Llibre: mecanismes

99 100 107 108 110

Classificació dels mecanismes Mecanismes de transmissió de moviment Trens de mecanismes Mecanismes de transformació de moviment Altres mecanismes

Mecanismes La majoria de màquines incorporen mecanismes per transformar i/o transmetre les forces i el moviment. Com ho fa una bicicleta? I el motor d’una moto?

4

4

Classificació dels mecanismes

Els mecanismes es poden classificar segons

Transmissió i transformació de moviment la transformació de moviment

la transmissió de moviment

de transmissió directa

rodes de fricció

per engranatges

mitjançant elements flexibles

eixos

cilíndrics rectes

per corretja

arbres

helicoïdals

per cadena

acoblaments

cònics

1

La majoria de màquines tenen mecanismes de transmissió formats per òrgans mòbils que generalment transmeten i modifiquen la força i el moviment des de l’element motriu (motor) fins als components que executen el treball propi de la màquina.

• Segons el tipus de transmissió de moviment podem distingir quatre tipus de mecanismes: – De transmissió directa.

– Rodes de fricció.

– Per engranatges.

– Mitjançant elements flexibles:

i necessiten uns

es combinen i formen

elements auxiliars

trens de mecanismes

suports

canvi de marxes

– Transmissió per corretja.

– Transmissió per cadena.

• Segons el tipus de transformació de moviment podem distingir cinc tipus principals de mecanismes:

boixes

– De biela-manovella.

es pot calcular la

coixinets

– Lleves i excèntriques.

xavetes

3

relació de transmissió

– De cremallera.

– Cargol o vis sense fi.

llengüetes

– Creu de Malta.

4

biela-manovella

lleves i excèntriques 2

mecanisme de cremallera

A més de tots aquests mecanismes, moltes màquines disposen d’altres tipus de mecanismes, com ara els embragatges, els frens o els inversors de gir. També és possible trobar combinacions o trens de mecanismes, com a les caixes de canvi.

Quin mecanisme hi veus, en aquesta fotografia?

cargol sense fi

format per

creu de Malta

format per

èmbol pinyó biela cremallera manovella (cigonyal)

Segur que ja saps...

98

T’agradaria saber...

1

Què és una roda motriu?

3

Com es calcula la relació de transmissió d’un engranatge?

2

Quin mecanisme s’utilitza en les guitarres per tensar les cordes?

4

Existeixen motors d’explosió sense un mecanisme de biela-manovella?

99

4

Mecanismes de transmissió directa

Elements dels mecanismes de transmissió directa Quan es necessita efectuar una transmissió de moviment directa s’acostuma a treballar amb eixos, arbres o acoblaments.

Eix Un eix és un suport fix, normalment de forma cilíndrica, que serveix perquè un altre element, com una roda o una politja, pugui girar al seu voltant.

Arbre Un arbre de transmissió és una barra, normalment cilíndrica, que gira i transmet un moviment circular.

Acoblament

Junta universal o Cardan

L’acoblament és l’element que permet unir dos arbres o dos eixos. És el cas, per exemple, de l’eix de sortida d’un motor elèctric amb l’eix d’entrada d’una reductora. Hi ha molts tipus d’acoblaments: elàstic (junta de goma), fix (brida o cadena), articulat, etc.

Un dels acoblaments més coneguts és la junta universal o de Cardan, que s’utilitza en els automòbils per transmetre el moviment de la caixa de canvi a l’eix de les rodes.

On són les rodes de fricció, en aquest dibuix?

Rodes de fricció

Rodes de fricció Quan els eixos entre els quals s’ha de transmetre el moviment són molt pròxims entre si es fan servir les rodes de fricció o els engranatges.

Les rodes de fricció són dues rodes amb la llanda totalment llisa que estan en contacte directe l’una amb l’altra per transmetre el moviment; en girar una roda, comunica el moviment a l’altra per contacte directe.

Diversos conjunts del tipus eix-arbre-acoblament

100

Aquest sistema de transmissió només és recomanable per transmetre moviment i petits esforços, ja que les rodes poden lliscar o patinar entre si molt fàcilment encara que siguin de materials diferents. Si per evitar que patinin cal augmentar la pressió entre les dues rodes, els eixos que les suporten pateixen un esforç que els pot arribar a deformar.

101

4

Engranatges i relació de transmissió

Els engranatges

Relació de transmissió

Un engranatge és un mecanisme format com a mínim per dues rodes dentades, construïdes de tal manera que els sortints d’una (dents) encaixen sense topar en els entrants de l’altra i transmeten el moviment circular i la potència per empenyiment directe.

De vegades, és necessari saber quantes voltes fa una roda que rep el moviment d’una altra, és a dir, és necessari conèixer la relació de transmissió (i), que es defineix com el nombre de voltes (n) que fa la roda conduïda (2) per cada volta que fa la roda conductora o motriu (1). En general:

De les dues rodes dentades que encaixen entre si, la que té més dents s’anomena corona, i la que en té menys, pinyó. La que transmet el moviment s’anomena conductora o motriu, i la que el rep, conduïda.

