IES Pedro Simón Abril
MÁQUINAS Y MECANISMOS MECANISMOS DE TRANSMISIÓN LINEAL
LA PALANCA
“Dadme una barra y un punto de apoyo, y moveré el mundo” (Arquímedes, s. III a.C.). 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. Ley de la Palanca
F · BF = R·BR Tipos de palancas
Actividades de aula:
• En un columpio se encuentran jugando dos niños El peso del primero de ellos es de 35 kg y la distancia a la que está sentado con respecto al punto de apoyo del columpio es de 1,1 metros. El segundo de ellos está sentado a 0,9 m del punto de apoyo del columpio ¿cuánto pesará el segundo niño? Sol: 42,78 kg • 1 de la página 51
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MÁQUINAS Y MECANISMOS
MECANISMOS DE TRANSMISIÓN LINEAL
POLEAS Y POLIPASTOS
Polea: es una rueda con una hendidura en la llanta por donde se introduce una rueda o correa Gracias a la polea se pueden elevar cargas con m谩s comodidad, porque cambian la direcci贸n de la fuerza.
Tipos de poleas a) Polea fija: desplazamiento
solo
gira,
pero
no
sufre
En estas poleas se debe cumplir:
F=R Resistencia (R)
Fuerza (F)
F= Fuerza en Newtons (N) R= Resistencia en kilogramos (Kg) o Newtons (N)
b) Polea m贸vil: la polea gira y adem谩s se desplaza hacia arriba Esta polea divide por dos la fuerza realizada, pero es necesario recoger el doble de cuerda.
En estas poleas se debe cumplir:
F=R 2 F= Fuerza en Newtons (N) R= Resistencia en kilogramos (Kg) o Newtons (N) Resistencia (R)
Fuerza (F)
Actividades de aula: 1. ¿Qué fuerza se tiene que hacer para subir un peso de 40 kg con una polea fija? ¿y si utilizamos una polea móvil? ¿qué conclusión sacas? 2. Si con una polea móvil he elevado un peso aplicando una fuerza 80N ¿Cuánto pesará la carga elevada? Dato: 1kg = 9,8 N sol: 160 N (16,32 kg) 3. Ejercicio 2 de la página 53
Polipasto: es un mecanismo compuesto por dos o m谩s poleas fijas o m贸viles. Gracias a los polipastos podemos elevar cargas muy pesadas con menos esfuerzo.
Tipos de polipastos a) Polipasto potencial: la misma cuerda pasa por todas las poleas. En estos mecanismos se debe cumplir:
F= R 2n
Fuerza (F) Resistencia (R)
F= Fuerza en Newtons (N) R= Resistencia en kilogramos (Kg) o Newtons (N) n= n煤mero de poleas m贸viles
b) Polipasto exponencial: por cada polea m贸vil pasa una cuerda diferente. En estos mecanismos se debe cumplir:
F= R 2n F= Fuerza en Newtons (N) R= Resistencia en kilogramos (Kg) o Newtons (N) n= n煤mero de poleas m贸viles
Fuerza (F) Resistencia (R)
Actividades de aula: 1. Con un polipasto potencial de tres poleas fijas, ¿qué peso podremos elevar si ejercemos una fuerza de 30 N? Expresa el resultado en Kg y realiza el dibujo correspondiente. Sol: 180 N (18,37 Kg) 2. Con un polipasto exponencial de cuatro poleas móviles, ¿qué fuerza hay que hacer para elevar un peso de 120 kg? Expresa el resultado en N y realiza el dibujo correspondiente. Sol: 7,5 kg (73,5 N)
IES Pedro Simón Abril MÁQUINAS Y MECANISMOS MECANISMOS DE TRANSMISIÓN CIRCULAR
ENGRANAJES
Tornillo Sinfín-Corona
TRANSMISIÓN POR CORREA
Ruedas de fricción
TRANSMISIÓN POR CADENA
Engranajes: son ruedas dentadas que transmiten el movimiento circular entre ejes cercanos mediante el empuje que ejercen los dientes de unas piezas sobre otras. En funci贸n del tama帽o de cada rueda, se puede distinguir entre sistemas de aumento o reducci贸n de la velocidad de giro: a) Sistema multiplicador
b) Sistema reductor
TIPOS DE ENGRANAJES a) Cilíndricos
Transmites el movimiento entre ejes paralelos
b) Cónicos
Transmites el movimiento entre ejes perpendiculares
c) Helicoidales
Sus dientes están curvados y resultan mucho más silenciosos
Aplicaciones: caja de cambio de automóviles, relojería, taladros, tornos y especialmente como sistemas de reducción de velocidad de motores en máquinas, etc.
