mecanismos

1

MÁQUINAS SIMPLES Y

MECANISMOS

2

INTRODUCCIÓN

Muchos objetos realizados por el ser humano que conocemos son estáticos, como los edificios o los puentes, pero hay otros que no lo son, a estos los llamamos objetos dinámicos, es decir que se mueven o se pueden mover. Estos objetos dinámicos son los que nos permiten por ejemplo moler el trigo, transportar mercancías, limpiar la ropa o marcar y medir el tiempo. Estos objetos están constituidos por las llamadas máquinas y mecanismos.

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DEFINICIONES

OPERADOR TECNOLÓGICO: Es un elemento formado por uno o

varios elementos o piezas capaz de realizar por si mismo una función determinada.

Ej. El termómetro, el tornillo, la polea, etc...

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DEFINICIONES

MAQUÍNA:Es un conjunto de piezas o elementos

móviles y fijos, agrupados en varios operadores tecnológicos, cuyo funcionamiento posibilita aprovechar, dirigir, regular o transformar energía o realizar un trabajo con un fin determinado.

Ej. Una bicicleta, un tren, un barco, un secador de pelo, etc…

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DEFINICIONES

MAQUÍNA SIMPLE:Es una máquina formado por un solo

operador tecnológico diseñado para realizar un trabajo determinado.

Ej. Una cuña, una palanca, una polea, etc…

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DEFINICIONESMECANISMOS:Son elementos destinados a transmitir y

transformar fuerzas y movimientos desde un elemento motriz, al que llamaremos motor, a un elemento receptor, al que se le llamará en algunas ocasiones conducido. Permitiendo al ser humano realizar determinados trabajos con mayor comodidad y menor esfuerzo.

Los mecanismos están compuestos de operadores tecnológicos y máquinas simples y a su vez forman parte de maquinas más complejas o de mayor tamaño.

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TIPOS DE MAQUÍNASSIMPLES

• PLANO INCLINADO• CUÑA• TORNILLO

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MAQUÍNAS SIMPLESPLANO INCLINADO

9

MAQUÍNAS SIMPLESPLANO INCLINADO

Es una superficie plana que forma un ángulo agudo con el suelo y se utiliza para elevar cuerpos a cierta altura. Tiene la ventaja de necesitarse una fuerza menor que la que se emplea si levantamos dicho cuerpo verticalmente, aunque a costa de aumentar la distancia recorrida y vencer la fuerza de rozamiento.

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MAQUÍNAS SIMPLES

CUÑA

11

MAQUÍNAS SIMPLES

CUÑAEs una máquina simple que consiste en una pieza

de madera o de metal terminada en ángulo diedro muy agudo.

Técnicamente es un doble plano inclinado portátil. Sirve para hender o dividir cuerpos sólidos, para ajustar o apretar uno con otro, para calzarlos o para llenar alguna raja o hueco. El funcionamiento de la cuña responde al mismo principio que el del plano inclinado. Al moverse en la dirección de su extremo afilado, la cuña genera grandes fuerzas en sentido perpendicular a la dirección del movimiento.

12

MAQUÍNAS SIMPLES

CUÑAEjemplos muy claros de cuñas son

hachas, cinceles y clavos aunque, en general, cualquier herramienta afilada, como el cuchillo o el filo de las tijeras, puede actuar como una cuña.

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MAQUÍNAS SIMPLES

CUÑA

14

MAQUÍNAS SIMPLES

TORNILLO

15

MAQUÍNAS SIMPLESTORNILLO

Se denomina a un elemento u operador mecánico cilíndrico dotado de cabeza, generalmente metálico, aunque pueden ser de madera o plástico, utilizado en la fijación de unas piezas con otras, que está dotado de una caña roscada con rosca triangular, que mediante una fuerza de torsión ejercida en su cabeza con una llave adecuada o con un destornillador. Se puede introducir en un agujero roscado a su medida o atravesar las piezas y acoplarse a una tuerca.

16

MAQUÍNAS SIMPLES

Partes de un tornillo:En él se distinguen tres partes básicas: cabeza, cuello y rosca.

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MAQUÍNAS SIMPLESLa cabeza permite sujetar el tornillo o imprimirle un

movimiento giratorio con la ayuda de útiles adecuados; el cuello es la parte del cilindro que ha quedado sin roscar (en algunos tornillos la parte del cuello que está más cercana a la cabeza puede tomar otras formas, siendo las más comunes la cuadrada y la nervada) y la rosca es la parte que tiene tallado el surco.

Además cada elemento de la rosca tiene su propio nombre; se denomina filete o hilo a la parte saliente del surco, fondo o raíz a la parte baja y cresta a la más saliente.

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MAQUÍNAS SIMPLES

El paso de rosca es la distancia que existe entre dos crestas consecutivas.

Si el tornillo es de rosca sencilla, se corresponde con lo que avanza sobre la tuerca por cada vuelta completa. Si es de rosca doble el avance será igual al doble del paso.

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CLASIFICACIÓN DE LOS MECANISMOS

Los mecanismos se pueden clasificar en seis grandes grupos:

Mecanismos de Transmisión del Movimiento.

Mecanismos de Transformación del Movimiento.

Mecanismos de Acoplamiento del Movimiento.

