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En este tema veremos:
Repaso conocimientos previos.
Conceptos: máquina, ventaja mecánica, máquinas simples, mecanismos, transmisión y transformación del movimiento.
Plano inclinado
Palanca
Poleas
Poleas con correa
Ruedas de fricción
Mecanismos de transmisión del movimiento
Trenes de poleas
Engranajes
Engranajes con cadena
Trenes de engranajes
Tornillo sinfín-corona
Mecanismos de transformación del movimiento
Piñón cremallera
Torno-manivela
Biela-manivela
Tornillo-tuerca
Cigüeñal
Leva-seguidor
Excéntrica
CONOCIMIENTOS PREVIOS
CONOCIMIENTOS PREVIOS
BLOQUE A: MECANISMOS DE TRANSMISIÓN DEL MOVIMIENTO
BLOQUE A: MECANISMOS DE TRANSMISIÓN DEL MOVIMIENTO
Trenes de poleas
Trenes de poleas
Los trenes de poleas se emplean cuando es necesario transmitir un movimiento giratorio entre dos ejes con una gran reducción o aumento de la velocidad de giro sin tener que recurrir a diámetros de las poleas excesivamente grandes o pequeños.
Los trenes de poleas se construyen sobre un soporte en el que se instalan varias poleas dobles con sus respectivos ejes y una correa por cada dos poleas.
El sistema se monta en cadena de tal forma que en cada polea doble una hace de conducida de la anterior y de conductora de la siguiente.
Algunas aplicaciones de estos mecanismos son: lavadoras, ventiladores, lavaplatos, pulidoras, videos, cortadoras de carne, taladros, generadores de electricidad, cortadoras de césped, transmisión en motores, etc.
Al tratarse, en definitiva, de un sistema de poleas con correa, estamos hablando de un mecanismo de transmisión de movimiento circular.
Actividad
Actividad
Dado el siugiente tren de poleas, calcula:
a) i1-2, i3-4, i1-4
b) N2, N3 y N4
c) ¿El sistema es reductor o amplificador?
d) ¿Qué harías para cambiar el sentido de giro de la salida?
Datos: D1=24cm; D2=16cm; D3=32cm; D4=16cm. N1=1000rpm
Engranajes
Engranajes
El sistema de engranajes es similar al de ruedas de fricción y, al igual que estas, se trata de un mecanismo de transmisión del movimiento. La diferencia estriba en que la transmisión simple de engranajes consta de una rueda motriz con dientes en su periferia exterior, que engrana sobre otra similar, lo que evita el deslizamiento entre las ruedas. Al engranaje de mayor tamaño se le denomina rueda y al de menor piñón.
Los engranajes son mecanismos que utilizamos cuando hay que transmitir mucha potencia desde el eje conductor al conducido (cajas de cambios, grúas, elevadores…) o cuando necesitamos mucha precisión (relojes). En estos casos, estos sistemas resultan mucho más eficaces que los sistemas con ruedas (poleas o ruedas de fricción), ya que se evita, como ya hemos comentado, que las ruedas “patinen” entre ellas o con las correas. Otra ventaja que ofrecen frente a las ruedas es que necesitan menos mantenimiento para un uso prolongado. Por el contrario, como inconveniente, presenta que es más caro y más ruidoso.
Este sistema de transmisión (como el de ruedas de fricción) invierte el sentido de giro de dos ejes contiguos, cosa que podemos solucionar fácilmente introduciendo una rueda loca o engranaje loco que gira en un eje intermedio.
Para el cálculo de la relación de transmisión entre engranajes se tiene en cuenta el número de dientes de cada rueda en vez de su diámetro (igual que en la transmisión cadena-piñón) cumpliéndose:
Actividad
Actividad
Calcula la velocidad de rotación del engranaje conducido en el siguiente sistema de engranajes:
Datos:
Z1= 15 dientes
Z2= 30 dientes
N1= 10 rpm
Solución:
N2= 5 rpm
Engranajes con cadena o sistema cadena-piñón
Engranajes con cadena o sistema cadena-piñón
Este sistema consta de una cadena sin fin (cerrada) cuyos eslabones engranan con ruedas dentadas (piñones) que están unidas a los ejes de los mecanismos conductor y conducido.
Transmite un movimiento giratorio entre ejes paralelos, pudiendo modificar la velocidad, pero no el sentido de giro.
Respecto al cálculo de la relación de transmisión o de velocidad no hay ninguna novedad respecto a los casos anteriores:
Actividad
Actividad
En el siguiente dibujo se muestra el sistema de funcionamiento de una bicicleta. Teniendo en cuenta que el plato (engranaje motriz) tiene 50 dientes y que pedaleamos a 50 rpm, que el piñón que mueve la rueda tiene 20 dientes y que el diámetro de la rueda es de 60 cm, calcula:
a) ¿A qué velocidad gira la rueda?
b) ¿Qué distancia recorre la rueda en 6 minutos?
Recuerda: Perímetro = π x Ф
c) ¿Cuál es la velocidad de la bicicleta en la carretera
expresada en Km/h?
d) ¿Cuánto tiempo tardará el ciclista en llegar de Potes a Fuente De (distancia de 22 km)?
Trenes de engranajes
Trenes de engranajes
Con engranajes también se pueden conseguir disminuciones o aumentos significativos de la velocidad de giro de los ejes sin más que montar un tren de engranajes. En el dibujo siguiente puede verse que las velocidades de giro de los ejes (N1, N2, N3 y N4) se van reduciendo a medida que se engrana una rueda de menor número de dientes a una de mayor número.
Hay que recordar que, al igual que en los trenes de poleas, las ruedas B y C tienen que girar solidarias entre sí (conectadas al mismo eje), y lo mismo sucede con D y E. En este caso la relación de transmisión se calcula multiplicando entre sí las diferentes relaciones que la forman:
Actividad
Actividad
Dado el tren de engranajes de la figura, calcula:
a) Si el eje motriz gira a 1000 rpm,
¿a qué velocidad gira el eje de
salida?
b) ¿Cuántas vueltas da el eje C
por cada 100 vueltas del eje A?
Solución: a) 124,14 rpm. b) 12,4 vueltas
Tornillo sinfín-corona
Tornillo sinfín-corona
Esta transmisión está formada por un tornillo y una rueda dentada llamada corona. Se emplea para transmitir movimiento circular entre dos ejes perpendiculares que se cruzan. La transmisión no es reversible, es decir, el tornillo siempre es el elemento conductor y la corona el conducido.
Se emplean en mecanismos que necesitan una reducción de velocidad grande ya que, por cada vuelta del tornillo, la corona avanza el número de entradas del tornillo sinfín, es decir, el número de dientes que están engranando entre el tornillo sinfín y la corona (suele ser de uno o dos dientes). Se usan en reductores de motores eléctricos, cuentakilómetros, manivelas para andamios, etc.
BLOQUE B: MECANISMOS DE TRANFORMACIÓN DEL MOVIMIENTO
BLOQUE B: MECANISMOS DE TRANFORMACIÓN DEL MOVIMIENTO
Piñón-cremallera
Piñón-cremallera
Compuesto por un piñón y una barra dentada (cremallera). Al girar el piñón hace que la cremallera se mueva en línea recta. El tipo de transformación del movimiento que se da es de circular a lineal.
Aunque el sistema es reversible, su utilidad práctica suele centrarse solamente en la conversión de giratorio en lineal, siendo muy apreciado para conseguir movimientos lineales de precisión (caso de microscopios u otros instrumentos ópticos como retroproyectores). Otras aplicaciones muy usuales son: movimiento de puertas automáticas de garaje, cerraduras...