Els engranatges són molt útils quan s’ha de transmetre moviment entre dos eixos i la distància entre si és molt reduïda, quan es requereix una velocitat de rotació constant, o quan s’ha de transmetre una gran potència de manera regular i uniforme.

i=

Per determinar la relació de transmissió en una transmissió de moviment per engranatges, cal conèixer el nombre de dents (z) que tenen les dues rodes. Així doncs, podem determinar la relació de transmissió (i) com el quocient entre el nombre de dents de cadascuna de les rodes:

Tipus d’engranatges Els engranatges es classifiquen segons la disposició dels seus eixos. Els més importants i utilitzats són els següents: • Engranatges cilíndrics rectes: els eixos són paral·lels entre si i les dents són paral·leles a l’eix de rotació.

n2 n1

i=

z1 n = 2 n1 z2

Per practicar Entra en la pàgina web http://www.xtec.es/~jrosell3/engranatges/ index.htm i llegeix amb atenció tota la informació sobre engranatges. Si pots, fes els exercicis proposats.

Engranatge cilíndric recte

Quin criteri se segueix per classificar els diferents tipus d’engranatges?

• Engranatges helicoïdals: els eixos són paral·lels o s’encreuen i les dents estan inclinades.

• Engranatges cònics: els eixos es tallen i formen generalment un angle recte. Les dents poden ser rectes o corbes.

Corona

Cadena

Engranatge helicoïdal

102

Engranatge cònic

Conjunt de transmissió format per la corona i la cadena

103

4

Transmissió mitjançant elements flexibles

Transmissió per corretja

Transmissió per cadena

Per transmetre el moviment entre eixos que es troben a una certa distància, generalment s’utilitzen elements flexibles, com per exemple una corretja o una cadena.

És formada per dues rodes dentades unides mitjançant una cadena. D’aquesta manera s’evita el lliscament i es pot transmetre moviment entre eixos relativament allunyats entre si, encara que la velocitat de transmissió no pot ser gaire elevada. Si es volen aconseguir velocitats més altes, cal fer servir una corretja dentada, com la corretja de distribució dels motors de cotxe.

La transmissió per corretja és formada per dues politges unides mitjançant una corretja. La corretja ha de ser de material flexible, com ara cuir, cautxú, fibres tèxtils o altres. Sol ser de secció rectangular, rodona, trapezial o dentada. Per a cada tipus de politja cal fer servir la corretja adequada. El sentit de gir de dues politges és el mateix, i per invertir-lo, cal encreuar la corretja tenint cura que no fregui una part amb l’altra.

La transmissió per corretja permet transmetre moviment entre eixos molt distants entre si. El problema sorgeix quan la corretja llisca i no arrossega bé la politja. Aquest tipus de transmissió, bastant habitual, és utilitzat en molts electrodomèstics, en el motor d’un automòbil, en un trepant de peu, etc.

Aquest tipus de transmissió, també molt habitual, és utilitzat en les bicicletes i les motos. En aquests dos vehicles, totes dues rodes giren en el mateix sentit.

Relació de transmissió El càlcul de la velocitat (v) i de la relació de transmissió (i) es fa igual que en el cas dels engranatges, és a dir, a partir del nombre de dents (z) de la roda conductora (1), que és la que transmet el moviment, i de la roda conduïda (2), que és la que el rep:

Relació de transmissió Quin tipus de transmissió hi ha representat en aquesta fotografia?

i=

Qualsevol sistema de transmissió és format com a mínim per dues politges: la conductora (1), que és la que transmet el moviment, i la conduïda (2), que és la que el rep. Quan les dues politges tenen el mateix diàmetre (D), totes dues fan el mateix nombre de voltes (n) per unitat de temps, és a dir, els dos eixos giren a la mateixa velocitat, expressada en revolucions per minut (rpm). Si tenen un diàmetre diferent, cal tenir en compte aquesta llei de transmissió: i=

v1 z = 2 z1 v2

D1 n = 2 n1 D2

Conjunt de transmissió d’una bicicleta, format per corones o plats, la cadena i els pinyons

Per practicar

Transmissió mitjançant politges

104

Consulta les pàgines web http://www.xtec.es/~ccapell/ i http://www.edu365.cat/eso/muds/tecnologia/problemes/ transmissio/transmissio.htm. Hi trobaràs diferents exemples de transmissió i molta informació de la transmissió per corretja i per cadena.

105

4

Elements auxiliars per a la transmissió

Elements auxiliars per a la transmissió

Trens de mecanismes

A més dels mecanismes anteriors, hi ha tota una sèrie de petits elements sense els quals no seria possible una correcta transmissió de moviment i un bon funcionament de la màquina. Entre aquests elements destaquen els suports, les boixes, els coixinets, les xavetes i les llengüetes.

Els trens de mecanismes són combinacions de diversos mecanismes, de manera que un mecanisme és impulsat per un element anterior i a la vegada impulsa el següent.

• Els suports són peces que sostenen en dos o més punts els eixos o els arbres de transmissió. En determinats casos formen part de la mateixa estructura de la màquina i en altres són fixats a l’exterior.

• Les boixes van muntades sobre el suport corresponent i s’encarreguen de facilitar el gir de l’arbre o eix acoblat a l’interior. S’acostumen a construir de materials antifricció.

