MECANISMOS 1.
Introducción
Toda máquina compuesta es una combinación de mecanismos; y un mecanismo es una combinación de operadores cuya función es producir, transformar o controlar un movimiento. Los mecanismos se construyen encadenando varios operadores mecánicos entre si, de tal forma que la salida de uno se convierte en la entrada del siguiente. Existen dos grupos de mecanismos: 1. Mecanismos de transmisión del movimiento. 2. Mecanismos de transformación del movimiento. Los mecanismos de transmisión son aquellos en los que el elemento motriz (o de entrada) y el elemento conducido (o de salida) tienen el mismo tipo de movimiento. Los mecanismos de transformación son aquellos en los que el elemento motriz y el conducido tienen distinto tipo de movimiento. En estos mecanismos podemos distinguir tres tipos de movimiento.
1. Movimiento circular o rotatorio, como el que tiene una rueda. 2. Movimiento lineal, es decir, en línea recta y de forma continua. 3. Movimiento alternativo: Es un movimiento de ida y vuelta, de vaivén. Como el de un péndulo.
2.
Mecanismos de transmisión del movimiento
Como su nombre indica, transmiten el movimiento desde un punto hasta otro distinto, siendo en ambos casos el mismo tipo de movimiento. Tenemos, a su vez, dos tipos: 1.
Mecanismos de transmisión lineal: en este caso, el elemento de entrada y el de salida tienen movimiento lineal.
2.
Mecanismos de transmisión circular: en este caso, el elemento de entrada y el de salida tienen movimiento circular.
Tipos: a) b) c) d) e) f) g)
Palanca: Mecanismo de transmisión lineal. Sistema de poleas: Mecanismo de transmisión lineal. Sistema de poleas con correa. Mecanismo de transmisión circular. Sistema de ruedas de fricción: Mecanismo de transmisión circular. Sistema de engranajes: Mecanismo de transmisión circular. Transmisión por cadena Tornillo sin fin
a) Palanca Es un sistema de transmisión lineal. La palanca es una barra rígida que gira en torno a un punto de apoyo o articulación. Es un punto de la barra se aplica una fuerza F con el fin de vencer una resistencia R.
Imagen de: http://www.profesorenlinea.cl/fisica/PalancasConcepto.htm
b) Sistemas de poleas Una polea es una rueda con una ranura que gira alrededor de un eje por la que se hace pasar una cuerda que permite vencer una resistencia R de forma cómoda aplicando una fuerza F. De este modo podemos elevar pesos hasta cierta altura. Es un sistema de transmisión lineal, pues el movimiento de entrada y salida es lineal. Tenemos tres casos: a) Polea fija: La polea fija, como su nombre indica consta de una sola polea fija a algún lugar. b) Polea móvil: Es un conjunto de dos poleas, una de las cuales es fija y la otra móvil. c) Polipasto: Es un tipo de polea móvil con un número par de poleas, la mitad son fijas y la otra mitad son móviles.
Imagen: http://www.petervaldivia.com/ejercicios/mecanismos/
c)
Sistemas de poleas con correa.
Este sistema es el que se utiliza en nuestro proyecto de la Noria. Un sistema de transmisión por correa es un conjunto de dos poleas acopladas por medio de una correa con el fin de transmitir fuerzas y velocidades angulares entre árboles paralelos que se encuentran a una cierta distancia. La fuerza se transmite por efecto del rozamiento que ejerce la correa sobre la polea.
Las poleas no son más que una rueda (llanta) con un agujero en su centro para acoplarla a un eje en torno al cual giran. Para asegurar el contacto entre polea y correa se talla en la polea un canal o garganta que "soporta" a la correa.
En un sistema de transmisión de poleas son necesarias dos de ellas:
Una conductora, de entrada o motora, que va solidaria a un eje movido por un motor. Otra conducida, de salida o arrastrada, también acoplada a un eje y que es donde encontraremos la resistencia que hay que vencer.
Las ruedas giran a la vez por efecto de una correa. Las correas suelen ser cintas de cuero flexibles y resistentes.
