MÁQUINAS Y MECANISMOS
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MÁQUINAS Y MECANISMOS. ÍNDICE Los componentes de las máquinas Los mecanismos Palancas Ruedas, levas y poleas
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LOS COMPONENTES DE LAS MÁQUINAS. Elementos. Máquinas son aparatos que reducen el esfuerzo necesario para realizar un trabajo. En casi todas las máquinas podemos encontrar: Estructura: sirve de apoyo y protección para el resto de los componentes.
Mecanismos: transmiten y transforman las fuerzas y los movimientos.
Actuadores: transforman el movimiento en trabajo.
Motor: da energía mecánica a partir de cualquier otra.
Circuitos: que transportan la energía de un lugar a otro de la máquina. Dispositivos de mando regulación y control: controlan el funcionamiento 3
MECANISMOS. Tipos de movimientos. La mayoría de las máquinas tiene varios componentes que realizan movimientos. Los cuatro movimientos básicos, que dan lugar a múltiples movimientos combinados, son:
Lineal. Se realiza en línea recta y en un solo sentido
Rotativo. Es un movimiento en círculo y en un solo sentido
Alternativo. Es un movimiento de constante avance y retroceso en línea recta.
Oscilante. Es un movimiento de constante avance y retroceso describiendo un arco 4
MECANISMOS tornillo - tuerca.
El mecanismo tornillo–tuerca se emplea para transformar un movimiento de giro en otro rectilíneo con una gran reducción de velocidad y, por tanto, un gran aumento de fuerza. Por ello se ha usado frecuentemente en prensas. Podemos encontrarnos los dos casos siguientes:
Tuerca fija. Al estar la tuerca fija el tornillo avanza en línea recta consiguiendo ejercer una gran presión sobre los obstáculos que encuentra en su avance. Esta es la utilidad que se aprovecha en los tornillos de banco.
Tornillo fijo. En la bigotera y los compás de precisión es el tornillo el que está fijo y al girarlo mediante la ruedecilla central, las tuercas se desplazan variando la abertura. 5
MECANISMOS. Tipos de mecanismos. Los mecanismos son elementos o combinaciones de elementos que transforman las fuerzas y los movimientos. Permiten modificar su dirección e intensidad para lograr los que necesitamos. Algunos tipos de mecanismos son:
Poleas.
Engranajes.
Palancas.
Bielas.
Cigüeñales. 6
Mecanismos que transmiten movimiento
• Mecanismos de Transmisión lineal Palanca, Polea, Cuña y Plano Inclinado
•Mecanismos de Transmisión circular Poleas con correas Ruedas de fricción Tren de engranajes Sistemas piñón-cremallera Engranajes cónicos o helicoidales Tornillo sinfín 7
PALANCAS. Usos •
La palanca consiste en una barra rígida que puede oscilar sobre un punto de apoyo. Puede usarse para: 1. Transmitir movimientos. 2. Transformar un movimiento en otro de sentido contrario. 3. Transformar fuerzas grandes en fuerzas pequeñas. 4. Transformar fuerzas pequeñas en fuerzas grandes. 5. Transformar un movimiento pequeño en otro mayor. 6. Transformar un gran movimiento en uno pequeño.
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PALANCAS. Tipos 1 • En toda palanca tenemos tres elementos imprescindibles: Potencia o fuerza que aplicamos
Primer género. Tiene el punto de apoyo colocado entre la potencia y la resistencia.
Punto de apoyo
Resistencia o fuerza que deseamos superar
Segundo género. Tiene la resistencia colocada entre la potencia y el punto de apoyo.
Tercer género. Tiene la potencia colocada entre la resistencia y el punto de apoyo.
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PALANCAS. Tipos 2 En la vida diaria nos encontramos con muchos aparatos y mĂĄquinas que combinan varios tipos de palancas, son lo que llamamos palancas mĂşltiples.
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PALANCAS. La Ley de la palanca LEY DE LA PALANCA: el producto de la potencia por su distancia hasta el punto de apoyo es igual al producto de la resistencia por su distancia a ese mismo punto. Mediante una palanca podemos amplificar nuestra fuerza colocando convenientemente el punto de apoyo, la resistencia y el punto donde aplicaremos nuestra potencia.