• Els coixinets són formats per dos anells concèntrics entre els quals hi ha uns elements rodadors. Un dels anells està fixat al suport i l’altre, a l’eix de transmissió.

Relació de transmissió La relació de transmissió d’un tren de mecanismes és el quocient entre la velocitat de l’eix de sortida (v) i la velocitat de l’eix d’entrada o eix motriu. i=

Mecanisme de canvi de marxes d’un cotxe

veix de sortida veix d’entrada

Segons que es tracti de combinacions de politges o d’engranatges, també es pot calcular com el quocient entre el producte dels diàmetres (D) o del nombre de dents (z) dels elements que impulsen i el producte dels diàmetres o del nombre de dents dels elements que són impulsats: Politges: i =

Delements que impulsen Delements que són impulsats

Engranatges: i =

Zelements que impulsen

Què representa aquest esquema?

Zelements que són impulsats

roda conductora

Suports i engranatges

Boixa

roda conduïda

Coixinet

• Les xavetes són peces que permeten fixar els elements de transmissió de moviment rotatori en un arbre o eix, alhora que en faciliten l’acoblament o la separació.

• Les llengüetes són semblants a les xavetes, però permeten el desplaçament longitudinal entre les peces que uneixen.

1/3 volta 1 volta sencera

60 mm m

60 m

Canvi de marxes

Xaveta

106

Per poder treballar de manera eficaç amb determinades màquines, cal que es pugui augmentar o disminuir el nombre de revolucions per minut entre l’eix motriu o conductor i l’eix receptor o conduït. Això es pot aconseguir mitjançant mecanismes de canvi de marxes, com el d’un automòbil (jocs d’engranatges en arbres diferents), el d’un trepant de taula (cons de politges) o el de moltes altres màquines.

107

4

Mecanisme de biela-manovella / Lleves

El mecanisme de biela-manovella

Lleves i excèntriques

El mecanisme de biela-manovella transforma un moviment circular continu en un moviment rectilini alternatiu (premses, bombes per a fluids, màquines d’estampació), i a l’inrevés (motors d’explosió).

Les lleves i les excèntriques són mecanismes que permeten transformar un moviment circular d’un eix en un moviment alternatiu rectilini, però no pas a l’inrevés. L’element conductor és la lleva o l’excèntrica —que es mou circularment—, mentre que l’element conduït és una peça mòbil, anomenada seguidor, que es mou amunt i avall quan és empesa per la lleva o l’excèntrica.

Aquest mecanisme, utilitzat sobretot en els motors d’explosió, és format bàsicament per tres elements: l’èmbol (que també s’anomena pistó), la biela i la manovella (que també s’anomena cigonyal).

• L’èmbol o pistó és una peça, generalment cilíndrica, que es desplaça dins d’una guia (el cilindre) amb un moviment rectilini.

• La biela és un element rígid i allargat que permet la unió articulada entre la manovella i l’èmbol. És formada pel cap, la canya o cos i el peu. La forma i la secció de la biela poden ser molt variades, però ha de poder resistir els esforços de treball, per això és feta d’acers especials o aliatges d’alumini.

• La manovella o cigonyal és una palanca fixada per un dels extrems a l’eix de rotació i per l’altre al cap de la biela.

• La lleva és una peça, generalment en forma de disc, que té a la perifèria un perfil determinat amb la finalitat que l’element accionat faci un moviment alternatiu periòdic.

Aquest perfil pot variar en funció de la posició de la lleva i del seguidor, o de la periodicitat concreta que es vol aconseguir en el moviment rectilini alternatiu. Així, hi ha lleves de plat, de tambor, de disc, etc. La forma més comuna, però, és la de disc oval.

• L’excèntrica també pot tenir formes molt diverses. Majoritàriament, és un disc o un cilindre l’eix de gir del qual no coincideix amb el centre geomètric de la peça. La distància entre el centre geomètric i l’eix de gir s’anomena excentricitat.

Èmbol

Biela

Manovella

Conjunt èmbol-biela-manovella Lleva de disc oval

Quan el pistó es mou alternativament, endavant i endarrere, s’aconsegueix fer girar el cigonyal gràcies al moviment general de la biela. I a l’inrevés, quan gira el cigonyal, s’aconsegueix moure l’èmbol alternativament amunt i avall, a través de la biela.

108

Arbres de lleves

Les lleves i les excèntriques s’utilitzen molt en motors d’explosió.

L’aplicació més coneguda és l’arbre de lleves, que permet obrir i tancar les vàlvules d’entrada-sortida de gasos del cilindre.

109

4

Altres mecanismes

Mecanisme de cremallera

Embragatges, frens i inversors de gir

El mecanisme de cremallera permet transformar un moviment circular en un de rectilini. És format per dos elements: el pinyó i la cremallera.

De vegades pot interessar connectar o desconnectar dos arbres o eixos per modificar-ne la velocitat, frenar una màquina fins a aturar-la, o invertir-ne el sentit de gir per fer-la funcionar en dos sentits. D’això, se n’encarreguen els mecanismes següents:

• El pinyó és una roda dentada que actua com a element motriu.

En girar sobre un eix, descriu un moviment circular.

Quin d’aquests dos mecanismes es considera una roda dentada de diàmetre primitiu?

• La cremallera es considera una roda dentada de diàmetre primitiu infinit i, per tant, amb el mateix mòdul que el pinyó. La cremallera, en engranar amb el pinyó, es desplaça amb un moviment rectilini; si és fixa, permet el desplaçament rectilini de l’objecte que conté el pinyó.

Aquest mecanisme encara s’utilitza en alguns trens especials que recorren zones de muntanya, sobretot si cal vèncer forts pendents.

Embragatges Un embragatge és un mecanisme que permet connectar o desconnectar un eix o arbre motriu amb un altre eix o arbre conduït, per aconseguir que tots dos tinguin o no la mateixa velocitat de rotació.

Hi ha molts tipus d’embragatges: de dents, d’acció progressiva, hidràulics, electromagnètics, etc. Tots són molts utilitzats, però el més conegut és l’embragatge que tenen els automòbils entre el motor i la caixa de canvis, el qual permet canviar de marxa.

Frens Els frens són mecanismes dissipadors d’energia mecànica que permeten reduir la velocitat d’un mecanisme o una màquina, fins a aturar-lo si cal.

Cremallera

El cargol o vis sense fi

Mecanisme d’embragatge

Poden ser de molts tipus, però els més utilitzats són els mecànics (de cinta, de tambor o de disc), els electromecànics i els pneumàtics. El fre més senzill és el format per un tambor o un disc sobre el qual frega una peça anomenada soc o sabata. Les bicicletes, les motos, els automòbils i moltes altres màquines utilitzen frens.

Aquest mecanisme permet l’acoblament entre una rosca i una roda dentada i, per tant, la transmissió de moviment circular entre eixos que s’encreuen i formen un angle de 90º. La rosca s’anomena vis sense fi i té el mateix pas que la roda dentada, de manera que engranen perfectament. Aquest sistema té l’avantatge que el moviment es transmet només en un sentit, però també té l’inconvenient que el fregament provoca un gran desgast dels dos elements.

Cargol sense fi

La creu de Malta És un mecanisme que permet transformar el moviment circular continu en un moviment circular intermitent. Quan la manovella fa una volta sencera, la creu només avança una posició i s’atura. S’utilitza en les màquines de projecció dels cinemes.

Mecanisme de fre de disc

Inversors de gir Per aprofundir: Per aprofundir en el tema, pots consultar aquestes pàgines web: http://www.anemsa.com/index.html http://ca.wikipedia.org/wiki/Creu_de_Malta 110

Són mecanismes que permeten invertir el sentit de gir per fer que una màquina funcioni en dos sentits. Són formats per uns engranatges especials anomenats engranatges epicicloïdals o planetaris. Els automòbils disposen d’aquests mecanismes.

111

112

Quina és la diferència principal entre un mecanisme de transmissió de moviment i un altre de transformació de moviment? [ i PÀG. 99]

2

Comenta les diferències que hi ha entre un eix i un arbre de transmissió. Posa’n algun exemple. [ i PÀG. 100]

3

Dibuixa una junta de Cardan i explica quin tipus d’acoblament permet fer. [ i PÀG. 100]

4

Busca informació a Internet sobre la junta Oldham i, després, indica quin tipus d’acoblament és i per a què s’utilitza.

5

Contesta raonadament aquestes preguntes: [

8

Escriu el nom d’aquests engranatges segons la disposició dels seus eixos: [ i PÀG. 102]

9

La roda motriu d’un engranatge té 32 dents i la roda conduïda té 50 dents i gira a 450 rpm. Calcula: [ i PÀG. 103-107]

]

i PÀG. 101 i 102

• Quina diferència hi ha entre un mecanisme de transmissió per rodes de fricció i una altra per engranatges?

• Quin dels dos és més recomanable si volem transmetre moviments o esforços grans?

R

6

Dibuixa un mecanisme de transmissió per engranatge format per dues rodes dentades de dents rectes i assenyala-hi la corona, el pinyó i les dents. [ i PÀG. 102 i 103] Ara, contesta: • Quina diferència hi ha entre la roda conductora o motriu i la roda conduïda d’un engranatge?

7

Observa l’engranatge del dibuix. La roda A gira a 6 rpm i rep el moviment de la B. Ara, contesta: [ i PÀG. 103-107] A

• La relació de transmissió de l’engranatge.

• La velocitat de rotació de la roda motriu.

B

• Quina és la roda motriu? Quina és la conduïda?

• Quina roda és la corona? Quina és el pinyó?

• Quina és la velocitat de la roda B? • Quina és la relació de transmissió de l’engranatge?

10

Explica quin tipus de transmissió té lloc en les agulles d’un rellotge mecànic. [ i PÀG. 103-107]

11

Posa dos exemples de màquina en què es produeixi una transmissió per corretja i dos exemples en què es produeixi una transmissió per cadena. Després, explica els avantatges i els inconvenients principals que té cada tipus de transmissió. [ i PÀG. 104 i 105]

activitats

activitats

4 1

113

114

Dibuixa, a escala natural, un sistema de transmissió de moviment format per dues politges. Fixa el diàmetre de la conductora a 4 cm i dibuixa la conduïda perquè l’element de transmissió: [ i PÀG. 104]

R

19

Observa aquest dibuix i, després, indica el sentit de gir de cada politja: [ i PÀG. 104]

20

Si saps que la politja motriu gira a 750 rpm, calcula la velocitat de rotació de la politja 5 i la relació de transmissió d’aquest tren de mecanismes: [ i PÀG. 104]

– Augmenti la velocitat al doble.

– Disminueixi la velocitat a la meitat.

13

Tenim un sistema de transmissió de moviment format per dues politges unides mitjançant una corretja. La politja conductora té un diàmetre de 10 cm i la conduïda, de 5 cm. [ i PÀG. 104] Contesta: • A quantes revolucions per minut gira la politja conduïda si la conductora ho fa a 5 rpm?

• Quina és la relació de transmissió entre les dues politges? Quin significat té?

14

Un sistema de transmissió per cadena és format per la roda conductora, que té 40 dents i que gira a una velocitat de 200 rpm, i per la roda conduïda, que té 160 dents. [ i PÀG. 105] Si el mòdul de les dues rodes dentades és igual a 2, calcula: – El diàmetre primitiu i el diàmetre exterior de totes dues rodes dentades.

– La relació de transmissió.

– La velocitat de gir de la roda conduïda.

R

15

Contesta: [

]

i PÀG. 104 i 105

• Creus que seria possible fer la transmissió per corretja en una motocicleta en lloc de fer-la per cadena? Comenta la teva resposta.

A

16

Explica com t’ho faries per invertir el sentit de gir en un sistema de transmissió per cadena. [ i PÀG. 105]

R

17

Esbrina què són els lubricants i per què són tan importants en les transmissions per cadena. [ i PÀG. 105]

18

Busca informació a Internet i elabora una presentació multimèdia amb fotos dels diferents elements auxiliars per a la transmissió. [ i PÀG. 106]

activitats

activitats

4 12

115

116

A

26

Dissenya un tren de mecanismes que tingui una relació de transmissió total de 0,05. Dibuixa’l i indica les dades necessàries. [ i PÀG. 107]

27

Explica el funcionament d’una màquina basada en el mecanisme biela-manovella, però que no sigui un motor d’explosió d’automòbil; per exemple, una serra de vogir o una màquina de cosir. [ i PÀG. 108]

28

Creus que el funcionament correcte d’un motor d’explosió es podria aconseguir sense un mecanisme biela-manovella?

Raona la teva resposta. [ i PÀG. 108]

29

Dibuixa un tren d’engranatges format per quatre rodes dentades de 18, 28, 40 i 14 dents, respectivament, que engranen entre si. Després, calcula la relació de transmissió i la velocitat de sortida, si saps que la primera roda dentada gira a 1.200 rpm en sentit horari. [ i PÀG. 107]

Busca informació a Internet sobre el cigonyal d’un automòbil.

Després, dibuixa’l i comenta quina forma i quina funció té i de quins materials és fet. [ i PÀG. 108]

30

Escriu el nom d’algunes màquines o màquines eina que disposin d’alguna lleva o excèntrica i explica’n la funció. [ i PÀG. 109]

Descriu el canvi de marxes que tenen les bicicletes de muntanya. Dibuixa’l i explica quins avantatges presenta cada marxa. [ i PÀG. 107]

31

Dibuixa tres lleves de formes diferents i escriu-ne el nom. [ i PÀG. 109]

32

Comenta per què les lleves i les excèntriques no són mecanismes reversibles, és a dir, per què no poden transformar un moviment rectilini alternatiu en un de circular. [ i PÀG. 109]

33

Busca informació a Internet de l’arbre de lleves. Després, explica què és i per a què s’utilitza. [ i PÀG. 109]

A partir del nombre de dents de cada roda dentada, i sabent que la primera roda té una velocitat de gir de 10 rpm, determina el sentit de gir i la velocitat de gir de la resta de rodes d’aquest tren d’engranatges: [ i PÀG. 107]

20 20 dents

A

60 60

22

23

24

25

Determina totes les relacions de transmissió possibles d’un con de politges format per quatre politges de 15, 20, 25 i 30 cm de diàmetre, que poden enllaçar amb un con igual però invertit. [ i PÀG. 107]

Identifica el nom i el sentit de gir de tots els mecanismes que intervenen en aquest tren de mecanismes: [ i PÀG. 107]

R

activitats

activitats

4 21

117

118

Explica el funcionament d’un sistema pinyó-cremallera i descriu-ne alguna de les aplicacions. [ i PÀG. 110]

35

Posa un exemple de màquina basat en el mecanisme de cremallera que incorpori cada tipus de transformació de moviment. (Recorda que el mecanisme de cremallera és reversible.) [ i PÀG. 110]

36

Calcula el mòdul que ha de tenir un pinyó per engranar amb una cremallera de pas igual a 9,42 mm. [ i PÀG. 110]

40

En una transmissió per vis sense fi, el cargol té 3 filets i la corona té 40 dents. Calcula la relació de transmissió d’aquest mecanisme. [ i PÀG. 110]

A

41

Explica el funcionament d’una màquina de projecció de cinema basada en el mecanisme anomenat creu de Malta. [ i PÀG. 110]

A

42

Posa exemples de màquines, que no siguin vehicles, que disposin dels elements següents: [ i PÀG. 111] – Embragatges

37

38

– Frens

Calcula el desplaçament que farà una cremallera de mòdul 1,5 mm quan el pinyó que hi engrana, que té 22 dents, faci quatre voltes senceres. [ i PÀG. 110]

– Inversors de gir

A R

39

43

Creus que és possible que un vehicle pugui canviar de marxes si no disposa d’embragatge? Raona la teva resposta. [ i PÀG. 111]

44

Indica quin tipus de frens porten, majoritàriament, les bicicletes, les motocicletes, els cotxes, els camions i els trens. [ i PÀG. 111]

45

Explica les diferències que hi ha entre un fre de disc i un fre de tambor. [ i PÀG. 111]

46

Per què es pot considerar el fre com un dissipador d’energia?

Raona la teva resposta. [ i PÀG. 111]

47

Justifica per què no totes les màquines disposen de mecanismes inversors de gir. [ i PÀG. 111]

Calcula el diàmetre primitiu i el pas circular d’un pinyó de 30 dents que engrana amb una cremallera, de manera que en fer una volta sencera el pinyó es desplaça 141,3 mm. [ i PÀG. 110]

Descriu el mecanisme que s’utilitza en les guitarres per tensar les cordes. [ i PÀG. 110]

activitats

activitats

4 34

119

procediment

Construcció d’una barrera

9 Introdueix els tubs de llautó en els forats de la base que hi ha a la part posterior de la barrera i en el lloc on ha d'anar la manovella. Introdueixlos també en el forat que hi ha a la part superior de la xapa de suport de la manovella.

3 Fes els forats indicats en el passamà metàl·lic.

– Roda dentada de 48 dents o semblant, per a un eix de 4 mm de diàmetre – Vis sense fi per a les dents de la roda dentada, per a un eix de 4 mm de diàmetre – Politja d’uns 15 mm de diàmetre per a un eix de 4 mm de diàmetre amb sistema de fixació a l’eix amb cargol – Politja de 50 mm de diàmetre per a un eix de 4 mm de diàmetre

4 Encola i clava les dues peces de contraplacat de 70 x 40 en el llistó de 17 x 17 mm per la part inferior (els forats queden més amunt). Després, encola el conjunt en el lloc de la base d'aglomerat indicat en el plànol.

10 Munta l'eix que ha de contenir el vis sense fi i la politja de 15 mm de diàmetre de la manera següent:

5 Encola el llistó de 40 mm en el lloc de la base indicat en el plànol.

– Passa el vis sense fi per la barreta roscada de M4 de manera que quedi a l'altura de la roda dentada de la barrera i fixa'l amb una femella i la corresponent volandera a cada costat del vis.

– Introdueix la politja per la part inferior i fixala amb el cargol.

– Col·loca dues femelles i una volandera per la part superior.

– Cola blanca – Cola de contacte – Goma elàstica d’oficina

Eines: – Eines de fusteria

La barrera és un element molt comú en aparcaments per als cotxes i en passos a nivell per als ferrocarrils. Aquest procediment consisteix en la construcció d'una barrera que s'obrirà mitjançant l'aplicació de diversos mecanismes: palanca, tranmissió amb politja i per corretja i vis sense fi.

Materials: – Tauler d’aglomerat de 10 mm de gruix – Tauler de contraplacat de 8 mm de gruix – Llistó de 10 x 10 mm – Llistó de 17 x 17 mm – Claus 7 x 7 de cabota plana – Cargols per a fusta – Barreta de 4 mm de diàmetre – Barreta roscada de M4 – Cargol de M4 x 40 – 5 femelles de M4 – 4 volanderes de M4

6 Doblega el passamà; fixa'l en el cargol de banc per fer-ho. Després, fixa'l en el lloc de la base indicat en el plànol.

7 Encola la roda dentada i el pal de la barrera ben centrats perquè hi pugui passar l'eix o cargol.

– Serra de mecànic – Trepant i broques d’1,5 mm, 4 mm, 4,25 mm i 5 mm – Tisores de xapa – Guants de taller

4

8 Munta la barrera en el seu suport; passa el cargol de M4 x 40 i després cargola la femella (no t'oblidis de col·locar abans la volandera).

Procés de treball 1 Serra aquests elements: – 1 peça de tauler d'aglomerat de 300 x 100 – 3 peces de contraplacat, tal com indiquen els plànols – 2 peces de llistó de 10 x 10 mm de 200 mm i de 40 mm – 40 mm de llistó de 17 x 17 mm – 100 mm de barreta roscada de 4 mm – 2 peces de barreta de 4 mm de diàmetre, de 60 mm i de 25 mm – 140 mm de passamà metàl·lic – 3 trossos de cilindre de llautó de 10 mm 2 Fes els forats, amb les broques corresponents, en les peces indicades en els plànols de la pàgina 123.

10

9

13

12

6 8 2

5 4

3 7

– Xapa de llautó o llauna fina – Passamà d’acer galvanitzat o de llautó d’aproximadament 1,5 mm de gruix – Cargols per a aglomerat de 10 mm – Tub de llautó de 5 mm de diàmetre

120

NOTA: el forat que quedarà darrere la barrera i pel qual haurà de girar l'eix del vis sense fi s'haurà d'adequar a la mida de la politja. El forat indicat correspon a un model estàndard de 48 dents que es pot aconseguir fàcilment.

11

121

procediment

Construcció d’una barrera 11 Ara, introdueix l'eix que acabes de muntar en el forat de la part posterior de la barrera; assegura't que engranin bé les dents del vis i de la roda dentada. Col·loca la peça que fa de tapa damunt del suport de la barrera després de passar l'eix pel forat. Després, fixa aquesta peça amb quatre cargols. Abans de col·locar la tapa, passa la goma elàstica. Per evitar que l'eix tingui un desplaçament vertical mentre funcioni, acosta una femella a la part de sota de la tapa sense que la volandera l'arribi a tocar i després cargola l'altra femella amb la primera.

12 Munta la politja de 50 mm i el seu eix, una barreta de 4 mm de diàmetre, en el seu suport.

Abans, però, passa per aquesta politja l'altre extrem de la goma elàstica que surt de l'altra politja. Fes passar aquesta goma per les canaletes de les dues politges. Colla bé el cargol per fixar la politja en el seu suport.

Amb aquest sistema, anomenat de femella i contrafemella, s'evita que les dues femelles es puguin desplaçar mentre gira l'eix.

14 Encola, amb cola de contacte, les dues plaquetes de llautó en la peça sobre la qual ha de reposar l'extrem de la barrera.

13 Munta la manovella; introdueix el llistó de 10 x 10 mm per un dels forats, i al forat de l'altre extrem introdueix-hi el tros de 25 mm de barreta de 4 mm de diàmetre.

4

També pots construir la politja gran i el seu suport seguint els passos següents: Fes dues rodes de 50 mm de diàmetre aproximat i una d'uns 40 mm amb un tauler de contraplacat i una serra de corona (amb una broca de 6 mm de diàmetre). Passa-les per un pal de fusta de 6 mm de diàmetre, de manera que aquesta última quedi al mig de les dues més grans. Construeix el suport amb un tros de llistó de 20 x 20 mm aproximadament i una peça de contraplacat que sobresurti per la part que quedarà a sobre. Fes els forats perquè pugui girar l'eix de 6,5 mm de diàmetre. Fes un forat en la manovella, que serà com l'anterior, per a l'eix de 6 mm de diàmetre.

Ja tens la barrera acabada. Girant la manovella, la barrera s'ha d'alçar i abaixar de manera regular. Si cal, fes els ajustos necessaris.

68 18

10

46

ø = 4,25

24

16

24

10

32

ø = 3,25

ø = 4,25

ø = 4,25

130 70 43

200

ø = 3,25 40

10 40

10

20

10

85

ø=5

ø=5

30

122

123

4

Reportatge Tots i cadascun d'aquests sistemes tenen una funció específica, i sense el seu funcionament correcte l'automòbil no seria la màquina tan po-

El sistema de transmissió d'un automòbil

tent que actualment és. De tots aquests sistemes, ara només ens fixarem en el sistema de transmissió.

Els mecanismes de transmissió d’un automòbil són l’embragatge, la caixa de canvis, l’arbre de transmissió i el pont motriu

Activitats:

El sistema de transmissió d'un auto-

Un automòbil és format per un munt de sistemes integrats dins d'un xassís o estructura: el motor, el sistema d'alimentació del motor, el sistema de refrigeració, el sistema de lubrificació, el sistema elèctric, el sistema de transmissió, el sistema de direcció i el sistema de suspensió.

mòbil el formen tots els mecanismes que porten el moviment des del motor fins a les rodes motrius, a la velocitat adequada en cada moment. Aquests mecanismes són: l'embragatge, la caixa de canvis, l'arbre de transmissió i el pont motriu.

L'embragatge està directament vinculat a la caixa de canvi. Així, quan es vol modificar la velocitat que prové del motor amb relació a la que es vol transmetre a les rodes, en primer lloc s'ha de prémer l'embragatge, després s'ha de triar la velocitat adequada de la caixa de canvi i,

Als cotxes de fórmula 1, les caixes de canvi són semiautomàtiques roda fer les voltes necessàries en

2 Creus que els automòbils són màquines prou segures? Justifica la teva resposta.

agafar una corba, ja que estableix una diferència de voltes equivalent a la diferència de recorregut. Finalment, els paliers són els mecanismes que transmeten el moviment des del diferencial fins a les rodes.

finalment, s'ha de deixar anar l'em-

Als cotxes de fórmula 1, la principal

bragatge per comunicar aquesta ve-

diferència en aquest sistema és que

locitat a l'arbre de transmissió.

les caixes de canvi són semiautomà-

L'arbre de transmissió porta el mo-

tiques, amb set velocitats i marxa

viment que surt de la caixa de canvi

enrere, i el pilot pot augmentar o

fins al pont motriu, i aquest el trans-

disminuir la marxa simplement amb

met a les rodes.

el volant, que és on es concentren

El grup motriu és format pel grup

1 Escriu quins altres mecanismes dels exposats en aquesta unitat es poden trobar en un automòbil.

Indica on es localitzen i quina és la seva funció.

