MECANISMOS (3ESO)

Tipos de mecanismos:
  • Transmisión lineal
  • Transmisión circular
  • Transformación del movimiento lineal-circular
  • Transformación de movimiento circular-alternativo

Las máquinas simples son artefactos que transmiten movimientos o fuerzas. Algunas máquinas son capaces de multiplicar la fuerza que se les aplica (palanca, polipasto,…) o de aumentar el desplazamiento que se aplica inicialmente (bicicletas,…).

Las máquinas intercambian fuerza con desplazamiento, si una máquina disminuye la fuerza necesaria para mover un objeto, hará que aumente el desplazamiento que se aplica y viceversa

Transmisión lineal

Palanca

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.

palanca

Palanca de 1er grado: El punto de apoyo se encuentra en la parte central (columpio, alicate, balanza,…)

1grado 

Palanca de 2o grado: La carga se encuentra en la parte central (carretilla, cascanueces,…)

222 555

Palanca de 3er grado: La fuerza se aplica en la parte central (pinza, caña de pescar, …)

rrrrer

LEY DE LA PALANCA

F.f=r.R

Consecuencias: cuanto más largo sea el brazo de fuerza (f) respecto al brazo de carga (r) menos fuerza (F) se necesita para elevar la carga (R). Por contra para elevar la carga una distancia, el brazo de fuerza tendrá que recorrer una distancia mayor (se intercambia fuerza por desplazamiento)

Manivela: 

Es una barra acodada provista de una empuñadura que convierte el movimiento circular en rectilíneo, transmite la rotación al eje sobre el que actúa. Cumple con la ley de la palanca.

F.f=r.R

Cigüeñales y bielas:

 Cigüeñal

cig2

– Si se disponen varios sistemas biela – manivela conectados a un eje común, se forma un cigüeñal.

– Al girar el cigüeñal las bielas giran por un extremo y se desplazan en línea recta por el otro extremo.

– El cigüeñal está formado por ejes acodados y bielas

cigueñal

Un cigüeñal actúa igual que una manivela, está provisto de uno o varios codos que giran.
La biela es una varilla perforada que se adapta a codo del cigüeñal .
La biela realiza un movimiento alternativo al tiempo que el cigüeñal gira
Cigüeñal con tres codos y tres bielas

 

Excéntrica

exc1

 

 

 

 

– Es un disco circular que gira entorno a un punto situado fuera del centro.

– Se llama excentricidad a la distancia entre el eje de giro y el centro de la excéntrica

– La excéntrica se encajada a un eje motriz en un punto que no coincide con el centro. El elemento seguidor está permanentemente en contacto con la excéntrica gracias a la acción de un muelle.

– De este modo, el giro del eje hace que el perfil o contorno de la excéntrica toque, mueva o empuje al seguidor.  

Leva

   leva2

– Se compone de una leva (rueda con un saliente) y un seguidor que está permanentemente en contacto con la leva gracias a la acción de un muelle..

– La leva recibe el movimiento rotativo a través del eje motriz, de este modo, el giro del eje hace que el perfil o contorno de la leva toque, mueva o empuje al seguidor.

– El alzado es el desplazamiento máximo que sufre la varilla o seguidor.

Polea simple: 

Es una rueda ranurada que gira entorno a un eje, por la ranura pasa una cuerda para elevar una carga.

La polea simple no cambia la cantidad de fuerza necesaria para mover la carga R. Solo cambia el sentido de la fuerza. F = R

Nos permite elevar objetos sin tener que desplazarnos

Polea doble: 

se trata de una polea fija y otra móvil que sujeta la carga. Con esta polea se necesita la mitad de fuerza para elevar la carga F = R/2.

Al necesitar la mitad de fuerza se requiere el doble de desplazamiento de cuerda para elevar la carga, es decir, si queremos elevar la carga 1 m necesitamos tirar de la cuerda 2 m.

L=2h siendo h la altura que queremos elevar la carga

 

Polipasto o aparejos:

Son parejas de poleas fijas y móviles. La fuerza para elevar la carga se reduce a la mitad por cada polea móvil del polipasto. F = R/2n siendo n el número de poleas móviles.

2 poleas móviles reducen la fuerza en 4 (F=R/2.n   F=R/2.2   F=R/4), por lo tanto aumenta en 4 la cantidad de cuerda que tenemos que recoger para desplazar la carga

(L=2.n.h  L=2.2.h  L=4.h  para elevar la carga 1 m tenemos que tirar de 4 m de cuerda)

3 poleas fijas + 3 poleas móviles F=R/6   L=6.h

 

 

Transmisión circular

RUEDAS DE FRICCION

fri

– El mecanismo consiste en dos o más ruedas que están en contacto. 
– Por efecto del rozamiento, si una rueda inicia el movimiento – rueda motriz o conductora – la otra también gira – rueda receptora o conducida -.

Cálculo de la velocidad de giro n1.d1=n2.d2 siendo n1 y n2 las velocidades de giro de las ruedas y d1 y d2 los diámetros de las ruedas

– En este caso los sentidos de giro de las ruedas son inversos.

