ELEMENTOS DE MÁQUINAS TRANSMISIÓN DE MOVIMIENTO EXPOSICIÓN A
NOELIA ARENAS SÁNCHEZ TECNOLOGÍA INDUSTRIAL 1º BCT
1.- INTRODUCCIÓN 2.- MECANISMOS QUE TRANSFORMAN MOVIMIENTOS RECTILÍNEOS EN MOVIMIENTOS RECTILÍNEOS 2.1.- LA PALANCA 2.1.1.- GRADOS DE LAS PALANCAS
2.2.- LA POLEA 3.- MECANISMOS QUE TRANSFORMAN MOVIMIENTOS DE ROTACIÓN EN OTRA ROTACIÓN 3.1.- TRANSMISIÓN POR FRICCIÓN 3.2.- TRANSMISIÓN POR POLEA O CORREA 3.3.- TRANSMISIÓN POR CADENA O FLEXIBLE 3.4.- TRANSMISIÓN POR ENGRANAJES 3.4.1.- TIPOS DE ENGRANAJES
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1.- INTRODUCCIÓN Las primeras máquinas fueron objetos simples como cuchillos, lanzas, hachas, etc. Fueron realizadas por los primeros seres humanos para su supervivencia. Después del año 3.500 AC se construyeron máquinas más complejas: la cuña, el plano inclinado, el tornillo, la rueda y la palanca. Un ejemplo de máquina antigua es la primera máquina de calcular, que fue inventada en Asia hace 5000 años por los chinos, este invento fue el ábaco y fue la primera máquina de calcular.
Desde entonces las máquinas han evolucionado hasta las más complejas que conocemos en nuestro tiempo. Para comenzar, una máquina es un conjunto de elementos móviles y fijos cuyo funcionamiento posibilita aprovechar, dirigir, regular o transformar energía o realizar un trabajo con un fin determinado, al conjunto de máquinas que se aplican para un mismo fin y al mecanismo que da movimiento a un dispositivo. Un mecanismo es un conjunto de elementos, conectados entre sí por medio de articulaciones móviles y cuya misión es transformar una velocidad en otra velocidad, transformar una fuerza en otra fuerza, transformar una trayectoria en otra diferente o transformar un tipo de energía en otro tipo distinto. En resumen, una máquina es un conjunto de mecanismos combinados que producen un efecto determinado. Se utilizan para transformar o compensar una fuerza resistente o levantar un peso con más facilidad. Según su complejidad, las máquinas se clasifican en dos grupos:
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Máquinas simples: son máquinas
sencillas, con dos elementos de enlace que
realizan su trabajo en un solo paso. Realizan el trabajo de entrada por la aplicación de una fuerza única. Ejemplos: la palanca, el plano inclinado, las rampas, la rueda, la cuña, el tornillo, etc.
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Máquinas compuestas: son máquinas que están formadas por dos o más maquinas
simples. Necesitan de alguna fuente de energía para funcionar. Ejemplos: las impresoras de ordenador, las bicicletas, las lavadoras, los vídeos, etc.
2.- MECANISMOS QUE TRANSFORMAN MOVIMIENTOS RECTILÍNEOS EN MOVIMIENTOS RECTILÍNEOS La aplicación fundamental de estos mecanismos reside en la transformación de fuerzas, de manera que la fuerza necesaria para realizar una determinada acción sea menor que la sería precisa si no se utilizase el mecanismo. Destacan la palanca y la polea.
2.1.- LA PALANCA La palanca es una máquina simple que transmite una fuerza y un desplazamiento. Consiste en una barra rígida que se articula en el denominado punto de apoyo o fulcro que hace posible que la barra gire.
LEY DE LA PALANCA Cuando la palanca está en equilibrio, se cumple que:
La potencia por su brazo es igual a la resistencia por el suyo F· Bf = R· Br
• Se denomina Resistencia (R) a la fuerza que se debe vencer con la palanca. • La Potencia (F) es la fuerza motriz que se aplica. • El Brazo de Potencia (Bf) es la distancia entre el punto de aplicación de la fuerza de potencia y el punto de apoyo o fulcro.
• El Brazo de Resistencia (Br) es la distancia entre la fuerza de resistencia y el punto de apoyo o fulcro. Ocurriendo que si aumentamos la longitud del brazo de la potencia, la potencia que debemos aplicar para vencer una resistencia será menor (el esfuerzo no será tan grande). Lo mismo sucede si disminuimos la longitud del brazo de la resistencia.
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TEN ENCUENTA QUE: se cataloga a la palanca dentro de los mecanismos que transforman movimientos rectilíneos en otros también rectilíneos (transmisión lineal), aunque en realidad los movimientos de las palancas son curvilíneos. Esto se hace así porque en general el ángulo girado por la palanca es pequeño y en estos casos se puede considerar que el desplazamiento es aproximadamente rectilíneo.
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2.1.1.- TIPOS DE LAS PALANCAS • PALANCAS DE PRIMER GRADO Son aquellas que tienen el punto de apoyo situado entre la potencia y la resistencia. El efecto de la fuerza puede verse aumentado o disminuido.
Ejemplos: un balancín, unas tijeras, unas tenazas, una pinza de tender la ropa, etc.
• PALANCAS DE SEGUNDO GRADO Son aquellas que tienen el punto de apoyo situado en un extremo, y la potencia en el otro; la resistencia por tanto se encuentra entre el fulcro y la potencia. Estas palancas tienen ventaja mecánica puesto que aplicando una pequeña fuerza se mueve una gran resistencia (incrementa la fuerza aplicada).
Ejemplos: cascanueces, abrebotellas, carretilla, etc.
• PALANCAS DE TERCER GRADO Son aquellas que tienen el punto de apoyo situado en un extremo, y la resistencia en el otro; la potencia, por tanto se encuentra entre el fulcro y la resistencia. Se caracteriza en que la fuerza aplicada es mayor que la resultante (disminuye la fuerza aplicada).
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Ejemplos: pinzas, caña de pescar, etc.
2.2.- LA POLEA Una polea es una máquina simple que sirve para transmitir una fuerza. Se trata de una rueda acanalada con el curso de una rueda o cable que se hace pasar por el canal. Se usa como elemento de transmisión para cambiar la dirección del movimiento del movimiento en máquinas y mecanismos.
• POLEA SIMPLE FIJA Una polea simple fija no proporciona ninguna ventaja mecánica, solo cambia la dirección o el sentido de la fuerza aplicada a través de la cuerda, por lo que la fuerza que hay que aplicar es la misma que la resistencia.
La fuerza es igual a la resistencia F=R
• POLEA SIMPLE MÓVIL La polea simple móvil es un dispositivo que consta de dos poleas: una fija, sujeta a un soporte; y otra móvil, conectada a la primera por medio de una cuerda y un gancho.
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Esta, a diferencia con la fija, si proporciona una ventaja mecánica, ya que se ha reducido el esfuerzo a la mitad, lo que significa que el valor de la fuerza que se tiene que hacer para levantar un peso es la mitad que el valor de dicho peso.
La fuerza es igual a la resistencia
F=
R 2
• POLIPASTOS Se denominan polipastos al conjunto de varias poleas (fijas y móviles) accionadas por una sola cuerda con el fin de disminuir el esfuerzo que se ha de realizar para moverlo. El esfuerzo que tenemos que hacer para levantar una carga vendrá dado por la siguiente expresión: La fuerza es igual a la resistencia
F=
R n 2
Sabiendo que F es la fuerza que se debe realizar, R la resistencia y N el número de poleas.
3.- MECANISMOS QUE TRANSFORMAN MOVIMIENTOS DE ROTACIÓN EN OTRA ROTACIÓN Lo primero que se debe saber es a qué es la transmisión mecánica. Se denomina transmisión mecánica a un mecanismo encargado de transmitir potencia entre dos o más elementos dentro de una máquina. Hay varios tipos de transmisión mecánica, entre los que destacan:
3.1.- TRANSMISIÓN POR FRICCIÓN Las ruedas de fricción son elementos de máquinas que permiten transmitir el movimiento circular de forma continua entre dos o más ruedas por contacto directo de sus superficies.
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El contacto entre las ruedas produce una fuerza de rozamiento cuyo valor depende de la presión que ejerce una rueda contra la otra y del material del que están recubiertas las superficies de fricción. Según su forma y su posición relativa podemos distinguir:
a) Ruedas de fricción exteriores. Tienen forma cilíndrica. En ellas, el contacto se produce entre sus superficies exteriores. Estas ruedas giran en sentido inverso una de la otra.
b) Ruedas de fricción interiores. También de forma cilíndrica, el contacto se produce entre la superficie interior de la rueda mayor y la exterior de la rueda menor. Ambas giran en el mismo sentido.
c) Ruedas de fricción troncocónicas. Tienen forma de tronco de cono y el contacto se produce entre sus superficies laterales. Se utilizan los ejes de las ruedas no son paralelos. Como en las exteriores, también se produce inversión de giro. Suponiendo que no existe deslizamiento, la velocidad tangencial de ambas ruedas ha de ser la misma. En consecuencia, la relación de transmisión se determina, como en el caso de las poleas, a partir de los diámetros de las ruedas.
i=
n1 D 2 = n 2 D1
Donde: i: es la relación de transmisión n1: es la velocidad de la rueda motriz n2: es la velocidad de la rueda conducida D1: el diámetro de la rueda motriz D2: el diámetro de la rueda conducida
3.2.- TRANSMISIÓN POR CORREA Este tipo de transmisión está basado en la polea. Se utiliza cuando la distancia entre los dos ejes de rotación es grande. Consiste en dos poleas que están unidas por una misma correa o por un mismo cable. Su objetivo es transmitir el movimiento del eje de una de las poleas al de la otra.
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Al igual que en el caso de las ruedas de fricción, el número de revoluciones (o vueltas) de cada eje vendrá dado por el tamaño de las poleas, de modo que, la polea mayor girará a una velocidad más baja que la polea menor. Basándonos en esta idea, podemos encontrar dos casos básicos:
• Sistema de poleas reductor de velocidad. La polea de salida (conducida) gira a menor velocidad que la polea de entrada (motriz). La de entrada es más pequeña que la de salida.
• Sistema de poleas multiplicador de velocidad. La polea de salida gira a mayor velocidad que la polea de entrada. La de entrada es más grande que la de salida. La relación de transmisión entre poleas se define así:
i=
n1 D 2 = n 2 D1
ambas Donde: i: es la relación de transmisión n1: es la velocidad de la polea motriz en rpm n2: es la velocidad de la polea conducida en rpm D1: el diámetro de la polea motriz D2: el diámetro de la polea conducida
3.3.- TRANSMISIÓN POR CADENA O FLEXIBLE Cuando se necesita transmitir movimientos sin deslizamiento, se recurre a la transmisión flexible. Los tipos más utilizados son: • Cadenas de rodillos. Está formada por rodillos rotativos metálicos unidos mediante eslabones. Los rodillos se insertan en el interior de los huecos de los dientes de las ruedas dentadas. Pueden ser de una hilera, de dos o de tres.
• Correa dentada. Consiste en una correa de neopreno con dientes en su parte interior, que engranan en los huecos de las ruedas dentadas. Son muy silenciosas y no necesitan lubricación, pero se desgastan antes que las cadenas metálicas.
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3.4.- TRANSMISIÓN POR ENGRANAJES Cuando debe de transmitirse una gran potencia, suele utilizarse el accionamiento por engranajes, ya que evita el peligro de deslizamiento que puede darse en el accionamiento mediante correas o ruedas de fricción. Su empleo requiere la utilización de ruedas dentadas que pueden ser de dientes rectos o helicoidales:
• En las ruedas de dientes rectos, estos son paralelos al eje de giro de la rueda. • En las ruedas de dientes helicoidales, estos están inclinados respecto al eje de giro de la rueda.
Los dientes de las ruedas dentadas presentan un perfil curvo característico, denominado perfil de evolvente. Con él se garantiza que la fuerza de empuje lleva siempre la misma dirección y la relación de transmisión permanece invariable. Para caracterizar una rueda dentada de dientes rectos es necesario definir una serie de parámetros básicos:
• Diámetro primitivo (dp): es el correspondiente a la denominada circunferencia primitiva. Dicha circunferencia es la que tendría una rueda de fricción con la misma relación de transmisión. Por eso, cuando dos ruedas dentadas engranan, sus circunferencias primitivas son tangentes entre sí.
• Diámetro exterior (de): es el correspondiente a la circunferencia que limita exteriormente los dientes. Es igual al diámetro primitivo más dos veces el módulo.
d e =d p + 2m
• Diámetro interior (di): es el que corresponde a la circunferencia que limita interiormente los dientes.
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Es igual al diámetro primitivo menos 2’50 veces el módulo, para garantizar que exista una pequeña holgura entre el diente y el vano.
'
d i =d p−2 50m
• Módulo (m): es el cociente entre el diámetro primitivo dp y el número de dientes z que posee la rueda. Esta magnitud se mide en mm, normalmente.
m=
dp z
• Paso circular (p): es el arco de la circunferencia primitiva limitado entre dos flancos homólogos de dos dientes consecutivos. Por lo tanto, el paso se puede obtener dividiendo la longitud de la circunferencia primitiva Lp entre el número de dientes z.
p=
Lp z
La relación entre el módulo m y el paso p de una rueda dentada entonces vendrá dada por la expresión:
p=
Lp π ∙d p = =π ∙ m z z
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Con todo esto, ahora podemos dar la definición de engranaje correctamente. Un engranaje es el conjunto formado por dos ruedas dentadas que se adaptan perfectamente entre sí y que son capaces de transmitir el movimiento.
La transmisión mediante engranajes puede realizarse entre ejes paralelos, entre ejes que se cortan y entre ejes que se cruzan.
• Para la transmisión entre ejes paralelos se utilizan engranajes cilíndricos, que pueden ser exteriores, interiores o de cremallera. Los dientes de estos engranajes son rectos o helicoidales.
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• Para la transmisión entre ejes que se cortan se utilizan engranajes cónicos. Los ejes de estos engranajes forman generalmente un ángulo de 90º, aunque pueden formar cualquier ángulo comprendido entre 0º y 180º. Sus dientes son iguales a los de los cilíndricos.
• Para la transmisión entre ejes que se cruzan se utilizan engranajes hiperbólicos o cilíndricos helicoidales.
Si las velocidades de ambos árboles son muy diferentes, se utiliza el mecanismo tornillo sin fin-corona. En este caso, el tornillo se encuentra siempre en el árbol motor y la corona, en el árbol resistente.
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