Mecanismos para Dirigir y Regular el Movimiento.

Mecanismos de Acumulación de Energía.

Soportes, Cojinetes y Rodamientos.

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Mecanismos de Transmisión

del Movimiento

Los mecanismos de transmisión del movimiento, son aquellos que transmiten a otro punto el movimiento generado por un elemento motriz o motor.

21

Mecanismos de Transmisión

del MovimientoLos mecanismos de transmisión del movimiento son

los siguientes:

– Palanca.– Polea Simple.– Transmisión por Ruedas de Fricción.– Transmisión por Poleas con Correa.– Transmisión por Ruedas de Dentadas o Engranajes.– Transmisión por Corona y Tornillo sin Fin.– Transmisión por Ruedas Dentadas con Cadena.– Transmisión por Ruedas Dentadas con Correa Dentada.– Transmisión Variador de Velocidad.– Transmisión por Trenes.

22

PALANCA

23

PALANCAEs un mecanismo de transmisión del movimiento.La palanca es una máquina simple que se emplea

en una gran variedad de aplicaciones. Está formada por una barra rígida que puede oscilar en torno a una pieza fija, que sirve de punto de apoyo, llamado fulcro. Cuando la fuerza se aplica en el extremo de la barra más alejado del punto de apoyo, la fuerza resultante en el extremo más próximo al punto de apoyo es mayor. También puede utilizarse para amplificar la fuerza mecánica que se aplica a un objeto, para incrementar su velocidad o la distancia recorrida, en respuesta a la aplicación de una fuerza.

24

PALANCA

25

PALANCASobre 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; ya sea manualmente o por medio de motores u otros mecanismos.

– La resistencia; R: es la fuerza que vencemos, ejercida sobre la palanca por el cuerpo a mover. Su valor será equivalente, por elprincipio de acción y reacción, a la fuerza transmitida por la palanca a dicho cuerpo.

– La fuerza de apoyo: es la ejercida por el fulcro sobre la palanca. Si no se considera el peso de la barra, será siempre igual y opuesta a la suma de las anteriores, de tal forma de mantener la palanca sin desplazarse del punto de apoyo, sobre el que rota libremente.

– 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.

26

PALANCA

27

PALANCALey de la palancaEn física, la ley que relaciona las fuerzas de una

palanca en equilibrio se expresa mediante la ecuación:

Ley de la palanca: Potencia por su brazo es igual a resistencia por el suyo.

Siendo P la potencia, R la resistencia, y Bp y Br las distancias medidas desde el fulcro hasta los puntos de aplicación de P y R respectivamente, llamadas brazo de potencia y brazo de resistencia.

BRBP RP×=×

28

PALANCA

Tipos de palancasLas palancas se dividen en tres géneros,

también llamados grados o clases, dependiendo de la posición relativa de los puntos de aplicación de la potencia y de la resistenciacon respecto al fulcro (punto de apoyo). El principio de la palanca es válido indistintamente del tipo que se trate, pero el efecto y la forma de uso de cada uno cambian considerablemente.

29

PALANCAPalanca de Primera clase.

En la palanca de primera clase, el fulcro se encuentra situado entre la potencia y la resistencia. Se caracteriza en que la potencia puede ser menor que la resistencia, aunque a costa de disminuir la velocidad transmitida y la distancia recorrida por la resistencia. Para que esto suceda, el brazo de potencia Bp ha de ser mayor que el brazo de resistencia Br.

Cuando lo que se requiere es ampliar la velocidad transmitida a un objeto, o la distancia recorrida por éste, se ha de situar el fulcro más próximo a la potencia, de manera que Bp sea menor que Br.

30

PALANCA

Ejemplos de este tipo de palanca son el balancín, las tijeras, las tenazas, los alicates o la catapulta (para ampliar la velocidad). En el cuerpo humano se encuentran varios ejemplos de palancas de primer género, como el conjunto tríceps braquial - codo -antebrazo.

31

PALANCA

32

PALANCAPalanca de Segunda

clase.En la palanca de segunda

clase, la resistencia se encuentra entre la potencia y el fulcro. Se caracteriza en que la potencia es siempre menor que la resistencia, aunque a costa de disminuir la velocidad transmitida y la distancia recorrida por la resistencia.

Ejemplos de este tipo de palanca son la carretilla, los remos y el cascanueces.

33

PALANCA

34

PALANCAPalanca de Tercera clase.En la palanca de tercera

clase, la potencia se encuentra entre la resistencia y el fulcro. Se caracteriza en que la fuerza aplicada es mayor que la resultante; y se utiliza cuando lo que se requiere es ampliar la velocidad transmitida a un objeto o la distancia recorrida por él.

Ejemplos de este tipo de palanca son el quita grapas la caña de pescar y la pinza de cejas; y en el cuerpo humano, el conjunto codo - bíceps braquial -antebrazo, y la articulación temporomandibular.

35

PALANCA

36

POLEA SIMPLE

37

POLEA SIMPLEEs un mecanismo de transmisión del movimiento.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.

La polea simple se emplea para elevar pesos, consta de una sola rueda con la que hacemos pasar una cuerda.