– Si las ruedas tienen distintos diámetros la más pequeña girará más rápido y la más grande girará más lento

– El principal inconveniente es que no pueden transmitir mucha potencia porque patinan.

RELACIÓN DE TRANSMISIÓN (i)

Nos da la relación entre la velocidad salida y la velocidad de entrada. Matemáticamente se define como i= N2/N1   

Si i>1 el sistema es multiplicador (la velocidad de salida en mayor que la de entrada). Ocurre cuando la polea de salida es más pequeña que la de entrada D2<D1.

Si i=1 el sistema no cambia la velocidad (velocidad de salida igual a la de entrada. Ambas poleas son iguales D2=D1.

Si i<1 el sistema es reductor (la velocidad de salida es menor que la de entrada). Ocurre cuando la polea de salida es más grande que la de entrada D2>D1.

 

Poleas con correa:

 

POLCORBsxJh9DgT7MAAAAASUVORK5CYII=

 

 

 

 

 

– El mecanismo consiste en dos o más POLEAS que están unidas por una o más correas

– Por efecto del rozamiento, si una polea inicia el movimiento – polea motriz o conductora – la otra también gira – polea receptora o conducida –

– Los sentidos de giro de las poleas son iguales.

– Si las poleas tienen distintos diámetros la más pequeña girará más rápido y la más grande más lento

correa 

La transmisión de movimientos entre dos ejes mediante poleas está en función de los diámetros de estas, cumpliéndose en todo momento:

D1.N1=D2.N2

D1 Diámetro de la polea conductora

D2 Diámetro de la polea conducida

N1 Velocidad de giro de la Polea Conductora

N2 Velocidad de giro de la Polea Conducida

Relación de transmisión (i)

Relación de velocidades
Relación de velocidades

Tren de poleas

El elemento principal de este mecanismo es la polea doble, que consiste en dos poleas de diámetros diferentes unidas entre sí de manera que ambas giran solidarias. Solamente las poleas situadas sobre los ejes extremos (el conectado al motor y el conectado a la carga) giran solidarias con ellos.

Tren de poleas

En este caso N6= (D1.D3.D5/D2.D4.D6).N1

La relación de transmisión viene dada por i=(D1.D3.D5/D2.D4.D6) 

por lo tanto N6=i.N1

En este caso N4= (D1.D3/D2.D4).N1

La relación de transmisión viene dada por i=(D1.D3/D2.D4)

por lo tanto N4 = i.N1

Engranajes

ENGRA

engrasd

– Son ruedas que poseen salientes denominados dientes.

– Los dientes encajan entre sí, de modo que si un engranaje gira (motriz o de entrada) arrastra al otro (conducido o de salida).

– El giro se invierte de un engranaje a otro.

Transmiten mucha potencia sin patinar (cajas de cambios, gruas, elevadores, …)

 grua

También se usan en relojes, pues al no patinar hacen que los giros sean muy precisos.

reloj

Maquinaria de un reloj

Ecuación de equilibrio y relación de transmisión (i)

Al igual que con las ruedas de fricción, hay una relación matemática entre las velocidades de los engranajes (N) y el número de dientes (Z)

N1.Z1=N2.Z2

siendo N1 y N2 las velocidades de los engranajes

Z1 y Z2 el número de diente de los engranajes

La relación de transmisión se expresa con

i=N2/N1=Z1/Z2

Tren de engranajes

Formado por engranajes simples y dobles, transmiten el movimiento del primer engranaje al último.

Para 4  engranajes la relación de transmisión se determina por

i=(Z1.Z3)/(Z2.Z4)

N4=i.N1

i = 60×40/(12×20) = 10     sistema multiplicador, el último engranaje gira 10 veces más rápido que el primero.

N4=i.N1,      N4=10×400 = 4000 rpm

 

 

i =10×10/(20×40) = 1/8     sistema reductor, el último engranaje gira 8 veces más lento que el primero.

Si N1= 1600 rpm       N4=i.N1,      N4=1/8×1600 = 200 rpm

 

 

Tipos de engranajes

 

– los engranajes helicoidales y cónicos permiten cambiar el eje de giro

diferencial

 

 

 

 

 

 

 

Engranaje con cadena

 cadena1

– El mecanismo consiste en dos o más engranajes que están unidas por una cadena o correa dentada

– En este caso los sentidos de giro son iguales.

– La cadena permite transmitir mucha potencia y  movimiento a cierta distancia (motos, bicicletas, excavadoras,…)

moto bici trac

– Si los engranajes tienen distintos número de dientes, el de menos dientes  girará más rápido.

Trasnformación movimiento circular-lineal

Piñón-cremallera

pc1 pc

– Compuesto por un piñón y una barra dentada (cremallera).

– Al girar el piñón hace que la cremallera se mueva en línea recta.

Se usa en la dirección de los coches, en trenes de cremallera (funicular), …

coche    tren

Transformación movimiento alternativo

Biela-manivela

biela-manivela.jpg (400×207)

bm1– Formado por una manivela y una biela.

La biela hace dos movimientos diferentes en cada extremo, por un lado gira siguiendo la manivela y por el otro se mueve en línea recta de forma alternativa siguiendo la guía

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