Mecanismes

Departament de Tecnologia

3r d’ESO

UNITAT 2: MECANISMES

Cinta Prats

1 Cinta Prats

Departament de Tecnologia

3r d’ESO

ÍNDEX

Introducció 1. Mecanismes de transmissió de moviment 1.1.Mecanisme de transmissió per engranatges 1.2.Mecanisme de transmissió per corretja 1.3.Mecanisme de transmissió per cadena 1.4.Mecanisme de transmissió Cargol sense fi 1.5.Mecanisme de transmissió pinyó-cremallera 1.6. Mecanisme de transmissió Cargol-femella 1.7.Relació de transmissió 1.8. Exemples de càlcul d’engranatges i politges 1.9.Trens de mecanismes 1.10.Exemple de càlcul de la relació de transmissió d’un tren d’engranatges 2.Mecanismes de transformació de moviment 2.1.Mecanisme de transformació Biela – Manovella 2.2. Mecanisme de transformació Excèntrica 2.3. Mecanisme de transformació Lleva i seguidor

2 Cinta Prats

Departament de Tecnologia

3r d’ESO

Introducció A la unitat anterior hem vist les màquines simples que redueixen o multipliquen la força, però les màquines complexes es caracteritzen pel fet de tenir moviment .

Realitzarem una classificació , segons si el moviment el transformen o el transmeten : •

Mecanisme de transmissió

•

Mecanisme de transformació

1. Mecanisme de transmissió de moviment Quan engeguem el motor d’un cotxe, perquè es mogui cal que el moviment del motor passi a les rodes . Això es fa gràcies als mecanismes de transmissió

Aquesta transmissió , bàsicament, es realitza de les següents maneres : •

Transmissió per engranatges.

•

Transmissió per corretja .

•

Transmissió per cadena .

•

Transmissió per cargol sense fi .

•

Transmissió per pinyó-cremallera.

•

Transmissió cargol-femella

3 Cinta Prats

Departament de Tecnologia

3r d’ESO

1.1. Mecanisme de transmissió per engranatges Aquest mecanisme es basa amb dues , o més, rodes dentades que engranen entre elles ja que el tamany de les seves dents és el mateix .

Els engranatges transmeten moviment de gir entre eixos molt pròxims i són adequats quan també cal transmetre grans forces .

La roda que inicia el moviment és la roda motriu o conductora,mentre que la roda que rep el moviment és la roda conduïda.

El gir de les rodes dentades són oposades :

El nombre de dents d’un engranatge es representa per la lletra Z. La rapidesa amb què giren els engranatges es mesura amb la velocitat angular, que es representa amb la lletra n i es mesura en revolucions ( o voltes) per minut r.p.m.

Existeix una fórmula que relaciona la velocitat angular i el nombre de dents del dos engranatges .

Z conductora · nconductora = Z conduïda · n conduïda

Z1 · n1 = Z2 · n2

4 Cinta Prats

Departament de Tecnologia

3r d’ESO

Activitat : L’engranatge 1 es mou cap a la dreta, segons indica la fletxa. Dedueix

☺Cap on gira l’engranatge 2? ☺Si l’engranatge 1 fa una volta, quantes voltes fa l’engranatge 2?

: La conclusió és que l’engranatge 2 gira al doble de velocitat que l’engranatge 1 perquè té la meitat de dents, i a més gira en sentit contrari Si la roda té Z1= 12 dents , la roda 2 Z2= 6 dents i n1 = 1 rpm. Aleshores per trobar la velocitat de la roda 2 hem d’utilitzar la fórmula

Z1 · n1 = Z2 · n2 , de

manera que n2 és 2rpm .

Aplicacions : canvi de marxes d’un cotxe, rellotge ☺ Canvi de marxes

☺ rellotge

5 Cinta Prats

Departament de Tecnologia

3r d’ESO

1.2. Mecanisme de transmissió per corretja

És un mecanisme format per una corretja que condueix el moviment d’una politja a una altra .