Imagen de: http://e-ducativa.catedu.es/
Video que muestra como es la transmisión por poleas: http://www.youtube.com/watch?v=IPkwaAsgvkM
Según el tamaño de las poleas tenemos dos tipos: 1. Sistema reductor de velocidad: En este caso, la velocidad de la polea conducida (o de salida) es menor que la velocidad de la polea motriz (o de salida). Esto se debe a que la polea conducida es mayor que la polea motriz. 2. Sistema multiplicador de velocidad: En este caso, la velocidad de la polea conducida es mayor que la velocidad de la polea motriz. Esto se debe a que la polea conducida es menor que la polea motriz. La velocidad de las ruedas se mide normalmente en revoluciones por minuto (rpm) o vueltas por minuto. Ejemplo: Una relación de transmisión 1:4 significa que la velocidad de la rueda de salida es cuatro veces menor que la de entrada. Mecanismo multiplicador Se denomina mecanismo multiplicador de velocidad a aquél que transforma la velocidad recibida de un elemento motor (velocidad de entrada) en otra velocidad mayor (velocidad de salida). Se denomina mecanismo reductor de velocidad a aquél que transforma la velocidad de entrada en una velocidad de salida menor. En todo mecanismo de transmisión existen como mínimo dos eje, llamados eje motriz y eje conducido o arrastrado. El eje motriz es el que genera el movimiento y puede estar acoplado a un motor o ser accionado manualmente por medio de una manivela. El eje conducido es el que recibe el movimiento generado por el eje motriz. La velocidad de giro de los ejes se puede medir de dos formas:
Velocidad circular (n) en revoluciones o vueltas por minuto (r.p.m.) Velocidad angular (w) en radianes por segundo (rad/seg).
La expresión matemática que hace pasar de r.p.m. a rad/seg es: w = (2 * p * n) / 60
Transmisión simple Cuando un mecanismo se transmite directamente entre dos ejes (motriz y conducido), se trata de un sistema de transmisión simple.
Si se consideran dos peleas de diámetros "d1" y "d2" que giran a una velocidad "n1" y "n2" respectivamente, tal y como se indica en la figura, al estar ambas poleas unidas entre sí por medio de una correa, las dos recorrerán el mismo arco, en el mismo periodo de tiempo. d1 * n1 = d2 * n2 De donde se deduce que los diámetros son inversamente proporcionales a las velocidades de giro y, por tanto, para que el mecanismo actúe como reductor de velocidad, la polea motriz ha de ser de menor diámetro que la polea conducida. En caso contrario actuará como mecanismo multiplicador. El sentido de giro de ambos ejes es el mismo. Relación de transmisión (i) i = velocidad de salida / velocidad de entrada i = n2 / n1 = d1 / d2 Cuando i es mayor que 1 es un sistema multiplicador. Cuando i es menor que 1 es un sistema reductor.
Transmisión Compuesta Cuando un movimiento se transmite entre más de dos árboles o ejes de transmisión se dice que se trata de un sistema de transmisión compuesta. Consideremos el siguiente ejemplo de la figura.
n1 *d1 = n2 * D2 n2 * d2 = n3 * d3 i = n3 / n1 = (d1 / D2) * (d2 / d3) i = i1,2 * i2,3 = (d1/D2) * (d2/d3) = (n2/n1) * (n3/n2)
d) Ruedas de fricción Consisten en dos ruedas que se encuentran en contacto directo. La rueda de entrada (conectada al eje motor) transmite por rozamiento el movimiento circular a la rueda de salida (conectada al eje conducido).
Imagen de: http://www.tecnojulio.com/1eso/2012/02/04/mecanismos-de-transmision-circular/
e) Transmisión por engranajes Los engranajes son ruedas dentadas que encajan entre sí, de modo que, unas ruedas transmiten el movimiento circular a las siguientes. El tamaño de los dientes de todos los engranajes debe ser igual. Los engranajes giran de modo que, los más pequeños giran a mayor velocidad, de modo similar al caso del sistema de poleas con correa.
