Unidad 6. Mecanismos
MECANISMOS 1. INTRODUCCIÓN El ser humano necesita realizar trabajos que sobrepasan sus posibilidades: mover rocas muy pesadas, elevar coches para repararlos, transportar objetos o personas a grandes distancias, hacer trabajos repetitivos o de gran precisión, etc. Para solucionar este problema se inventaron las MÁQUINAS.
La función de las máquinas es reducir el esfuerzo necesario para realizar un trabajo. Ejemplos de máquinas son la grúa, la escavadora, la bicicleta, el cuchillo, las pinzas de depilar, los montacargas, la máquina de coser, los robots, etc. PARTES DE UNA MÁQUINA: De forma sencilla, se puede decir que una máquina está formada por 3 elementos principales: 1. Elemento motriz: dispositivo que introduce la fuerza o el movimiento en la máquina (un motor, esfuerzo muscular, etc.). 2. Mecanismo: dispositivo que traslada el movimiento del elemento motriz al elemento receptor. 3. Elemento receptor: recibe el movimiento o la fuerza para realizar la función de la máquina (un ejemplo de elementos receptores son las ruedas).
Ejemplo: bicicleta: o
Elemento motriz: fuerza muscular del ciclista sobre los pedales.
o
Mecanismo: cadena-plato-piñón.
o
Elemento receptor: ruedas.
2. MÁQUINAS SIMPLES Las máquinas simples son artilugios muy sencillos ideados en la antigüedad por el ser humano para ahorrar esfuerzos a la hora de realizar ciertas tareas. Son las máquinas que solamente emplean un paso para realizar su trabajo. Las máquinas simples son: el plano inclinado, la cuña, el tornillo, la rueda y la palanca.
Plano inclinado: rampa
Cuña
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Tornillo-Tuerca
Rueda
Palanca Las máquinas simples que vamos a estudiar con detalle son: la palanca y la polea (una variante de la rueda). 2.1. LA PALANCA Una palanca es una máquina simple que consiste en una barra o varilla rígida que puede girar sobre un punto fijo denominado fulcro o punto de apoyo. La palanca se ideó para vencer una fuerza de resistencia R aplicando una fuerza motriz F más reducida.
Las partes de una palanca son:
Resistencia (R): es una fuerza (muchas veces el peso de un objeto) que hay que vencer.
Fuerza aplicada (F): fuerza que se aplica para vencer la resistencia R.
Punto de apoyo o fulcro: es el punto sobre el que bascula la palanca.
Brazo de la Fuerza (BF): distancia entre F y el punto de apoyo.
Brazo de la Resistencia (BR): distancia entre R y el punto de apoyo. -2-
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LA LEY DE LA PALANCA:
“La fuerza aplicada por su distancia al punto de apoyo, será igual a la resistencia a vencer por su distancia al punto de apoyo”.
La unidad de medida de F y R es el Newton (N) y la de BF y BR es el metro (m). Si nos dieran la masa de R en kg, para pasarla a Newton haríamos lo siguiente:
Ejemplo: Masa a levantar: 10 kg. R = m·g = 10· 9,8 = 98 N g = aceleración de la gravedad = 9,8 m/s2.
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2.1.1. TIPOS DE PALANCAS A) PALANCAS DE PRIMER GRADO El punto de apoyo (fulcro) se sitúa entre la fuerza aplicada y la resistencia a vencer. Ejemplo: balancín.
B) PALANCAS DE SEGUNDO GRADO La resistencia se sitúa entre el fulcro y la fuerza aplicada. Ejemplo: carretilla
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C) PALANCAS DE TERCER GRADO La fuerza a aplicar se sitúa entre el fulcro y la resistencia a vencer. Ejemplo: caña de pescar.
2.2. LA POLEA La polea es una rueda con una acanaladura por la que hace pasar una cuerda o cable, y un agujero en su centro paramontarla en un eje. Una polea nos puede ayudar a subir pesos ahorrando esfuerzo:la carga que se quiere elevar se sujeta a uno de los extremos de la cuerda y desde el otro extremo se tira, provocando así el giro de la polea en torno a su eje. 2.2.1. POLEA SIMPLE Cuando se emplea una sola polea para hacer un trabajo, se dice que se tiene una configuración de polea simple. En este caso la fijación de la polea en un punto superior facilita el levantamiento de una carga. La utilización de una polea simple no implica ningún aumento de fuerza, simplemente facilita el trabajo. Tal como indica la figura inferior necesitamos una fuerza de 100 N para levantar los 100 N de peso. 2.2.2. POLEA MÓVIL La utilización de una polea móvil reduce la fuerza a realizar ya que ésta disminuye a la mitad. Es decir, para levantar un peso de 100 N, solo tenemos que realizar una fuerza de 50N. El secreto de este echo queda patente en que físicamente se reparte la fuerza entre las dos cuerdas, podemos imaginar como si tiraran dos fuerzas al mismo tiempo de la polea móvil.
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Polea simple:
FR
Polea móvil:
F
R 2
2.2.2. POLIPASTO La combinación de una polea móvil junto a otra fija se denomina polipasto, esta unión facilita el levantamiento de la carga, facilitando la posición y reduciendo la fuerza a la mitad. Como contrapartida la longitud recorrida por la cuerda es el doble.