38

POLEA SIMPLE

Se emplea para cambiar el sentido de la fuerza haciendo más cómodo el levantamiento de la carga, entre otros motivos, porque nos ayudamos del peso del cuerpo para efectuar el esfuerzo, la fuerza que tenemos que hacer es la misma al peso a la que tenemos que levantar.

RF =

39

POLEA SIMPLE

Polea simple fijaLa 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 polea, sin embargo, permite aplicar la fuerza en una dirección más conveniente.

40

POLEA SIMPLE

Polea simple fija

41

POLEA SIMPLEPolea 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.

42

POLEA SIMPLE

• Polea simple móvil.

43

POLEA SIMPLEPolipastos o aparejos.

El polipasto es la configuración más común de polea compuesta. En un polipasto, las poleas se distribuyen en dos grupos, uno fijo y uno móvil. En cada grupo se instala un número arbitrario de poleas. La carga se une al grupo móvil.

nR

F×

=2

44

POLEA SIMPLEDonde n es el número de pares de poleas. Cada par

lo forma una polea simple fija y otra polea simple móvil.Se llama polipasto a una máquina que se utiliza

para levantar o mover una carga con una gran ventaja mecánica, porque se necesita aplicar una fuerza mucho menor al peso que hay que mover. Lleva dos o más poleas incorporadas para minimizar el esfuerzo.

Estos mecanismos se utilizan mucho en los talleres o industrias que cargan elementos y materiales muy pesados para hacer más rápida y fácil la elevación y colocación de estas piezas en las diferentes máquinas-herramientas que hay en los talleres o almacenes, así como cargarlas y descargarlas de los camiones que las transportan.

45

POLEA SIMPLE

Polipastos o aparejos.

46

TRANSMISIÓN POR RUEDAS DE FRICCIÓN

47


Es un mecanismo de transmisión del movimiento.Es un mecanismo de transmisión constituido por

dos o más ruedas, cada una de ellas gira solidariamente al eje al que están acopladas, que están en contacto a una cierta presión, de modo que, cuando una de ellas gira, la que está en contacto con esta gira también por efecto del rozamiento.

El sentido de giro de la rueda conducida es contrario al sentido de giro de la rueda motriz. Por tanto, si queremos mantener el sentido de giro del motor tendremos que emplear un número impar de ruedas de fricción.

48


Las ruedas de fricción pueden ser cilíndricas, cónicas o esféricas. Esto permite transmitir el movimiento no sólo entre ejes paralelos, sino también entre ejes que se cortan o se cruzan en el espacio.

El material empleado en las ruedas de fricción suele ser caucho o similar con coeficiente de fricción elevado.

Las ruedas de fricción tienen el gran inconveniente de no poder transmitir grandes potencias, ya que puede resbalar una sobre otra, con la consiguiente pérdida de velocidad. Otro de los inconvenientes del uso de las ruedas de fricción es su desgaste, debido a que funcionan por rozamiento y presión.

49


La relación de transmisión entre las velocidades de giro de las ruedas depende del tamaño relativo de dichas ruedas:

DNDN 2211×=×

�

NN

DD

1

2

2

1 =

50


Donde N1 y N2 indican las velocidades de giro de las ruedas motriz y conducida, respectivamente, se miden en vueltas o revoluciones por minuto (rpm), y D1 y D2 corresponden a los diámetros de las ruedas motriz y conducida, se mide en unidades de longitud que normalmente son mm.

Al cociente se llama relación de transmisión. D

D2

1

51

TRANSMISIÓN POR POLEAS CON CORREA

52


Es un mecanismo de transmisión del movimiento.El mecanismo está formado por dos ruedas simples

acanaladas, que giran solidariamente a cada eje al que están acopladas, de manera que se pueden conectar mediante una cinta o correa tensa. El dispositivo permite transmitir el movimiento entre ejes alejados y normalmente paralelos, de manera poco ruidosa. La correa, sin embargo, sufre un desgaste importante con el uso y puede llegar a romperse. Hay que tensar bien, mediante un carril o un rodillo tensor, para evitar deslizamientos y variaciones de la relación de transmisión.

El sentido de giro de la rueda conducida es el mismo sentido de giro de la rueda motriz.

53


Los tipos de correas que emplea en esta transmisión son:

54


La relación de transmisión entre las velocidades de giro de las poleas depende del tamaño relativo de dichas poleas:

DNDN 2211×=×

NN

DD

1

2

2

1 =

55


Donde N1 y N2 indican las velocidades de giro de las poleas motriz y conducida, respectivamente, se miden en vueltas o revoluciones por minuto (rpm), y D1 y D2 corresponden a los diámetros de las poleas motriz y conducida, se mide en unidades de longitud que normalmente son mm.

Al cociente se llama relación de transmisión. D

D2

1

56


Esta transmisión la podemos encontrar en lavadoras, ventiladores, lavaplatos, pulidoras, videos, multicultores, cortadores de carne, taladros, generadores de electricidad, cortadoras de cesped, transmisiones de motores, compresores, tornos... en forma de multiplicador de velocidad, caja de velocidades o tren de poleas.

57

TRANSMISIÓN POR RUEDAS DENTADAS O

ENGRANAJES

58


ENGRANAJESEs un mecanismo de transmisión constituido

por dos o más ruedas, cada una de ellas gira solidariamente al eje al que están acopladas, estas ruedas están dotadas de unos salientes, llamados dientes. Dichas ruedas están en contacto atreves de los dientes en los que se apoyan. Cuando una de las ruedas gira, sus dientes se apoyan en la otra arrastrándola y obligando a esta última a girar.