Imagen de: http://concurso.cnice.mec.es/cnice2006/material107/mecanismos/mec_eng_multiplicador.htm
f) Transmisión por cadena Este sistema de transmisión consiste en dos ruedas dentadas de ejes paralelos, situadas a cierta distancia la una de la otra, y que giran a la vez por efecto de una cadena que engrana a ambas. Se emplea cuando se tienen que transmitir grandes potencias con relaciones de transmisión reducidas. Es el mecanismo que emplean las bicicletas. La relación de transmisión se calcula como en el caso de los engranajes.
Imagen
de:
http://www.motorpasionmoto.com/tecnologia/transmisiones-por-cadena-correadentada-o-cardan-para-gustos-los-colores http://e-ducativa.catedu.es/
g) Tornillo sinfín Se trata de un tornillo que se engrana a una rueda dentada, cuyo eje es perpendicular al eje del tornillo. Por cada vuelta del tornillo sinfín acoplado al eje motriz, la rueda dentada acoplada al eje de arrastre gira un diente. Este sistema tiene una relación de transmisión muy baja, es decir, es un excelente reductor de velocidad. Se emplea, por ejemplo, en las clavijas que tensan las guitarras. El elemento motriz es el tornillo y el elemento conducido es la rueda dentada. NUNCA A LA INVERSA.
Imagen de: http://tecno3iesmservet.blogspot.com.es/2013/02/tornillo-sin-fin-que-tipo-pertenece.html
3.
Mecanismos de transformación del movimiento
En estos mecanismos, el tipo de movimiento que tiene el elemento de entrada del mecanismo es diferente del tipo de movimiento que tenga el elemento de salida, es decir, el tipo de movimiento se transforma en otro distinto, de ahí el nombre de mecanismo de transformación. Los mecanismos de transformación pueden ser, a su vez, agrupados en dos grandes grupos: 1.
2.
Mecanismos de transformación circular-lineal: En este caso, el elemento de entrada tiene movimiento circular, mientras que el elemento de salida tiene movimiento lineal. Ejemplo: El mecanismo piñón-cremallera. Mecanismos de transformación circular-alternativo: En este caso, el elemento de entrada tiene movimiento circular, mientras que el elemento de salida tiene movimiento alternativo. Ejemplo: El mecanismo de biela-manivela.
a) La leva Una leva es un elemento mecánico hecho de algún material (madera,metal, plástico, etc.) que va sujeto a un eje y tiene un contorno con especial. Permite obtener un movimiento alternativo, a partir de uno circular.
b) Piñón-cremallera Este mecanismo convierte el movimiento circular de un piñón en uno lineal continuo por parte de la cremallera, que no es más que una barra rígida dentada.
http://aprendemostecnologia.org/maquinas-y-mecanismos/mecanismos-detransformacion-del-movimiento/ c) Biela Manivela Este mecanismo transforma el movimiento circular de la manivela en un movimiento alternativo del pie de una biela, que es una barra rígida, cuyo extremo está articulado y unido a la manivela.
d) El cigüeñal El cigüeñal es un árbol de transmisión que junto con las bielas transforma el movimiento alternativo en circular, o viceversa. En realidad consiste en un conjunto de manivelas. Cada manivela consta de una parte llamada muñequilla y dos brazos que acaban en el eje giratorio del cigüeñal. Cada muñequilla se une una biela, la cual a su vez está unida por el otro extremo a un pistón.
e) Mecanismo de tornillo-tuerca El mecanismo tornillo-tuerca, conocido también como husillo-tuerca es un mecanismo de transformación de circular a lineal compuesto por una tuerca alojada en un eje roscado (tornillo). Si el tornillo gira y se mantiene fija lo orientación de la tuerca, el tornillo avanza con movimiento rectilíneo dentro de ella. Por otra parte, si se hace girar la tuerca, manteniendo fija la orientación del tornillo, aquella avanzará por fuera de ésta. Este mecanismo es muy común en nuestro entorno, pues lo podemos encontrar en infinidad de máquinas y artilugios.