APUNTS MÀQUINES SIMPLES Què és una màquina? Una màquina és un objecte que ens ajuda a efectuar un treball d'una manera més còmoda, ràpida i descansada. Des del punt de vista tècnic, una màquina és un objecte capaç de transformar l'energia en un altre tipus d'energia o en un treball útil. Evolució de les màquines Les primeres màquines eren simples rampes o plans inclinats i troncs per fer palanca i ajudar a desplaçar blocs de pedra. Posteriorment, la utilització de troncs col·locats sota de lloses va donar lloc a la invenció de la roda. El següent pas va ser la invenció de les rodes hidràuliques, les sínies, els batans, martinets, molins, etc. Aquestes màquines eren mogudes per animals o per la força de l'aigua o el vent. La revolució industrial amb la invenció de la màquina de vapor i la utilització del carbó com a font d'energia, va marcar un canvi molt important en la utilització i evolució de les màquines. Des de finals del segle XIX amb el descobriment de l'electricitat i l'ús del petroli com a font d'energia, junt amb la invenció dels motors elèctrics i els motors de combustió interna a dut a un ús massiu i imprescindible de les màquines.
Constitució d'una màquina. Les màquines poden ser: •
simples, formades per una sola peça, per exemple barra utilitzada com a palanca,
•
complexes i sofisticades formades per centenars o milers de peces com rellotges, cotxes, avions, etc.
En general les màquines complexes tenen dos parts: •
L'Estructura (carcassa) és part rígida que serveix de suport dels mecanismes i
de les forces que actuen a la màquina. •
Els mecanismes són les parts mòbils que transmeten moviments o forces que actuen
sobre la màquina. Tipus de moviments de les màquines Els moviments que poden efectuar les màquines es poden agrupar de la següent manera:
Moviment rectilini és quan un objecte es desplaça en línia recta, pot ser: horitzontal, vertical o inclinat.
Moviment circular o curvilini és quan un objecte es desplaça en una trajectòria circular o corba.
Moviment alternatiu és un moviment rectilini o circular que canvia constantment de sentit.
Treball Segons la física es fa un treball quan es desplaça un objecte mitjançant mitjançant l'aplicació d'una força. Per tant el treball W és el producte de la força F per l'espai e recorregut. W = F· d El treball com l'energia es mesura amb Joules (J) 1 J = 1N * 1 m ;(1 Joule = 1 Newton * 1 metre) Màquines simples Les màquines simples són les constituïdes bàsicament per un sol element, s'apliquen per ampliar l'efecte d'una força i són ón la base per la construcció d'altres màquines. Les màquines simples ens faciliten la realització d'un treball. Les màquines simples fonamentals són: •
La palanca
•
El pla inclinat
•
La roda
•
La politja
La palanca La palanca és una barra rígida i que gira sobre un punt de suport anomenat fulcre, si en un dels extrems de la palanca s'aplica una força relativament petita es possible vèncer una resistència més gran situada a l'altre extrem. En una palanca a la distància entre el punt d'aplicació de la força o la resistència i el fulcre s'anomena braç. La palanca té dos braços: el braç de força és distància entre el punt d'aplicació de la força i el fulcre el braç de resistència és la distància entre el punt d'aplicació de la resistència i el fulcre. La formula general: F · d1 = R · d2
Tipus de palanca
Primer gènere
Segon gènere
Tercer gènere
Segons la situació del fulcre respecte el punt d'aplicació de la força i la resistència tenim tres tipus de palanca.
Pla inclinat El pla inclinat és una simple rampa que serveix per desplaçar objectes des d'un nivell a un altre més elevat. La força necessària per elevar un objecte des d'un punt a un altre superior ve donat per la següent expressió: F=P·h/L
P = pes en Newtons ; Pes = m · g h = alçada en metres L = longitud del pla inclinat
La roda La
roda
va
ser
un
dels
grans
descobriments
de
l'ésser
humà.
La roda permet desplaçar objectes pesats i voluminosos amb poc esforç i un gran estalvi d'energia. La roda és la base d'altres màquines com el torn, el cargol, la manovella, les politges o els engranatges.
La politja La politja és una roda amb un canal en la seva paret circular, aquest canal permet el pas d'una corda o corretja per tal de transmetre força i moviment. La corriola o politja fixa és una màquina simple que permet elevar pesos amb comoditat. En una corriola la força que cal aplicar per elevar el pes és igual a aquest, canvia la direcció en la aplicació de la força.