En todos los sistemas de engranaje, se debe cumplir:
Z1·ω1= Z2·ω2 Z1= número de dientes del engranaje 1 ω1= velocidad angular del engranaje 1 (en rpm) Z2= número de dientes del engranaje 2 ω2= velocidad angular del engranaje 2 (en rpm)
Ejercicio: En un sistema de transmisión por engranajes, el número de dientes del engranaje conductor es de 25 y su velocidad de 150 rpm y el número de dientes del conducido es15, ¿Cuál es la velocidad del engranaje conducido? Sol: 250 rpm
Transmisión por correa: Es un mecanismo que permite transmitir un movimiento circular entre dos ejes situados a cierta distancia. Cada eje se conecta a una rueda o polea, y entre ambas se hace pasar una correa que transmite el movimiento circular por rozamiento
Vídeo 1 Vídeo 2
Aplicaciones: lavadoras, ventiladores, lavaplatos, pulidoras, videos, cortadores de carne, taladros, generadores de electricidad, cortadoras de césped, transmisión en motores, etc.
La ecuación que relaciona el movimiento de dos poleas unidas por una correa es:
D1·ω1= D2·ω2 D1= diámetro de la polea 1 ω1= velocidad angular de la polea 1 (en rpm) Z1= diámetro de la polea 2 ω1= velocidad angular de la polea 2 (en rpm)
Ejercicio: En un sistema de transmisión por correa, se tiene una polea de 90 mm de diámetro y otra de 3 cm. La polea grande gira a 200 rpm. Calcula la velocidad de la polea pequeña. Sol 600 rpm
Transmisión por cadena: sistema de transmisión entre ejes paralelos situados a cierta distancia. Cada eje se conecta a una rueda dentada, y entre ellas se hace pasar una cadena que engrana ambas ruedas transmitiendo el movimiento circular por empuje. Aplicaciones: Bicicletas, motos, puertas elevables, puertas de apertura automática (ascensores, supermercados), mecanismos internos de motores, etc.
Se cumple la ecuación de equilibrio de transmisión por engranajes:
Z1·ω1= Z2·ω2 Z1= número de dientes del engranaje 1 ω1= velocidad angular del engranaje 1 (en rpm) Z1= número de dientes del engranaje 2 ω1= velocidad angular del engranaje 2 (en rpm)
Sinf铆n-Corona: 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 por empuje.
Aplicaciones: principalmente sistemas que requieran una gran reducci贸n de velocidad (limpiaparabrisas de los coches, cuentakil贸metros, clavijas de guitarras, reductoras para motores el茅ctricos, etc.).
Ruedas de fricci贸n: 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). Las ruedas de fricci贸n pueden patinar, con lo que no se utilizan para transmitir grandes potencias.
Aplicaciones: dinamos de bicicletas, transmisi贸n en norias, balancines, tocadiscos, etc.
RELACIÓN DE TRANSMISIÓN A) Poleas: cociente entre el diámetro de la polea conducida (D2) y diámetro de la polea motriz (D1). También se puede calcular como velocidad de la polea motriz (ω1) entre velocidad de la polea conducida (ω1).
B) Engranajes: cociente entre el número de dientes del engranaje conducido (Z2) y el número de dientes del engranaje motriz (Z1). También se puede calcular como velocidad del engranaje motriz (ω1) entre velocidad el engranaje conducido (ω1).