3 Fes una redacció breu sobre l'ús dels automòbils i la seva relació amb el medi ambient.

4 Busca informació sobre els automòbils amb motors híbrids i digues els avantatges i els inconvenients que presenten respecte als automòbils amb motors convencionals.

5 En grups, trieu un dels sistemes de l'automòbil i exposeu a la resta de companys tota la informació que n'hàgiu obtingut.

tots els senyals de control del vehicle.

pinyó-corona, el diferencial i els paliers. El grup pinyó-corona redueix la velocitat i, si és necessari per al tipus de motor, canvia el moviment longitudinal en transversal. El diferencial

Recursos web d'interès: www.monografias.com/trabajos10/aplicac/aplicac.shtml#auyom www.automotriz.net/tecnica/conocimientos-basicos-intro.html www.almuro.net/sitios/Mecanica/glosario_d.asp www.edu365.cat/eso/muds/tecnologia/problemes/transmissio/transmissio_a.htm

és el mecanisme que permet a cada

124

125

Classifica els mecanismes següents segons la seva funció bàsica (la transmissió de moviment o la transformació de moviment): biela-manovella, engranatges, transmissió per corretja, vis sense fi, creu de Malta, rodes de fricció, cremallera, transmissió per cadena

educació ambiental

2

Posa un exemple de màquina que disposi de cadascun dels mecanismes de l’activitat anterior.

3

La roda dentada A d’un engranatge té 46 dents i gira a 300 rpm, i la roda dentada B té 25 dents i rep el moviment de l’altra roda.

Determina: – Quina és la corona, el pinyó, la roda motriu i la roda conduïda.

– La relació de transmissió de l’engranatge.

– La velocitat de rotació de la roda conduïda.

4

El nou cremallera de Montserrat

Disposem de dues politges unides mitjançant una corretja.

La politja conductora té un diàmetre de 38 mm i la politja conduïda, que gira a 250 rpm, de 56 mm. Calcula: – La relació de transmissió de l’engranatge.

– La velocitat de rotació de la roda conductora.

El juny de 2003 va tenir lloc la inauguració i la posada en marxa del nou cremallera de Montserrat, tot un mite ferroviari a Catalunya, tant pel seu destí, el monestir de Montserrat (centre espiritual i turístic), com pel seu sistema de transport, el cremallera.

De fet, el primer cremallera a Montserrat va ser inaugurat l'any 1892. Tenia un recorregut de 8.625 m, tots amb cremallera, i superava un desnivell de 540 m amb rampes fins i tot del 15 %.

El 1953 va patir un greu accident, fet que va precipitar-ne el tancament quatre anys més tard.

Actualment, la línia comença a l'estació de Monistrol i acaba al monestir de Montserrat, sota la plaça de la Creu. Té 5.080 m de recorregut, dels quals 970 són de línia convencional i 4.110 de cremallera. El viatge dura uns quinze minuts i s'assoleixen velocitats màximes de 45 km/h en la línia convencional i de 24 km/h (descens) o de 30 km/h (ascens) en la línia de cremallera.

El carril dentat o cremallera és situat a l'eix de la via, i està basat en el sistema ABT, molt adequat per a ferrocarrils de muntanya que han de superar pendents molt pronunciats.

126

Recursos web: http://www.cremallerademontserrat.com/ cremallera/default.asp

5

Indica el sentit de gir de totes les rodes dentades d’aquest tren de mecanismes. Després, determina el nombre de dents de cada roda i calcula’n la relació de transmissió i la velocitat de sortida, sabent que la primera roda gira a 50 rpm.

6

Fes un dibuix senzill del mecanisme biela-manovella d’un motor d’explosió d’automòbil i explica com funciona.

7

Dibuixa una lleva i una excèntrica i comenta les semblances i les diferències que hi ha entre aquests dos mecanismes.

8

Calcula el desplaçament d’una cremallera de 2 mm de mòdul si el pinyó que hi engrana, que té 26 dents, fa tres voltes senceres.

9

El cargol d’una transmissió per vis sense fi té 2 filets i la corona té 60 dents. Calcula la relació de transmissió del mecanisme.

10

Escriu la funció bàsica d’un embragatge, un fre i un inversor de gir i posa un exemple de màquina que disposi d’aquests tres mecanismes.

http://digiwat.iespana.es/transporte%20real/ cremallera/pricipal.htm?2&weborama=-1 http://es.geocities.com/carrilets/cremall/ noumontsecat.html

Investiga i opina: – Quantes persones visiten Montserrat en un any?

Quantes d'aquestes persones agafen el nou cremallera?

– Quin és el pas i el mòdul del carril dentat del nou cremallera de Montserrat?

– Quin és el principi de funcionament del sistema de cremallera ABT? – Quins altres sistemes de cremallera hi ha? Posa exemples de la seva utilització.

avaluació

eix transversal

4 1

127