59


ENGRANAJESEs un mecanismo de

transmisión constituido por dos o más ruedas, cada una de ellas gira solidariamente al eje al que están acopladas, estas ruedas están dotadas de unos salientes, llamados dientes. Dichas ruedas están en contacto atreves de los dientes en los que se apoyan. Cuando una de las ruedas gira, sus dientes se apoyan en la otra arrastrándola y obligando a esta última a girar.

60


ENGRANAJESEl sentido de giro de la rueda conducida es contrario

al sentido de giro de la rueda motriz. Por tanto, si queremos mantener el sentido de giro del motor tendremos que emplear un número impar de ruedas dentadas.

Es un mecanismo de transmisión robusto, pero que sólo transmite movimiento entre ejes próximos. En algunos casos puede ser un sistema ruidoso, pero que es útil para transmitir potencias elevadas. Requiere lubricación para minimizar el rozamiento.

La rueda dentada de mayor tamaño y con mayor número de dientes se la llama corona, y a la rueda dentada de tamaño pequeño y con menor número de dientes se la llama piñón.

61


ENGRANAJESLa relación de transmisión entre las velocidades de

giro de las ruedas depende del número de dientes de dichas ruedas:

Donde N1 y N2 indican las velocidades de giro de las poleas motriz y conducida, respectivamente, se miden en vueltas o revoluciones por minuto (rpm), y Z1 y Z2 corresponden al número de dientes de las ruedas motriz y conducida.

Al cociente se llama relación de transmisión.

ZNZN 2211×=×

NN

ZZ

1

2

2

1 =

ZZ

2

1

62


ENGRANAJESTipos de engranajes:

Cilíndricos de dientes rectos.

63


ENGRANAJES

Cilíndricos de dientes helicoidales.

64


ENGRANAJES

• Doble helicoidales

65


ENGRANAJESEjes perpendiculares:Cónicos de dientes rectos

66


ENGRANAJES

Cónicos de dientes helicoidales.

67


ENGRANAJESHelicoidales cruzados.

68

TRANSMISIÓN POR CORONA Y TORNILLO

SIN FIN

69


SIN FINEs un mecanismo de transmisión constituido por un tornillo que

engrana a una rueda dentada llamada corona. La corona gira solidaria a su eje, que es perpendicular al eje del tornillo. Por cada vuelta del tornillo sin fin acoplado al eje motriz, la rueda gira un diente. Este sistema permite, por tanto, transmitir e movimientodesde el eje motriz, el que esta conectado el tornillo, al eje de la rueda dentada o corana, que es la rueda conducida. Además se consigue una gran reducción de velocidad.

Desde el punto de vista conceptual el sinfín es considerado una rueda dentada de un solo diente que ha sido tallado helicoidalmente (en forma de hélice). Este operador ha sido diseñado para la transmisión de movimientos giratorios, por lo que siempre trabaja unido a otro engranaje.

70


SIN FINLa relación de transmisión entre las

velocidades de giro del tornillo y la corona depende del número de dientes de dicha corona:

Donde NTornillo es la velocidad de giro del tornillo, NCorona es la velocidad de giro de la corona, y ZCorona es número de dientes de la corona.

ZNN CornaCoronaTornillo×=

71


SIN FIN

72

TRANSMISIÓN POR RUEDAS DENTADAS

CON CADENA

73


CON CADENAEl mecanismo está formado por dos ruedas dentadas, que

giran solidariamente a cada eje al que están acopladas, de manera que se pueden conectar mediante una cadena de eslabones articulados que engrana en dichas ruedas. El dispositivo permitetransmitir el movimiento entre ejes alejados y normalmente paralelos, de manera poco ruidosa. Este sistema permite transmitir grandes velocidades y potencias, por que no existe la posibilidad del deslizamiento ya que la cadena engrana con las ruedas.


Este sistema se emplea en las bicicletas, en los motores de gasolina y diesel de automóviles y camiones, y en grandes máquinas industriales.

74


CON CADENALa relación de transmisión entre las velocidades de




ZNZN 2211×=× N

NZZ

1

2

2

1 =

ZZ

2

1

75


CON CADENA

76


CON CORREA DENTADA

77


CON CORREA DENTADAEl mecanismo está formado por dos ruedas

dentadas, que giran solidariamente a cada eje al que están acopladas, de manera que se pueden conectar mediante una correa dentada que engrana en dichas ruedas. El dispositivo permite transmitir el movimiento entre ejes alejados y normalmente paralelos, de manera poco ruidosa. Este sistema permite transmitir grandes velocidades y potencias, por que no existe la posibilidad del deslizamiento ya que la correa engrana con las ruedas.


78


CON CORREA DENTADALa relación de transmisión entre las velocidades de




ZNZN 2211×=× N

NZZ

1

2

2

1 =

ZZ

2

1

79

TRANSMISIÓN POR RUEDAS DENTADAS CON

CORREA DENTADA

80

TRANSMISIÓN VARIADOR DE VELOCIDAD

Son transmisiones de movimiento circular que además de transmitir fuerzas y movimientos, son capaces de variar la velocidad de giro de los ejes a los que están conectados. Consiguiendo efectos combinados de potencia y velocidad en función del tamaño de las ruedas y de la atribución que tienen en el mecanismo, es decir, si es motriz o conducida.

Existen tres sistemas:

81


Sistema multiplicador de velocidad.En este sistema la velocidad de la

rueda conducida es mayor que la rueda motriz. Pero la potencia que se obtiene de la rueda conducida es menor que la conductora. La rueda 1 es de mayor tamaño o tiene más dientes que la rueda 2.

82


ZZ 21>

NN 21<

83


DD 21>

NN 21<

84


Sistema Reductor de velocidad.En este sistema la velocidad de la

rueda conducida es menor que la rueda motriz. Pero la potencia que se obtiene de la rueda conducida es mayor que la conductora. La rueda 1 es de menor tamaño o tiene menos dientes que la rueda 2.

85


ZZ 21<

NN 21>

86


DD 21<

NN 21>

87


Sistema constante de velocidad.En este sistema la velocidad de la

rueda conducida es igual que la rueda motriz. La potencia que se obtiene de la rueda conducida es igual que la conductora. La rueda 1 es de igual tamaño o tiene los mismos dientes que la rueda 2.

88

TRANSMISIÓN POR TRENES

Son la unión de varios mecanismos simples. Para que dos sistemas o conjuntos de transmisión formen un tren, es necesario que los dos sistemas compartan el mismo eje, de tal forma, que el eje del elemento conducido del primer sistema o conjunto se también el eje del elemento motriz del segundo sistema.

Los efecto que se consiguen son la de una mayor relación de transmisión entre el primer eje correspondiente a al primer elemento motriz y el último eje donde está el último elemento conducido.

Los trenes más comunes son los de poleas y los engranajes.

89


Trenes de poleas:Están formados por dos

pares mínimo de sistemas de poleas con correa. En el eje 2 están situadas las poleas motriz y conducida de cada uno de los dos sistemas.

Si el tren tiene la función de reductora, el eje 1 está la polea motriz y en el eje 3 esta la polea conducida.

Si el tren tiene la función de multiplicadora, el eje 1 está la polea conducida y en el eje 3 la polea motriz.

90


Las relaciones de transmisión son:

DDDD

NN

42

31

1

4

××

=

DD 41< DD 23

< DD 31= DD 42

=

NN 41> NN 32

=

91


Trenes de engranajes:Están formados por dos

pares mínimo de sistemas de ruedas dentadas. En el eje 2 están situadas las ruedas motriz y conducida de cada uno de los dos sistemas.

Si el tren tiene la función de reductora, el eje 1 está la rueda motriz y en el eje 3 esta la rueda conducida.

Si el tren tiene la función de multiplicadora, el eje 1 está la rueda conducida y en el eje 3 la rueda motriz.

92


Las relaciones de transmisión son:

ZZZZ

NN

42

31

1

4

××

=

ZZ 41< ZZ 23

< ZZ 31= ZZ 42

=

NN 41> NN 32

=

93

Mecanismos de Transformación del

Movimiento

Los mecanismos de transformación del movimiento, son aquellos que transforman un movimiento lineal en un movimiento circular o transformar un movimiento circular en otro lineal.

94


MovimientoLos mecanismos de transformación del

movimiento de circular a rectilíneo son los siguientes:

– Transmisión por Sistema Piñón – Cremallera.– Transmisión por Sistema Tornillo – Tuerca.– Transmisión por Conjunto Manivela - Torno.

95


MovimientoLos mecanismos de transformación del

movimiento de circular a rectilíneo alternativos son los siguientes:

– Transmisión por Sistema Tornillo sin Fin –Cremallera.

– Transmisión por Sistema Biela – Manivela.– Transmisión por Cigüeñal.– Transmisión por Leva.– Transmisión por Excéntrica.

96

TRANSMISIÓN POR SISTEMA

PIÑÓN – CREMALLERA

97


PIÑÓN – CREMALLERAEs un sistema que

permite convertir un movimiento giratorio en uno lineal continuo, o viceversa.

El sistema está formado por un piñón (rueda dentada) que engrana perfectamente en una cremallera.

98


PIÑÓN – CREMALLERAUna cremallera es un prisma rectangular

con una de sus caras laterales tallada con dientes. Estos pueden ser rectos o curvados y estar dispuestos en posición transversal u oblicua.

99


PIÑÓN – CREMALLERACuando el piñón gira, sus dientes empujan

los de la cremallera, provocando el desplazamiento lineal de esta.

100


PIÑÓN – CREMALLERASi lo que se mueve es la cremallera, sus dientes

empujan a los del piñón consiguiendo que este gire y obteniendo en su eje un movimiento giratorio.

La relación entre la velocidad de giro del piñón (N) y la velocidad lineal de la cremallera (V) depende de dos factores: el número de dientes del piñón (Z) y el número de dientes por centímetro de la cremallera (n).

