plataforma acoplada. El esfuerzo de giro se ve afectado por la cantidad de avance y por el diámetro de la rueda. [5]
Las mejoras en el diseño tradicional de las ruedas incluyen protectores de dedos, limpiaparabrisas, patas reforzadas, tubos de dirección, bloqueos giratorios y frenos, todos implementados en un esfuerzo por reducir las lesiones de los operadores en el lugar de trabajo. [6]
El diámetro de una rueda giratoria afecta la facilidad con la que la rueda se mueve sobre superficies irregulares, ásperas o con partículas. Las ruedas giratorias de gran diámetro pueden cubrir espacios como el que hay entre el suelo y la cabina de un ascensor. Sin embargo, cuanto mayor sea el diámetro de una rueda giratoria, más alto debe estar el brazo de soporte de la rueda. La base de un objeto que cuelga a baja altura debe elevarse por encima de las ruedas, o las ruedas deben colgar hacia los lados, a horcajadas sobre el objeto que cuelga a baja altura. Mientras giran alrededor del eje vertical, las ruedas giratorias barren un espacio. Las ruedas más grandes requieren más de este espacio.
La capacidad de carga se puede aumentar utilizando ruedas más anchas con mayor área de contacto con el suelo. Sin embargo, al girar una rueda giratoria ancha en su lugar, la parte central de la zona de contacto entre la rueda y el suelo gira más lentamente que las regiones más alejadas hacia los lados. Esta diferencia en la velocidad de rotación en la base de la zona de contacto entre la rueda y el suelo hace que las ruedas anchas resistan la rotación alrededor de la rueda giratoria, y esta resistencia aumenta a medida que aumenta la carga de peso.
Una forma alternativa de aumentar la capacidad de carga y limitar la resistencia a la rotación del pivote es utilizar varias ruedas estrechas en tándem en el mismo eje de rueda. Cada rueda tiene una superficie de contacto con el suelo comparativamente más estrecha que una sola rueda ancha, por lo que hay menos resistencia al giro en el pivote.
Hay cuatro clasificaciones principales de ruedas: