Tipos y Clasificación de los Mecanismos
Julián Martínez Picazo Germán Valera Manzanares
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INDICE 1. Introducción. 2. Mecanismos que transforman movimientos rectilíneos en movimientos rectilíneos. - Palanca. - Polea. - Polipasto. 3. Mecanismos que transforman movimientos de rotación en otra rotación. - Transmisión por fricción. - Transmisión por polea. - Transmisión por correa. - Transmisión por engranajes. Tipos de engranajes.
4. Ejercicios.
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1. Introducción Para empezar este tema primero tenemos que saber que es una máquina. Una máquina es un conjunto de piezas cuyo funcionamiento posibilita aprovechar energía o realizar un trabajo con un fin determinado. Ahora que sabemos que es una máquina debemos saber lo que es un mecanismo. Se llama mecanismo a la máquina simple que a través de sólidos resistentes, elementos elásticos, etc. móviles unos respecto de otros, unidos entre sí mediante diferentes tipos de uniones tiene como objetivo la transmisión de la Energía mecánica. Las maquinas han estado ahí toda la vida y se remontan a los comienzos de la especie humana. De ahí en concepto homo faber “hombre que hace o fabrica” puesto que las primeras máquinas fueron objetos tan simples como chuchillos, lanzas hachas, etc. Productos que le servían para sobrevivir. A partir del año 3.500 AC se comenzaron a construir máquinas más complejas “Las cinco máquinas simples” La cuña, el plano inclinado, el tornillo, la rueda y la palanca. A partir de ahí las máquinas han evolucionado y sofisticando más y más hasta nuestros días.
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A partir del movimiento creado por un motor debemos ajustarlo según vallamos a necesitar dicho movimiento (tipo de movimiento, fuerza, dirección…) para conseguir este movimiento final existen los siguientes operadores mecánicos:
2. Mecanismos que transforman movimientos rectilíneos en movimientos rectilíneos 2.1. Palancas La palanca es una máquina simple que tiene como función transmitir una fuerza y un desplazamiento. Está compuesta por una barra rígida que puede girar libremente alrededor de un punto de apoyo llamado fulcro. Sobre la barra rígida que constituye una palanca actúan tres fuerzas:
La potencia; P: Es la fuerza que aplicamos voluntariamente con el fin de obtener un resultado La resistencia; R: Es la fuerza que vencemos, ejercida sobre la palanca por el cuerpo a mover. La fuerza de apoyo: Es la ejercida por el fulcro sobre la palanca. Brazo de potencia; Bp: La distancia entre el punto de aplicación de la fuerza de potencia y el punto de apoyo. Brazo de resistencia; Br: Distancia entre la fuerza de resistencia y el punto de apoyo.
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En la palanca tenemos una resistencia y un punto de aplicación de la fuerza. Para conseguir una palanca en equilibrio de aplica la Ley de Palanca. Ley de palanca:
2.1.1. Tipos de Palancas Palanca de primer grado El punto de apoyo está entre la resistencia y la fuerza, dependiendo de la longitud de los brazos la fuerza será mayor o menor.
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Palanca de segundo grado La resistencia está entre el fulcro y la fuerza. Estas palancas tiene ventaja mecánica puesto que aplicando un pequeña fuerza se mueve una gran resistencia.
Palanca de tercer grado En la palanca de tercer grado, la potencia se encuentra entre la resistencia y el fulcro. Se caracteriza en que la fuerza aplicada es mayor que la resultante.
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2.2. Poleas Una polea, es una máquina simple que sirve para transmitir una fuerza. Se trata de una rueda, generalmente maciza y acanalada en su borde, que, con el curso de una cuerda o cable que se hace pasar por el canal ("garganta"), se usa como elemento de transmisión para cambiar la dirección del movimiento en máquinas y mecanismos.
Polea simple fija La manera más sencilla de utilizar una polea es colgar un peso en un extremo de la cuerda, y tirar del otro extremo para levantar el peso. Una polea simple fija no produce una ventaja mecánica: la fuerza que debe aplicarse es la misma que se habría requerido para levantar el objeto sin la polea. La función de la polea en cambiar la dirección con la que se hace la fuerza.
Fórmula : F = R Tecnología 2011- 2012
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Polea simple móvil Una forma alternativa de utilizar la polea es fijarla a la carga un extremo de la cuerda al soporte, y tirar del otro extremo para levantar a la polea y la carga. La polea simple móvil produce una ventaja mecánica: la fuerza necesaria para levantar la carga es justamente la mitad de la fuerza que habría sido requerida para levantar la carga sin la polea. Por el contrario, la longitud de la cuerda de la que debe tirarse es el doble de la distancia que se desea hacer subir a la carga.
Fórmula: F = R/2
Polipastos Los polipastos son conjuntos de poleas que se utilizan para elevar grandes pesos ejerciendo poca fuerza. Están compuestos de una pole a fija y otra móvil que giran al estirar de la cuerda. Para calcular la fuerza se debe dividir la resistencia entre el número de poleas.
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3. Mecanismos que transforman movimientos de rotación en de movimientos rotación Para hablar sobre elemento que transforman movimientos de rotación en movimientos de rotación primero tenemos que saber lo que es una transmisión mecánica. Se denomina transmisión mecánica a un mecanismo encargado de transmitir potencia entre dos o más elementos dentro de una máquina.
3.1. Ruedas de Fricción Este sistema consiste en dos ruedas solidarias con sus ejes, cuyos perímetros se encuentran en contacto directo. El movimiento se transmite de una rueda a otra mediante fricción (rozamiento). Necesitan mínimo 4 operadores: Eje conductor: que tiene el giro que queremos transmitir. Normalmente estará unido a un motor. Rueda conductora: solidaria con el eje conductor, recoge el giro de este y lo transmite por fricción (rozamiento) a la rueda conducida Rueda conducida: recoge el giro de la rueda conductora mediante fricción entre ambas. Eje conducido: recibe el giro de la rueda conducida y lo transmite al receptor.
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Relación de transmisión En las transmisiones por rotación en número de veces que una rueda gira más rápido y con menos fuerza que la otra es llamado relación de transmisión (RT/i). En el caso de las ruedas de fricción se cumple: RT = N/n o RT = d2/d1
Ruedas de fricción tronconicas Ruedas de fricción troncocónicas: Tienen forma de tronco de cono y el contacto se produce entre sus superficies laterales. Se utilizan cuando los árboles de transmisión no son paralelos. Como ejemplo se usa en los taladros para cambiar la broca.
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3.2. Poleas y Correas Se conoce como correa de transmisión a un tipo de transmisión mecánica basado en la unión de dos o más ruedas, sujetas a un movimiento de rotación, por medio de una cinta o correa continua, la cual abraza a las ruedas ejerciendo una fuerza de fricción. Existen varios tipos de correas ya que para transmitir grandes fuerzas la correa lisa no valdría y patinaría. La relación de transmisión de una correa consta de 2 ruedas una menor que otra, la correa debe estar tensada adecuadamente para transmitir la fuerza exactamente.
Tipos de correas
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Transmisión por cadena Su función es prácticamente igual que la transmisión por correa pero a diferencia de esta se compone por ruedas dentadas. Relación de Transmisión
3.3. Engranajes Se denomina engranaje o ruedas dentadas al mecanismo utilizado para transmitir potencia de un componente a otro dentro de una máquina. Los engranajes están formados por dos ruedas dentadas, de las cuales la mayor se denomina corona y la menor piñón. Un engranaje sirve para transmitir movimiento circular mediante contacto de ruedas dentadas. La gran ventaja de los engranajes frente a las correas y poleas es que no patinan, por lo cual se puede transmitir toda la fuerza del motor con exactitud.
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Transmisión entre ejes paralelos Se utiliza para la transmisión de movimiento entre ejes con poca separación siendo la forma de los piñones cilíndrica. Normalmente el tallado se realiza en la parte exterior de la rueda. Subtipos:
Dientes rectos Son los más sencillos de fabricar y se utilizan para trasmitir pequeñas fuerzas y a velocidades lentas, ya que son muy ruidosos. El diente engranado es aquel que sobre sale. Dichos engranajes se componen de: - Diente de un engranaje: son los que realizan el esfuerzo de empuje y transmiten la potencia desde los ejes motrices a los ejes conducidos. - Módulo: el módulo de un engranaje es una característica de magnitud que se define como la relación entre la medida del diámetro primitivo expresado en milímetros y el número de dientes. Dos engranajes que engranen tiene el mismo módulo. - Circunferencia primitiva: es la circunferencia a lo largo de la cual engranan los dientes. - Paso circular: es la longitud de la circunferencia primitiva correspondiente a un diente y un vano consecutivos. - Número de dientes: es el número de dientes que tiene el engranaje. Se simboliza como . Es fundamental para calcular la relación de transmisión. Tecnología 2011- 2012
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La relación cinemática entre dos ruedas dentadas con el mismo número de dientes Z1 y Z2 y velocidades de giro N1 y N2 así como su relación de transmisión, RT, se determina con las fórmulas:
De esta forma al igual que al sistema de transmisión por poleas o correa, según los tamaños del engranaje motriz y el conducido. Gracias a esta transmisión podemos conseguir una transmisión simple, un reductor o un multiplicador de vueltas. Esto se consigue gracias al tren de engranajes.
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La relación de transmisión de velocidad es:
Dientes helicoidales Los engranajes cilíndricos de dentado helicoidal están caracterizados por su dentado oblicuo con relación al eje de rotación. En estos engranajes el movimiento se transmite de modo igual que en los cilíndricos de dentado recto, pero con mayores ventajas (más agarre, menos ruido, más resistentes. Los ejes de los engranajes helicoidales pueden ser paralelos o cruzarse, generalmente a 90º. Para eliminar el empuje axial el dentado puede hacerse doble helicoidal.
Dientes helicoidales dobles El objetivo que consiguen es eliminar el empuje axial que tienen los engranajes helicoidales simples. Los dientes de los dos engranajes forman una especie de V. Fueron inventados por André Citroën fundador de la marca Citroën.
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Engranajes epicicloidales Se componen de una corona dentada interiormente, un piñón central y otros tres piñones los cuales engranan con el piñón central y corona, se denominan satélites. Estos satélites giran libres sobre los ejes que están unidos al porta satélites. La ventaja de este sistema es que se pueden acoplar dos ejes y hacer que giren uno independientemente del otro creando así un Diferencial.
Transmisión entre ejes perpendiculares que se cortan
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Ambos tipos tiene las superficies primitivas troncónicas. Esta transmisión permite transferir esfuerzos importantes pero, al mismo tiempo se generan importantes fuerzas axiales.
Transmisión entre ejes perpendiculares que se cortan
Tornillo sin fin Permite la transmisión entre ejes con un ángulo recto cada vez que el tornillo sin fin da una vuelta el engranaje avanza un diente dependiendo de los dientes del engranaje así será la velocidad de vueltas. Este mecanismo también actúa como un reductor de velocidad. L = n1 / n2 = e1 / z2
E: número de entradas Z número de dientes de la rueda N: número de vueltas
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