101


PIÑÓN – CREMALLERAPor cada vuelta completa del piñón la

cremallera se desplazará avanzando tantos dientes como tenga el piñón. Por tanto se desplazará una distancia:

y la velocidad del desplazamiento será:nZ

d =

nZ

NV ×=

102


PIÑÓN – CREMALLERADonde la velocidad de giro del piñón (N) se mide en

revoluciones por minuto (r.p.m.), la velocidad lineal de la cremallera (V) se expresa en centímetros por minuto(cm/minuto).

Su utilidad práctica suele centrarse solamente en la conversión de giratorio en lineal continuo, siendo muy apreciado para conseguir movimientos lineales de precisión (caso de microscopios u otros instrumentos ópticos como retroproyectores), desplazamiento del cabezal de los taladros sensitivos, movimiento de puertas automáticas de garaje, sacacorchos, regulación de altura de los trípodes, movimiento de estanterías móviles empleadas en archivos, farmacias o bibliotecas, cerraduras, dirección de los automóviles, etc...

103


PIÑÓN – CREMALLERA

104


TORNILLO – TUERCA

105


TORNILLO – TUERCASe emplea en la conversión de un movimiento

giratorio en uno lineal continuo cuando sea necesaria una fuerza de apriete o una desmultiplicación muy grandes.

Se necesita, como mínimo, un tornillo que se acople perfectamente a una tuerca (o a un orificio roscado).

106


TORNILLO – TUERCAEste sistema técnico

se puede plantear de dos formas básicas:

Un tornillo de posición fija (no puede desplazarse longitudinalmente) que al girar provoca el desplazamiento de la tuerca.

107


TORNILLO – TUERCAEn la barra engomadora el tornillo no se desplaza, pero su giro

hace que el cilindro de cola suba o baje debido a que esta es la que hace de tuerca.

Una tuerca o un orificio roscado fijo (no puede girar ni desplazarse longitudinalmente) que produce el desplazamiento deltornillo cuando este gira. El grifo es un ejemplo de este funcionamiento.

108


TORNILLO – TUERCAEn el caso de los grifos nos permite abrir (o cerrar)

el paso del agua levantando (o bajando) la zapata a medida que vamos girando adecuadamente la llave.

El sistema tornillo-tuerca presenta una ventaja muy grande respecto a otros sistemas de conversión de movimiento giratorio en longitudinal: por cada vuelta del tornillo la tuerca solamente avanza la distancia que tiene de separación entre filetes (paso de rosca) por lo que la fuerza de apriete (longitudinal) es muy grande.

El paso de rosca es la distancia que existe entre dos crestas consecutivas.

109


TORNILLO – TUERCASi el tornillo es de rosca sencilla, se

corresponde con lo que avanza sobre la tuerca por cada vuelta completa. Si es de rosca doble el avance será igual al doble del paso.

110


TORNILLO – TUERCAPor otro lado, presenta el inconveniente de

que el sistema no es reversible (no podemos aplicarle un movimiento longitudinal y obtener uno giratorio).

El sistema tornillo-tuerca como mecanismo de desplazamiento se emplea en multitud de máquinas pudiendo ofrecer servicio tanto en sistemas que requieran de gran precisión de movimiento (balanzas, tornillos micrométricos, transductores de posición, posicionadores...) como en sistemas de baja precisión.

111

TRANSMISIÓNPOR CONJUNTO

MANIVELA - TORNO

112


MANIVELA - TORNOEl sistema está formado por una

máquina simple que consiste en un cilindro dispuesto para girar alrededor de su eje por la acción de manivela, y que ordinariamente actúa sobre la resistencia por medio de una cuerda que se va arrollando al cilindro.

113


MANIVELA - TORNO

114


MANIVELA - TORNOLa manivela es una

pieza normalmente de hierro, compuesta de dos ramas en ángulo recto, una de las cuales se fija por un extremo en el eje de una máquina, de una rueda, etc. y la otra forma el mango que sirve para mover al brazo, la máquina o la rueda.

115


MANIVELA - TORNOLa formula que explica funciona esta máquina es

similar a la de la palanca y es la siguiente:

Donde R es la resistencia, F es la fuerza que hay que aplicar en la manivela, BR es el radio del cilindro y es el brazo de la resistencia R; y BF es el radio de la manivela y es el brazo de la fuerza F.

BB

F

RRF ×=

116

TRANSMISIÓN POR SISTEMA TORNILLO SIN

FIN – CREMALLERA

Es un sistema que permite convertir un movimiento giratorio en uno lineal continuo, o viceversa.

El sistema está formado por tornillo sin fin que engrana perfectamente en una cremallera.

117


FIN – CREMALLERADesde el punto de vista conceptual el sinfín es considerado

una rueda dentada de un solo diente que ha sido tallado helicoidalmente (en forma de hélice). Este operador ha sido diseñado para la transmisión de movimientos giratorios, por lo que siempre trabaja unido a otro elemento.

Una cremallera es un prisma rectangular con una de sus caras laterales tallada con dientes. Estos pueden ser rectos o curvados y estar dispuestos en posición transversal u oblicua.

118


FIN – CREMALLERA

119


BIELA – MANIVELA

120


BIELA – MANIVELAEl mecanismo de biela - manivela es un

mecanismo que transforma un movimiento circular en un movimiento de traslación, o viceversa.