Si observem la figura que es mostra a l’esquerra , observem dues politges , la politja 1 és el doble de gran que la politja 2 .Si ens centrem amb la cara contenta de la politja 1 i la fletxa de la politja 2 , observem la seqüència de moviments , i a més, arribem a la conclusió que quan la politja 1 ha fet una volta , la politja 2 n’ha fet dues .

La transmissió per corretja és més silenciosa

que

la

transmissió

per

engranatges, però la politja pot patinar quan vols transmetre molt d’esforç .

El sentit de la politja conductora és el mateix que la politja conduïda, tal i com s’indica en el dibuix :

En el cas que creuem la politja , les politges giren en sentit contrari :

6 Cinta Prats

Departament de Tecnologia

3r d’ESO

La característica que ens permet diferenciar de les altres és el diàmetre , que se sol representar amb la lletra d .

A l’igual que els engranatges, existeix una fórmula que relaciona les velocitats angulars i els diàmetres.

Z conductora · nconductora = Z conduïda · n conduïda

Z1 · n1 = Z2 · n2

Aplicacions : Una de les aplicacions quotidianes més importants és el mecanisme de la rentadora

Altres aplicacions poden ser el trepant de columna :

7 Cinta Prats

Departament de Tecnologia

3r d’ESO

Activitat : Indica amb una fletxa cap on gira la politja conduïda en cada cas

1.3. Mecanisme de transmissió per cadena Mecanisme constituït per dues rodes dentades i una cadena

Quan el pinyó petit dóna una volta, el gran en dóna mitja

El sentit de les rodes dentades és el mateix

8 Cinta Prats

Departament de Tecnologia

3r d’ESO

La fórmula és la mateixa que en dues rodes dentades : Z1 · n1 = Z2 · n2

Aplicacions: Bicicleta

1.4. Mecanisme de transmissió Cargol sense fi

Cada volta de cargol la roda gira un dent

La rosca del cargol engrana amb les dents de l’engranatge.Per cada volta del cargol la roda dentada avança una dent .Perquè la roda dentada faci una volta completa, el cargol ha de girar tantes vegades com dents té l’engranatge .

El sistema no funciona a l’inrevés ; la roda no pot moure el cargol perquè es bloqueja .

La diferència entre aquest sistema i els altres és que mai es pot realitzar transmissions entre eixos paral·lels, aquest cas sempre serà una transmissió entre eixos perpendiculars .

9 Cinta Prats

Departament de Tecnologia

3r d’ESO

Aplicacions : Barrera ☺Barrera

1.5. Mecanisme de transmissió pinyó-cremallera Aquest mecanisme consta de dos elements bàsics que engranen perfectament entre si: el pinyó i la cremallera

El pinyó és una roda dentada que descriu un moviment de rotació al voltant del seu eix .

La cremallera és una barra dentada que es pot traslladar en un o altre sentit, segons sigui la rotació del pinyó .

Habitualment, el pinyó actua com a element motor i la cremallera, com element conduït, encara que també pot funcionar en sentit contrari-

Aplicacions : Porta de garatge o d’entrada , cotxe , cremallera de Núria, màquines eina, toldo

10 Cinta Prats

Departament de Tecnologia

3r d’ESO

☺Cotxe

☺Porta garatge o d’entrada

☺Cremallera de Núria

11 Cinta Prats

Departament de Tecnologia

3r d’ESO

☺Màquines eina:trepant

☺Toldo

1.6. Mecanisme de transmissió Cargol-femella Està format per un eix roscat ( cargol) i una femella amb la mateixa rosca de l’eix. Si es gira la femella, aquesta desplaça linealment sobre el cargol; i a l’inrevés, si gira el cargol, també es desplaça la femella .

Aplicacions : el gat d’un cotxe, la premsa 12 Cinta Prats

Departament de Tecnologia

3r d’ESO

☺ El gat d’un cotxe

Quan girem de la manovella del gat, gira la femella i avança el cargol linealment de manera que es tanquen les barres articulades .

☺ la premsa de vi

1.7. Relació de transmissió Quan es transmet un moviment, també es transmet energia, i aquesta es pot fer servir per elevar una càrrega , o per moure un altre mecanisme a més o 13 Cinta Prats

Departament de Tecnologia

3r d’ESO

menys velocitat . Per poder saber les característiques del nostre mecanisme cal saber quina és la seva relació de transmissió.