D2 1 i D1 2
Z 2 1 i Z1 2
En todos los casos: Si i > 1= Sistema reductor (conducido mayor que conductor y gira a menor velocidad) Si i < 1 = Sistema multiplicador (conducido menor que conductor y gira a mayor velocidad) Si i = 1 = Sistema que mantiene la velocidad
TRENES DE MECANISMOS Los trenes de mecanismos son la unión de varios mecanismos simples
Tren de poleas reductor
Tren de engranajes reductor
En estos casos la relación de transmisión compuesta se obtendrá como:
iT= i1 · i2·….. in ENGRANAJE LOCO: En un engrane simple de un par de ruedas dentadas, el eje motor tiene un sentido de giro contrario al que tiene el eje conducido. Muchas veces, en las máquinas, esto no es conveniente, porque es necesario que los dos ejes giren en el mismo sentido. Para conseguir este objetivo se intercalan entre los dos engranajes un tercer engranaje que gira libre en un eje, y que lo único que hace es invertir el sentido de giro del eje conducido, porque la relación de transmisión no se altera en absoluto. Esta rueda intermedia hace las veces de motora y conducida y por lo tanto no altera la relación de transmisión
IES Pedro Simón Abril MÁQUINAS Y MECANISMOS MECANISMOS DE TRANSFORMACIÓN
TORNILLO-TUERCA
PIÑÓN-CREMALLERA LEVA
BIELA-MANIVELA
Animación motor de un coche
Vídeo motor de un coche
Animación cigüeñal
Vídeo cigüeñal
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LAS MÁQUINAS TÉRMICAS Pueden ser de dos tipos: a) Combustión externa: el combustible se quema fuera del motor, como en el caso de la máquina de vapor. b) Combustión interna: el combustible se quema dentro de la máquina, como en el motor de un coche.
1. MÁQUINAS DE COMBUSTIÓN EXTERNA: MÁQUINA DE VAPOR Uno de los primeros ingenios capaces de transformar la energía térmica fue la máquina motriz de vapor. En su versión alternativa han sido durante muchos tiempo los únicos motores térmicos disponibles y ha desempeñado un papel fundamental en la Revolución Industrial. La máquina de vapor se hizo popular gracias al tren, a los barcos de vapor y a la multitud de máquinas que sustituyeron el trabajo manual.
FUNCIONAMIENTO DE LA MÁQUINA DE VAPOR
1. El calor generado por la combustión del combustible (combustión externa) se utiliza para convertir el agua de la caldera en vapor de agua. Este vapor seguirá aumentado su tempera hasta transformarse en vapor saturado a elevada presión. 2. El vapor saturado, entra en el cilindro que tiene en su interior un pistón. El vapor que se introduce en el cilindro primero por un extremo y luego por el contrario, gracias al distribuidor, produce en el pistón un movimiento de vaivén, que se transforma en movimiento de rotación por el mecanismo biela-manivela.
2. MÁQUINAS DE COMBUSTIÓN INTERNA: MOTORES 4T Y 2T MOTOR DE 4T: Es el utilizado en la mayoría de los coches. Se llama de cuatro tiempos (4T) porque tiene cuatro fases claramente diferenciadas: Admisión, Compresión, Explosión-Expansión, y Escape ADMISIÓN
Entra al interior del cilindro la mezcla de aire y combustible (solo aire si es un motor diesel), a través de la válvula de admisión y el pistón baja.
COMPRESIÓN
La válvula de admisión se cierra y el pistón suben, comprimiendo la mezcla de aire y combustible.
EXPLOSIÓN-EXPANSIÓN
ESCAPE
En los motores gasolina la bujía hace estallar la mezcla por medio de una chispa y el pistón baja por el empuje de los gases. En los motores diesel no existe bujía, se inyecta el combustible y éste explota por la elevada presión y temperatura.
El pistón sube y arrastra los gases de la combustión, que salen a través de la válvula de escape, la cual permanece abierta.
2. MÁQUINAS DE COMBUSTIÓN INTERNA: MOTORES 4T Y 2T MOTOR DE 2T: Es más sencillo que el 4T. Se utiliza en las motos, cortacéspedes…Al igual que en el 4T sus fases son: Admisión, Compresión, Explosión-Expansión, y Escape ADMISIÓN y COMPRESIÓN
El pistón sube y el cárter, parte inferior del motor, se llena con la mezcla de aire, gasolina y aceite que viene del carburador. Al mismo tiempo la mezcla queda comprimida
EXPLOSIÓN y ESCAPE
Cuando el pistón llega a su punto más alto, la bujía produce una chispa que hace explotar la mezcla. El pistón baja, la mezcla del cárter se impulsa hacia el cilindro y los gases de combustión salen del mismo.
Actividades de aula: 1. Ejercicio 9 de la pรกgina 67 2. Ejercicios 16 y 17 de la pรกgina 72 3. Ejercicios 24 y 25 de la pรกgina 73