121


BIELA – MANIVELAEs un conjunto formado por una manivela y

una biela.La Biela es un elemento rígido y alargado

que permite la unión articulada entre la manivela y el émbolo. Está formada por la cabeza, la caña o cuerpo y el pie. La forma y la sección de la biela pueden ser muy variadas, pero debe poder resistir los esfuerzos de trabajo, por eso es hecha de aceros especiales o aleaciones de aluminio.

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BIELA – MANIVELALa manivela es una palanca con un punto al eje de rotación y

la otra en la cabeza de la biela. Cuando la biela se mueve alternativamente, adelante y atrás, se consigue hacer girar la manivela gracias al movimiento general de la biela. Y al revés, cuando gira la manivela, se consigue mover alternativamente adelante y atrás la biela y el émbolo.

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TRANSMISIÓNPOR

CIGÜEÑAL

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TRANSMISIÓNPOR

CIGÜEÑALUn cigüeñal es un eje acodado, con

codos y contrapesos presente en ciertas máquinas que, aplicando el principio del mecanismo de biela - manivela, transforma el movimiento rectilíneo alternativo en rotatorio y viceversa.

Este mecanismo se emplea en los motores de combustión.

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TRANSMISIÓNPOR

CIGÜEÑAL

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TRANSMISIÓN POR LEVA

La leva es un disco con un perfil externo parcialmente circular sobre el que apoya un operador móvil (seguidor de leva) destinado a seguir las variaciones del perfil de la leva cuando esta gira. Por tanto transforma un movimiento de rotación en otro lineal de traslación oscilante.

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Conceptualmente deriva de la rueda y del plano inclinado.

La leva va solidaria con un eje (árbol) que le transmite el movimiento giratorio que necesita; en muchas aplicaciones se recurre a montar varias levas sobre un mismo eje o árbol (árbol de levas), lo que permite la sincronización del movimiento de varios seguidores a la vez.

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Como seguidor de leva pueden emplearse émbolos (para obtener movimientos de vaivén) o palancas (para obtener movimientos angulares) que en todo momento han de permanecer en contacto con el contorno de la leva. Para conseguirlo se recurre al empleo de resortes, muelles o gomas de recuperación adecuadamente dispuestos.

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La forma del contorno de la leva (perfil de leva) siempre está supeditada al movimiento que se necesite en el seguidor, pudiendo aquel adoptar curvas realmente complejas.

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TRANSMISIÓN POR EXCÉNTRICA

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Desde el punto de vista técnico la excéntrica es, básicamente, un disco (rueda) dotado de dos ejes: Eje de giro y el excéntrico. En este caso, esta rueda entorno al eje excéntrico. Al igual que la leva, se apoya un operador móvil (seguidor de leva) destinado a seguir las variaciones del perfil de la leva cuando esta gira. Por tanto transforma un movimiento de rotación en otro lineal de traslación oscilante.

Conceptualmente deriva de la rueda y del plano inclinado.

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La excéntrica va solidaria con un eje (árbol) que le transmite el movimiento giratorio que necesita.

Como seguidor de excéntica pueden emplearse émbolos (para obtener movimientos de vaivén) o palancas (para obtener movimientos angulares) que en todo momento han de permanecer en contacto con el contorno de la leva. Para conseguirlo se recurre al empleo de resortes, muelleso gomas de recuperación adecuadamente dispuestos.

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Mecanismos de Acoplamiento del

MovimientoLos siguientes mecanismos tienen

como objeto transmitir los movimientos circulares entre ejes que no están colocados paralelamente, ni son perpendiculares. No emplean ningún de los mecanismos anteriormente visto para conectarlos entre si.

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Mecanismos de Acoplamiento del

Movimiento

Estos mecanismos son los siguientes:

–Embregas.–Acoplamiento fijos.–Acoplamiento móviles.

»Acoplamiento por Junta Cardan.»Acoplamiento por Junta Oldham.

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EMBRAGES

El embrague es un sistema que permite tanto transmitir como interrumpir la transmisión de una energía mecánica de giro entre ejes o árboles de transmisión no paralelos ni perpendiculares, mediante la conexión o desconexión de los mismos.

Existen dos tipos básicos:Embragues de fricción.Embragues de dientes.

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EMBRAGES

Embragues de fricción. El proceso de conexión o acoplamiento se lleva cabo mediante la fuerza de rozamiento de dos superficies que, unidas a los ejes o árboles, son presionadas entre sí.

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EMBRAGES

Embragues de dientes. El acoplamiento o desacoplamiento de los ejes o árboles de transmisión tiene lugar cuando encajan los dientes de las dos piezas enfrentadas.

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ACOPLAMIENTOS

Acoplamientos fijos o bridas. Son elementos que se emplean en unir ejes o árboles de transmisión largos enlazados de forma permanente. Es decir, están uno a continuación del otro.

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ACOPLAMIENTOS

Los acoplamientos móviles se emplean para unir ejes o árboles de transmisión que entre ellos forman un ángulo distinto de cero o tienen desplazamiento entre ellos.

Hay dos tipo:

Acoplamiento por Junta Cardan.Acoplamiento por Junta Oldham.