Potencia x dp= Resistencia x dr
Con el punto de apoyo a la misma distancia de la potencia y de la resistencia no hay amplificaciรณn de la fuerza
Si la potencia estรก dos veces mรกs lejos del punto de apoyo que la resistencia, la fuerza se amplifica al doble. 11
RUEDAS, LEVAS Y POLEAS. Ruedas: en el volante y en otras ruedas aprovechamos la propiedad de la palanca. La potencia se aplica en el exterior y la resistencia está en el mismo punto de apoyo que se sitúa en el centro. La rueda excéntrica y la leva: son ruedas que giran sobre un eje que no coincide con su centro. Logran convertir un movimiento circular en uno alternativo que es transmitido a otro componente (palanca, balancín, ...) que está conectado con ellas
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RUEDAS, LEVAS Y POLEAS. La polea es un mecanismo compuesto por una rueda, acanalada en su perímetro, y su eje. La polea fija no se mueve al desplazar la carga. En la polea móvil, que se desplaza al desplazar la carga, el punto de apoyo no está en el eje sino en la cuerda. Con las poleas ganamos en comodidad. Con las poleas móviles también logramos amplificar la fuerza.
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RUEDAS, LEVAS Y POLEAS. Los polipastos son combinaciones de poleas, fijas y m贸viles, con las que logramos cambiar la direcci贸n del esfuerzo que realizamos y conseguimos amplificar la fuerza. Para ello tenemos que aumentar tambi茅n la longitud de la cuerda que deberemos desplazar. 14
SISTEMAS DE TRANSMISIÓN CIRCULAR. Los sistemas de transmisión son mecanismos que se emplean para transmitir movimientos de un eje a otro. Existen varios sistemas: Mediante ruedas de fricción: son mecanismos con dos o más ruedas que están en contacto. Al girar una hace girar a la otra en sentido contrario. Los ejes de las ruedas deben estar muy próximos y pueden ser paralelos o que se corten. Transmisión mediante poleas y correa: son mecanismos formados por dos o más poleas conectadas entre sí mediante correas. Los ejes de las ruedas pueden estar muy alejados y pueden estar paralelos o cortarse. Las correas pueden colocarse cruzadas para cambiar el sentido de giro. Según los diámetros de las ruedas y la rueda que actúe como motriz podemos lograr modificar la relación entre la velocidad de giro y la fuerza de una rueda y otra.
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SISTEMAS DE TRANSMISIÓN CIRCULAR. Transmisión mediante poleas y correa: son mecanismos formados por dos o más poleas conectadas entre sí mediante correas. Los ejes de las ruedas pueden estar muy alejados y pueden estar paralelos o cortarse. Las correas pueden colocarse cruzadas para cambiar el sentido de giro. Según los diámetros de las ruedas y la rueda que actúe como motriz podemos lograr modificar la relación entre la velocidad de giro y la fuerza de una rueda y otra.
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SISTEMAS DE TRANSMISIÓN. Engranajes Los sistemas de transmisión por engranajes están formados por ruedas dentadas engarzadas entre sí. Podemos encontrar los siguientes tipos.
De ruedas rectas: Se emplea para aumentar o reducir la velocidad de giro y para mantener o cambiar el sentido de la rotación.
Transmisión mediante piñones y cadena: son mecanismos compuestos por dos ruedas dentadas unidas mediante una cadena. Se comportan como las transmisiones mediante poleas y correa, pero con la ventaja de que, al ser las ruedas dentadas, la cadena no corre peligro de deslizarse. 17
SISTEMAS DE TRANSMISIÓN. Engranajes
Tornillo sin fin o sin fin corona: transmite el movimiento a un eje perpendicular y reduce mucho su velocidad.
De ruedas cónicas: transmite el movimiento a un eje que se encuentra en ángulo recto con el eje motor.
Cremallera y piñón: convierten el movimiento giratorio en lineal y viceversa.
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LA RELACIÓN DE TRANSMISIÓN •
Sistema multiplicador de velocidad
•
•
Sistema reductor de velocidad
Sistema que mantiene la velocidad
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LA RELACIÓN DE TRANSMISIÓN En todos los sistemas de transmisión, el aumento o disminución de fuerza y velocidad depende de la relación de transmisión.
La Relación de transmisión en el caso de poleas y correa es el cociente entre entre el diámetro de la rueda arrastrada y el de la rueda motriz.
d1 / d2 = n2 / n1
n1
n2
d1
d2 Rueda motriz
Rueda arrastrada
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LA RELACIÓN DE TRANSMISIÓN En todos los sistemas de transmisión, el aumento o disminución de fuerza y velocidad depende de la relación de transmisión.
La Relación de transmisión en el caso de engranajes y piñones con cadena es el cociente entre el número de dientes del engranaje arrastrado y el del engranaje motor. n1 n2 z1 / z2 = n2 / n1 z1 z2 Rueda motriz
Rueda arrastrada
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LA RELACIÓN DE TRANSMISIÓN. El reductor de velocidad. El reductor de velocidad es un mecanismo que se emplea para lograr que un motor cuyo eje gira muy deprisa pero con poca fuerza sea capaz de mover un elemento que precisa mayor fuerza para girar, pero gira más lentamente.