La relació de transmissió és el quocient de les velocitats dels dos elements que es mouen i es representa per la lletra “i” . El seu càlcul surt de l’aplicació de la següent fórmula :

nconduïda

n2

i = -------------------- = --------------nconductora

n1

A més , també és pot calcular sabent les dents de les rodes dentades del mecanisme , o bé els diàmetres de les politges que formen els mecanismes : D1

Z1 i = --------Z2

o bé

i

= ---------D2

Segons el valor de “i” podem saber si el mecanisme és multiplicador o reductor:

Cas I: El valor de la “i” és més petit que 1 .

La velocitat de sortida és menor que la velocitat de la primera roda .

MECANISME REDUCTOR

Cas II: El valor de la “i” té valor igual a 1 , i les velocitats de les dues politges és la mateixa .

Cas III: El valor de la “i” és més gran que 1 . La velocitat de sortida és major que la velocitat de la primera politja .

MECANISME MULTIPLICADOR

14 Cinta Prats

Departament de Tecnologia

3r d’ESO

El raonament per rodes dentades serà el mateix .

En conclusió : SISTEMES MULTIPLICADORS Roda dentada o politja conductora > la roda o politja conduïda i<1 n2>n1 Força politja o engranatge conduïda < Força politja o engranatge motriu

SISTEMES REDUCTORS Roda dentada o politja conductora < la roda o politja conduïda i>1 n2<n1 Força politja o engranatge conduïda > Força politja o engranatge motriu

15 Cinta Prats

Departament de Tecnologia

3r d’ESO

1.8.Exemples de càlcul d’engranatges i politges Engranatges :

CAS I : quan Zmotriu< Zconduïda n2 Z1 10 1 I = -----=------ → i= ------ = ----n1 Z2 50 5

Z1= 10

Z2= 50

REDUCTORA Per cada volta que fa la conduïda en fa 5 la motriu

Z2= 30

CAS II : quan Zmotriu= Zconduïda n2 Z1 30 I = -----=------ → i= ------ = 1 n1 Z2 30

Z1= 30

Z1= 40 Z1= 10

CAS III : quan Zmotriu>Zconduïda n2 Z1 40 4 I = -----=------ → i= ------ = ----10 1 n1 Z2

Per cada volta que fa la conduïda en fa també 1 la motriu

MULTIPLICADOR A Per cada 4 voltes que fa la conduïda en fa 1 la motriu

Politges Una politja de 60 mm de diàmetre està col·locada a l’eix d’un motor que gira a 250r.p.m. Aquesta politja n’arrossega una altra de 20 mm de diàmetre mitjançant una corretja. Determineu:

• •

La relació de transmissió del sistema.

La velocitat de gir de la politja arrossegada.

a)

b)

d1 60 i = ------ = ------ = 3 d2 20 n1 d2 i = ------ = ------ O bé n2 d1

n1 250 n2 = ----- = ------ = 8’ 3333r.p.m. i 3 n1 d2 ------ = -----d1 n2

n1 · d1 n2 = ---------- =8,33rpm d2

16 Cinta Prats

Departament de Tecnologia

3r d’ESO

1.9.Trens de mecanismes Els trens de mecanismes són la unió de diversos mecanismes simples .Per exemple, els rellotges molts engranatges acoblats entre si . A continuació comentarem alguns exemples d’aquests trens de mecanismes .

a) Sistema de transmissió reductor. Un exemple d’aquest tipus seria el que descrivim a continuació : Unim un sistema de politges a un sistema d’engranatges

Sistema de transmissió REDUCTOR El punt on es connecta la politja (2)i la roda dentada(3) estan solidàries a un mateix punt( unides) , per tant la velocitat de les dues és la mateixa .