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ACOPLAMIENTO POR JUNTA CARDAN

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El cardán es un acoplamiento mecánico movil, que permite unir dos ejes que giran en un ángulo distinto uno respecto del otro. Su objetivo es transmitir el movimiento de rotación de un eje al otro a pesar de ese ángulo. En los vehículos de motor se suele utilizar como parte del árbol de transmisión, que lleva la fuerza desde el motor situado en la parte delantera del vehículo hacia las ruedas traseras. El principal problema que genera el cardán es que, por su configuración, el eje al que se le transmite el movimiento no gira a velocidad angular constante.

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ACOPLAMIENTO POR JUNTA OLDHAM

La juntas Oldhan también denomina de platillos en cruz y se usa para unir dos árboles paralelos de muy reducida distancia axial. La junta consta de tres elementos dos solidarios uno a cada eje y un tercero que sirve de unión entres las anteriores como se puede ver el ejemplo.

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ACOPLAMIENTO POR JUNTA OLDHAM

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Mecanismos para Dirigir y Regular el Movimiento

Este tipo de mecanismos buscan controlar y regular los movimientos circulares y lineales.

Los más comunes son:Trinquetes.Frenos.

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TRINQUETEUn trinquete es un mecanismo que permite a un

engranaje girar hacia un lado, pero le impide hacerlo en sentido contrario, ya que lo traba con dientes en forma de sierra. Permite que los mecanismos no se rompan al girar al revés.

Usos de este mecanismo:Es lo que permite que los mecanismos no se

rompan al girar al revés.El trinquete se encuentra en el reloj para prevenir

que las manecillas giren hacia el sentido contrario. Tiene diferentes formatos y medidas.

En llaves de carraca que permiten que el movimiento se transmita en solo en el sentido deseado.

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TRINQUETE

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FRENOS

Los frenos son mecanismos para regular el movimiento, disminuyendo o deteniendo el movimiento circular de los ejes o árboles de transmisión.

Son utilizado en numerosos tipos de máquinas. Su aplicación es especialmente importante en los vehículos, como automóviles, trenes, aviones, motocicletaso bicicletas.

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FRENOS

Tipos de frenos:Frenos de cinta o de banda.Freno de tambor.Freno de disco.

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FRENOS

Frenos de cinta o de banda: Utilizan una banda flexible, las mordazas o zapatas se aplican para ejercer tensión sobre un cilindro o tambor giratorio que se encuentra solidario al eje que se pretenda controlar. La banda al ejercer presión, ejerce la fricción con la cual se disipa en calor la energía cinética del cuerpo a regular.

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FRENOS

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FRENOS

El freno de tambor es un tipo de frenoen el que la fricción se causa por un par de zapatas que presionan contra la superficie interior de un tambor giratorio, el cual está conectado al eje o la rueda.

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FRENOS

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FRENOSEl freno de disco es un sistema de frenado

normalmente para ruedas de vehículos, en el cual una parte móvil (el disco) solidario con la rueda que gira es sometido al rozamiento de unas superficies de alto coeficiente de fricción (las pastillas) que ejercen sobre ellos una fuerza suficiente como para transformar toda o parte de la energía cinética del vehículo en movimiento, en calor, hasta detenerlo o reducir su velocidad, según sea el caso. Esta inmensa cantidad de calor ha de ser evacuada de alguna manera, y lo más rápidamente posible. El mecanismo es similar en esto al freno de tambor, con la diferencia de que la superficie frenante es menor pero la evacuación del calor al ambiente es mucho mejor, compensando ampliamente la menor superficie frenante.

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FRENOS

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Mecanismos de Acumulación de Energía

Estos dispositivos tienen como objetivos la captación, almacenamiento y liberación de la energía de tipo mecánica, es decir, la que se obtiene con los esfuerzos de tracción, compresión, flexión, torsión, etc.; similar a como lo haría un músculo.

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Estos dispositivos son los muelles. Gracias a los materiales con los que están elaborados, absorben energía cuando están sometidos a cierta presión o deformación. Esta energía puede se liberada más tarde, ya sea dosificada en pequeñas cantidades o de golpe.

Los muelles pueden trabajar:

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A compresión. El muelle se comprime como el de los sillones.

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A tracción. El muelle es estirado como el de los somieres.

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A torsión. El muelle es retorcido como en las pinzas de tender.

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SOPORTES

Los soportes son los elementos sobre los que se apoyan los árboles y los ejes de transmisión. Podemos clasificarlos en dos grupos:

Cojinetes de FricciónRodamientos.

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SOPORTESUn cojinete es la pieza o conjunto de ellas sobre las

que se soporta y gira el árbol transmisor de movimiento giratorio de una máquina.

El árbol o eje al girar fricciona, por lo que necesitan ser lubricados con aceite para facilitar el giro y reducir el desgaste por rozamiento.

Los cojinetes se fabrican con materiales muy resistentes al desgaste, como el bronce y materiales antifricción.

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SOPORTES

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SOPORTESUn rodamiento es un elemento mecánico que

reduce la fricción entre un eje y las piezas conectadas a éste por medio de rodadura, que le sirve de apoyo y facilita su desplazamiento.

El rodamiento están formados por dos anillos concéntricos entre los que se colocan bolas o rodillos. El anillo interior se une o ajusta al eje o árbol de transmisión, y el exterior, al elemento soporte.

Los materiales empleados en la construcción de los rodamientos son aceros de alta resistencia al desgaste.

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SOPORTES

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FIN

mecanismos

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