Rueda motriz Rueda arrastrada
Rueda motriz
Rueda arrastrada
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Mecanismos que transmiten y transforman el movimiento giratorio en rectilíneo (o viceversa)
• Torno-manivela • Piñón cremallera • Tornillo tuerca 23
MANIVELAS Y BIELAS. La manivela La manivela es un mecanismo que sirve para hacer girar un eje con menos esfuerzo. Cuanto más larga es la manivela menor es el esfuerzo que deberemos realizar.
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MANIVELAS Y BIELAS. La biela La biela es una barra rígida que está conectada a un cuerpo que gira . La biela se desplaza según un movimiento alternativo. La biela y la manivela suelen utilizarse juntas formando el conjunto biela‐manivela . El pedal de la bicicleta que transforma el movimiento alternativo de la pierna en la rotación del plato y de las ruedas es un ejemplo muy conocido.
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MANIVELAS Y BIELAS. La biela
El cigüeñal es un conjunto de manivelas colocadas sobre un mismo eje. Se usa cuando queremos dar movimiento alternativo a varios elementos. 26
Máquinas térmicas Las máquinas están compuestas por dos partes fundamentales denominadas elementos motrices y elementos de máquinas (mecanismos). Energía térmica. Obtenida al quemar algún combustible. Dependiendo de que ésta se realice dentro o fuera del cilindro, tenemos: 1.Motores de combustión externa. El más conocido es la locomotora de vapor. Un motor con gran futuro pero no muy conocido es el motor Stirling. 2. Motores de combustión interna. Ejemplo: motores de gasolina, diesel, turborreactores, etc. 27
Problemas de palancas
Sobre una articulaci贸n de sentido contrario se ejerce una fuerza de 20 Kg. Si la distancia de la fuerza al centro de giro es igual a 5 cm y la distancia y= 3 cm, calcula la fuerza ejercida sobre la otra articulaci贸n. Soluci贸n: 33,33 N. Calcula la Fuerza necesaria para elevar la carga de 60 Kg seg煤n el tipo de polea que se utilice.
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Problema de relación de transmisión Un motor de 1750 rpm hará funcionar una esmeriladora a 820 rpm: a) ¿Qué razón de transmisión se requiere? b) ¿Cuál debe ser el diámetro de la polea motriz si el diámetro de la polea receptora es de 10.2 cm? Soluciones: a) 2.1 b) 4.8 cm
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Caja de velocidades Ejemplo de cálculo de velocidades: Si el número de dientes de cada uno de los engranajes es el que se muestra en la figura y el número de revoluciones del motor es de 1.800, determina el número de revoluciones para el árbol III, dependiendo de la combinación de engranajes. Solución: Dependiendo de las combinaciones, las posibles soluciones son 2.160 rpm; 308,57rpm; 6.000 rpm y 857,14 rpm.
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Motores de combustión interna • Si ciertamente el motor de combustión interna en términos de eficiencia no es la maravilla mecánica (se habla de un porcentaje de eficiencia de un 25% en el caso del motor de gasolina y de un 40% en el caso del motor de diesel), en la actualidad es la fuerza motriz vehicular más usada.
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Motor de 4 tiempos • El motor de cuatro tiempos es el más utilizado. Necesita un combustible que se quema junto con el oxígeno del aire, para generar la energía necesaria. La tecnología híbrida o sólo eléctrica en el mundo automotriz parecen ser los sustitutos del motor de combustión. 32
MECANISMO DE LA
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PROPULSION
Para que un cuerpo se acelere es necesario aplicarle una fuerza (Segunda Ley de Newton) y debe existir otro cuerpo al que le aplique una fuerza igual y contraria (Tercera Ley de Newton). 33
MOTORES PARA VOLAR. MECANISMO DE LA PROPULSION. Si como consecuencia de la fuerza aplicada sobre el cuerpo (avi贸n) este se desplaza en una determinada direcci贸n, debe haber otro cuerpo (gases de escape de motor) que lo haga en sentido contrario.
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Tipos Hay dos tipos principales de motores de aviones: ✦Turborreactor, turbofan y turbohélice que tienen una turbina compresora y se usan en los aviones comerciales ✦Estatorreactor y pulsorreactor
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Enlaces en la WEB: http://concurso.cnice.mec.es/cnice2006/material107/ index.htm
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