Polipasto:
F
R 2n
n = número de poleas móviles
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Ejemplos de polipasto:
F
R R R 2 n 2 1 2
R R R 2n 22 4
F
--------------------------------------------------------------
R R R F 2n 23 6
3. MECANISMOS DE TRANSMISIÓN DE MOVIMIENTO Los mecanismos de transmisión del movimiento únicamente transmiten el movimiento a otro punto, sin transformarlo. 3.1. POLEAS Y CORREA Es un mecanismo que permite transmitir un movimiento circular entre dos ejes situados a cierta distancia. Cada eje se conecta a una polea, y entre ambas se hace pasar una correa que transmite el movimiento circular por rozamiento.
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
RelaciĂłn de transmisiĂłn:
Con este mecanismo podemos conseguir diferentes posibilidades: a) Disminuir la velocidad de la polea conducida:
b) Aumentar la velocidad de la polea conducida:
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c) Mantener la misma velocidad de la polea conducida:
d) Invertir el sentido de giro de la polea conducida:
e) Aumentar o reducir mucho la velocidad de giro (tren de poleas):
i1
N1 D2 N 2 D1
i2
N 2 D4 N 3 D3
iT i1 i2 i3
N1 N 2 N 3 N1 N 2 N3 N 4 N 4
iT i1 i2 i3
D2 D4 D6 D1 D3 D5
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i3
N 3 D6 N 4 D5
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3.2. ENGRANAJES Los engranajes son ruedas dentadas que transmiten el movimiento circular entre ejes cercanos mediante el empuje que ejercen los dientes de unas piezas sobre otras. El engranaje conducido gira en sentido inverso al engranaje conductor o motriz.
En función del tamaño de cada rueda dentada (número de dientes), se pueden construir sistemas de aumento o reducción de la velocidad de giro. Reductor de velocidad: el engranaje motriz es menor que el engranaje conducido.
Relación de transmisión:
i
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N1 Z 2 N 2 Z1
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Multiplicador de velocidad: el engranaje motriz es mayor que el engranaje conducido.
Reductor de velocidad con un tren de engranajes: A veces, con una sola pareja de engranajes es imposible reducir la velocidad todo lo necesario. Se recurre entonces al montaje de varias parejas de engranajes consecutivas. La forma de montar estos engranajes en cascada (tren de engranajes) es utilizando engranajes compuestos: dos engranajes de diferente tamaño que están unidos, moviéndose, por tanto a la misma velocidad.
i1
N1 Z 2 N 2 Z1
iT i1 i2
N1 N 2 N1 N 2 N3 N3
i2
N2 Z4 N3 Z3
iT i1 i2
Z2 Z4 Z1 Z 3
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3.3. TORNILLO SIN FIN Se trata de un tornillo conectado al eje motriz que se engrana a una rueda dentada (corona) conectada al eje conducido. El movimiento circular se transmite del tornillo a la corona. Características: - Es un mecanismo que se usa para transmitir un movimiento circular entre ejes perpendiculares. - Es un mecanismo que proporciona una gran reducción de velocidad de giro.
4. MECANISMOS DE TRANSFORMACIÓN DEL MOVIMIENTO En ocasiones, son necesarios mecanismos que no sólo transmitan el movimiento, sino que también lo transformen: a) de circular a lineal. b) de lineal a circular. De ello se encargan los mecanismos de transformación de movimiento. 4.1. TORNILLO-TUERCA Este mecanismo consta de un tornillo y una tuerca que tienen como objeto transformar el movimiento circular en lineal. Funcionamiento: a) Si se hace girar el tornillo, la tuerca avanza con movimiento rectilíneo. b) Si se hace girar la tuerca, el tornillo avanza con movimiento rectilíneo. Aplicaciones: gatos de coches, sargentos, tornillos de banco, etc.
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4.2. PIÑÓN-CREMALLERA Se trata de una rueda dentada (piñón) que se hace engranar con una barra dentada (cremallera). Funcionamiento: a) Si la rueda dentada gira (por la acción de un motor), la cremallera se desplaza con movimiento rectilíneo. b) Si la cremallera se le aplica un movimiento lineal, empuja a la rueda dentada haciendo que ésta gire. Aplicaciones: apertura y cierre de puertas automáticas de corredera, taladradoras de columna, dirección de un vehículo (movimiento del volante para que giren las ruedas), etc.
4.3. LEVAS Y EXCÉNTRICAS Las levas y excéntricas son mecanismos que transforman el movimiento circular en movimiento rectilíneo alternativo. Estan formadas por una pieza giratoria, la leva o excéntrica propiamente dicha, y por un elemento que roza en ella: seguidor o varilla. Las excentricas tienen forma circular, con la particularidad de que su eje de giro no coincide con su centro. Las levas pueden tener diferentes formas en función del movimiento que se quiera obtener.
Aplicaciones: apertura y cierre de las vállvulas de un motor de un coche, carretes de pesca, depiladoras, cortapelos, etc.
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4.4. BIELA-MANIVELA Está formado por una manivela y una barra denominada biela. La biela se encuentra articulada por un extremo con la manivela, mientras que por el otro extremo describe un movimiento lineal en el interior de una guía. Funcionamiento: La manivela se conecta a eje motriz, que le proporciona el movimiento giratorio. Al girar, la manivela transmite un movimiento circular a la biela que experimenta un movimiento de vaivén (movimiento lineal). Este sistema también funciona a la inversa, es decir, transforma el movimiento rectilíneo de la biela en un movimiento de rotación en la manivela. Aplicaciones: antiguas locomotora de vapor, motor de combustión (motor de los automóviles), limpiaparabrisas, máquina de coser, sierras automáticas, etc.
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