La politja 1 mou a la politja 2 i l’engranatge 3.Aquest últim transmet el moviment a l’engranatge 4. Aquest és un exemple de mecanisme reductor, per que la velocitat dels elements conduïts(grans) és menor que la dels elements motrius(petits)

17 Cinta Prats

Departament de Tecnologia

3r d’ESO

b) Tren de politges

Tren de politges

Quan volem reduir la velocitat d’un motor, es pot realitzar mitjançant unes quantes politges unides amb corretges , tal i com podem veure en aquest exemple : La politja 1 mou les politges 2 i 3, que són solidàries ; és a dir, que comparteixen l’eix. Conseqüentment la politja 3 mou a la politja 4 .La velocitat de sortida ( politja1) és superior a la velocitat de la politja 4 .La velocitat és reduïda, però la força final és molt més grossa , tal i com podem veure al dibuix.

c) Tren d’engranatges Si volem augmentar la velocitat d’un mecanisme farem servir un quants engranatges o politges acoblades, passant de mida més gran a mida més petita , 18 Cinta Prats

Departament de Tecnologia

3r d’ESO

L’engranatge 1 mou l’engranatge 2 i aquest mou al 3. Com que l’engranatge 1 és més gran , el set moviment és més lent. Per contra, l’engranatge 3 és el més petit, però té un moviment més ràpid.

Tren d’engranatges L’energia mecànica és igual per a tot els elements d’un mecanisme ; per tant, el que gira més de pressa té menys força al seu eix, i el que gira més a poc a poc té més força. En aquest cas, l’eix 1 és el més lent, però el que eleva més pes .

19 Cinta Prats

Departament de Tecnologia

3r d’ESO

1.10. Exemple de càlcul de la relació de transmissió d’un tren d’engranatges

Z1= 10 dents

Z2= 20 dents

Z3= 10 dents

Z4= 40 dents

Calcula la relació de transmissió Z1= 10 dents

Z2= 20 dents

i1 itotal = i1 · i2 i2

Z3= 10 dents

Z4= 40 dents

2.Mecanismes de transformació de moviment Quan parlem de mecanismes de transformació de moviment, ens referim a tots aquells mecanismes que el que fan és transformar el sentit d’un moviment a un altre, és a dir de circular a lineal alternatiu(pinyó cremallera) o bé de al revés , de lineal a circular . A continuació exposarem , d’una manera molt bàsica, els mecanismes de transformació més importants : •

Mecanisme Biela-Manovella

•

Mecanisme Excèntrica

•

Mecanisme Lleva

2.1. Mecanisme Biela – Manovella Aquest mecanisme es basa en dues barres articulades, de manera que una gira ( manovella) i l’altra es desplaça( biela ). Aquest sistema transforma un moviment circular en una moviment alternatiu o vaivé .

Esquema de Biela-Manovella 20 Cinta Prats

Departament de Tecnologia

3r d’ESO

A continuació exposarem els passos de transformació del moviment :

La manovella gira de manera que la unió bielamanovella s’obre i empeny la barra. És com estirar un braç obrint el colze.

Quan la biela i la manovella estan alineades, la barra arriba al màxim del desplaçament possible. És com tenir el braç completament estirat .

La manovella continua girant, la biela s’inclina i la barra retrocedeix( com si el nostre braç s’arrupís) .

La biela retrocedeix fins que se superposa a la manovella i s’inverteix al moviment lineal.

21 Cinta Prats

Departament de Tecnologia

3r d’ESO

Aplicacions : pistó d’un motor d’un cotxe ☺ Pistons d’un motor

2.2. Mecanisme Excèntrica Aquest mecanisme converteix el moviment circula en alternatiu i a l’inrevés .

Bàsicament es tracta d’una roda que té una barra rígida en un punt del seu perímetre .

Esquema de roda excèntrica

Després d’observar l’esquema , podríem dir que la roda excèntrica és una manovella amb forma circular, per la qual cosa funciona igual que un sistema biela-manovella .

Aplicacions : Joguines

22 Cinta Prats

Departament de Tecnologia

3r d’ESO

☺ Joguina

2.3. Mecanisme Lleva i seguidor La lleva transforma un moviment de gir en lineal alternatiu .

Aquest dispositiu, de forma ovoide, quan gira és capaç d’accionar un element al qual no està unit i moure’l de manera alternativa .

Esquema de lleva i seguidor El seguidor només transmet el moviment lineal quan la part sortint de la lleva entra en contacte amb ell .

23 Cinta Prats