La politja mòbil és un sistema format per dues politges una fixa i un altre mòbil unides per mitja d'una corda. La força que cal fer per elevar o moure un objecte és igual a la meitat de la resistència. F=R/2
Si el sistema té més una politja mòbil la força és igual a la resistència entre el doble del nombre de politges mòbils . F = R / 2n n= nombre de politges mòbils MECANISMES DE TRANSMISSIÓ DEL MOVIMENT Sovint un moviment no es genera just el lloc on s’ha d’utilitzar si no que cal transportar-lo. Els elements que veurem a continuació ens permeten transportar un moviment i variar la velocitat i la força. TRANSMISSIONS DEL MOVIMENT DE ROTACIÓ El moviment de rotació es transmet des d’un eix o arbre a un altre a través de politges o engranatges. •
Velocitat de rotació
És la velocitat de gir de la politja expressada en voltes per minut o revolucions per minut (rpm o min-1). En el sistema internacional la velocitat angular (w) es mesura en rad/s •
Relació de transmissió
Ens indica les voltes que donarà l’eix de sortida per cada volta que doni l’eix d’entrada.
TRANSMISSIÓ
PER
ENGRANATGES
Un engranatge és un conjunt de dues rodes dentades (de metall o de plàstic) en que les dents d’una encaixen en les de l’altra; d’aquesta manera, quan una de les rodes gira arrossega l’altra (no hi ha elements intermedis com corretges o cadenes). La roda dentada connectada a l’aparell motor s’anomena motriu o conductora (és la que empeny) i la que es empesa es la roda conduïda. Podem augmentar o disminuir la velocitat en funció del nº de dents de les rodes. Normalment s’usen els sistemes
d’engranatges
més
com
a
reductors
ja
que
la
velocitat
dels
motors
és
elevada.
El sentit de gir en els sistemes d’engranatges s’inverteix, es a dir, si un d’ells gira en sentit horari, l’altre girarà en sentit antihorari. La transmissió de moviment i la força mitjançant engranatges té molts avantatges: •
més solidesa dels mecanismes.
•
reducció de l’espai ocupat.
•
no hi ha lliscament.
•
possibilitat de canvi de velocitat automàtica.
•
reducció de soroll.
•
capacitat de transmetre més potència.
•
la transmissió és exacta.
Aplicació: •
automòbil
•
petits electrodomèstics (batedores)
•
rellotges
•
joguines
Representació gràfica:
CÀLCUL DE VELOCITATS: Es calculen partint del nombre de dents dels engranatges.
RELACIÓ DE TRANSMISSIÓ: També
depèn
del
nombre
de
dents
de
la
roda
motriu
i
de
la
conduïda.
TIPUS D’ENGRANATGES: •
Amb dents rectes: Roda dentada amb les dents rectes i paral·leles a l’eix de rotació de l’engranatge. Són els més utilitzats i econòmics però sorollosos i per no treballar a grans velocitats. Utilitzats en rellotges, electrodomèstics, joguines, automòbils ...
•
Amb dents helicoïdals: Rodes que tenen tallades en la seva perifèria dents en forma d’hèlix. Són més silenciosos però de construcció més complicada i cara. Utilitzats en caixes de canvi.
•
Amb dents de fletxa o en forma de V: És un cas particular dels engranatges helicoïdals.
•
Engranatges cònics: Normalment s’usen per canviar de direcció (eixos que es tallen). Són troncs de con que tenen dents tallades a la superfície del con (les dents del con poden ser rectes o corbes). Utilitzats en sistemes de transmissió d’un automòbil el diferencial.
•
Engranatge cargol sense fi: Engranatge que transmet moviment entre eixos que formen 90º. S’usa per obtenir grans reduccions de velocitat (cada vegada que l’eix motriu (cargol) fa una volta completa, la roda helicoïdal només es mou una dent).
•
Engranatge de cremallera: És una barra prismàtica que té dents tallades en una de les seves cares, es a dir, es tracta d’una barra dentada. Es pot considerar la cremallera com una roda dentada amb un nombre de dents infinits i un diàmetre infinit. L’aplicació principal és la transformació de moviment circular en moviment rectilini. Exemple: trepant, direcció d’alguns cotxes, llevataps.