Cabestrante (sistema torno-manivela)
Cabestrante (sistema torno-manivela)
Sistema básico formado por un torno (cilindro) sobre el que se encuentra enrollado un cable con un extremo libre; a estos operadores suelen añadirse una manivela solidaria con el torno y unos soportes.
El funcionamiento consiste en que, cuando giramos la manivela, gira con ella el cilindro, lo que hace que el cable se enrolle a su alrededor (o se desenrolle, según el sentido de giro del torno) y ello provoque el desplazamiento lineal de su extremo libre. El tipo de transformación del movimiento que se da es de circular a lineal (aunque técnicamente es posible a la inversa).
Algunos ejemplos de uso de la obtención de movimiento lineal a partir de circular serían: grúas (accionadas por un motor eléctrico en vez de manivela), barcos (para recoger las redes de pesca, izar o arriar velas, levar anclas...), pozos de agua (elevar el cubo desde el fondo), elevalunas de los automóviles...
Tampoco faltan ejemplos en los que la transformación se da a la inversa: peonzas (trompos), arranque de motores fueraborda, accionamiento de juguetes sonoros para bebés...
Biela-manivela
Biela-manivela
Es un mecanismo formado por dos barras articuladas, de forma que una gira y la otra se desplaza. La barra que gira se llama manivela y la otra biela. Este sistema transforma el movimiento circular en un movimiento alternativo o de vaivén.
El ejemplo actual más común se encuentra en el motor de combustión interna de un automóvil, en el cual el movimiento lineal del pistón producido por la explosión de la gasolina se trasmite a la biela y se convierte en movimiento circular en el cigüeñal. Otro ejemplo, más antiguo, es la locomotora a vapor.
Tornillo-tuerca
Tornillo-tuerca
El mecanismo tornillo-tuerca, conocido también como husillo-tuerca es un mecanismo de transformación de circular a lineal compuesto por una tuerca alojada en un eje roscado (tornillo).
Si el tornillo gira y se mantiene fija la tuerca, el tornillo avanza con movimiento rectilíneo dentro de ella. Por otra parte, si se hace girar la tuerca, manteniendo fijo el tornillo, aquella avanzará por fuera de ésta. Este mecanismo es muy común en nuestro entorno, pues lo podemos encontrar en infinidad de máquinas y artilugios.
Evidentemente, este mecanismo es irreversible, es decir, no se puede convertir el movimiento lineal de ninguno de los elementos en circular.
El avance depende de dos factores:
La velocidad de giro del elemento motriz.
El paso de la rosca del tornillo, es decir, la distancia que existe entre dos crestas de la rosca del tornillo. Cuando mayor sea el paso, mayor será la velocidad de avance.
Algunos instrumentos que trabajan con este mecanismo son: la bigotera, el sargento, el gato mecánico, el grifo de rosca…
Cigüeñal
Cigüeñal
El cigüeñal es un conjunto de manivelas que están dispuestas sobre un mismo eje. Al igual que en el mecanismo biela manivela, al girar el eje con las manivelas, las bielas realizan un movimiento alternativo guiadas por unas guías. Este es el caso de los pistones de los motores de combustión
Leva-seguidor
Leva-seguidor
Una leva es una rueda unida a un eje que tiene salientes o entrantes (deformaciones) que, al girar, comunican su movimiento a un seguidor o empujador, al cual transmiten el movimiento alternativo. La forma de la leva es la que determina el movimiento del seguidor.
Se utiliza en los motores de combustión para controlar las válvulas, en los programadores de las lavadoras, en las cajas de música, etc.
Excéntrica
Excéntrica
La excéntrica es una variación del mecanismo anterior. Consiste en una rueda que gira sobre su eje, pero no pasa por su centro. Transmite el movimiento de la misma forma que la leva a un seguidor. Es, por tanto, un mecanismo de transformación de circular a alternativo.
Se utiliza en cerraduras, carretes de pescar, juguetes, apertura y cierre de válvulas, etc
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