• ¿Sabrías identifi car una excéntrica y una leva?

• ¿Qué se entiende por aparejos y polipastos?

• ¿Podrías citar tres operadores mecánicos que transformen el movimiento circular en rectilíneo?

¿Recuerdas qué es…?

4MECANISMO DE TRANSMISIÓN Y TRANSFORMACIÓN DE MOVIMIENTO

Muchos de los operadores mecánicos utilizados por el ser humano son capaces de transmitir y transformar el movimiento de forma simultánea, como ocurre con los cigüeñales y bielas, levas, piñones y cremalleras, etc. Del mismo modo, algunas de estas máquinas se han diseñado con objeto de multiplicar el esfuerzo que sobre ellas se realiza, como es el caso de las poleas, aparejos, etcétera.

Los contenidos de esta Unidad son:

1. Manivelas.2. Cigüeñales y bielas.3. Excéntricas y levas.4. Poleas.5. Otros sistemas de transmisión y

transformación de movimiento.

5 Para saber más

TRANSMISIÓN DEL MOVIMIENTO EN VARIAS ETAPASAquéllas formadas por la unión de varias transmisiones sim-ples; de esta forma se consigue en poco espacio fuertes reduc-ciones de velocidad, al tiempo que se aumenta la potencia transmitida.

En la Figura 5.15 se ha representado la transmisión de un movi-miento en dos etapas, en ella se aprecia cómo el mecanismo está constituido en realidad por la asociación de dos transmi-siones simples.

En la primera transmisión formada por las poleas de diá-metros d

1 y d

2 se puede observar cómo la polea motriz de

diámetro d1

= 5 mm gira a 1 000 rpm, movimiento que, a través de la correa, es transmitido a la polea número 2 de diámetro d

2 = 50 mm, imprimiendo en esta última una

velocidad de giro n2

que en el ejemplo propuesto toma el valor de 100 rpm. Observa cómo el valor obtenido cumple la ecuación general de equilibrio de una transmisión simple.

En la segunda transmisión nos encontramos con las poleas de diámetros d

3y d

4, siendo la polea n.º 3 la motriz (polea de

la que parte el movimiento), mientras que la polea recepto-ra es la n.º 4. Por otro lado, y debido a que las poleas n.º 2 y n.º 3 se encuentran unidas solidariamente en el mismo eje, se cumple que ambas giran a la misma velocidad; es decir: n

2 = n

3 (en nuestro ejemplo n

2 = n

3 = 100 rpm)

Aplicando la ecuación de equilibrio se obtiene una expresión idéntica a la primera, pero con los subíndices de las poleas que intervienen en este caso (comprueba cómo, en el ejemplo de la figura, si se sustituyen éstos por los valores propuestos se obtiene un resultado de 25 rpm).

n4 =

d3

d4

· n2

2

1

3

4

Primera transmisión(poleas 1 y 2)

n1 = 1000 rpm

d1 = 5 mm

d2 = 50 mm

d3 = 12 mm

n2 = n

3 = 100 rpm

d4 = 48 mm

¿n4?

Segunda transmisión(poleas 3 y 4)

En una transmisión simple se desea conocer el número de vueltas por minuto de la polea receptora conocidos los diámetros de sus poleas (motrices y receptora), así como las revoluciones del motor.

Si aplicamos la ecuación de equilibrio del sistema y seguimos los pasos descritos obtenemos el resultado de 20 rpm (revoluciones por minuto).

Este sistema de transmisión simple tiene como limitación el que en aque-llos casos en los que se desea conseguir una fuerte reducción, ésta no se puede lograr en una sola etapa, ya que el tamaño, peso y precio despro-porcionado que una transmisión de estas características podría alcanzar, la hacen totalmente inviable. Por este motivo en la industria (o nosotros mismos a la hora de realizar nuestras construcciones) se utilizan, con cierta frecuencia, transmisiones de movimiento en varias etapas.

ECUACIONES DE EQUILIBRIO EN SISTEMAS DE TRANSMISIÓN ENTRE POLEAS

Si observas detenidamente la Figura 5.13 y la comparas con las ruedas de fricción anteriores, comprobarás cómo ambos sistemas se pueden conside-rar idénticos. Lo único que los diferencia es que, en este caso, las poleas, al encontrarse alejadas, se unen mediante una correa de transmisión, de esta forma, al ser los diámetros de las poleas idénticos a los de sus tambores asociados, cada vez que la polea motriz de una vuelta, la polea receptora dará 1/4 de vuelta. Esta situación provoca que la correa de transmisión y ambos contrapesos, situados en los extremos de las cuerdas arrolladas en los distintos tambores, se desplacen 6 cm.

Con esta experiencia se demuestra que ambas poleas poseen la misma velocidad lineal; es decir, cada una de ellas recorre linealmente la misma dis-tancia. Esto hace que las longitudes recorridas por ambas poleas se puedan igualar, obteniéndose nuevamente la ecuación de equilibrio del sistema, cuya expresión y consideraciones son idénticas a la que conseguimos antes para las ruedas de fricción.

π · d1 · n

1 = π · d

2 · n

2

Simplificando obtenemos: d1

d2

= n2

n1

o lo que es lo mismo n2 =

d1

d2

· n1

AA

Caso práctico

d1 = 2 mm

n1 = 1 000 vueltas / minuto

n2 = ¿?

d2 = 100 mm

n2 = 20 vueltas / minuto

La transmisión propuesta tiene una relación de transmisión:

Despejando y sustituyendo los valores tendremos:

d1 n2——— = ———d

2 n1

d1 2——— = ———

d2 100

d1n2

= ——— · n1d2

2n

2= ——— · 1 000

100n2 = 20 vueltas/minuto

6 0

1218

0 1

45

6 cm

6 cm

6 cm

Sistema de transmisión simple por correas.

Fig. 5.13

Transmisión simple de reducción.Fig. 5.14

Empleando la relación de transmisión anterior se puede observar cómo la polea motriz ha de tener un diámetro muy pequeño, mientras que la polea receptora ha de adoptar dimensiones gigantescas, ya que la relación entre sus diámetros es de 2/100, es decir, de 1/50.

67

d1

d2

= n2

n1

n2 = d1

d2

· n1

Sistema de transmisión del movimiento por correas en dos etapas.

Fig. 5.15

Si en esta ecuación se sustituye n2

por la expresión resultante en la primera transmisión, se obtiene la relación de transmisión del siste-ma propuesto.

n4 =

d3

d4

· n2 =

d3

d4

· d

1

d2

· n1

ordenando n4 =

d1 · d

3

d2 · d

4

· n1

De esta forma, y generalizando para cualquier transmisión de movimiento en varias etapas, se obtiene la expresión:

nn =

d1 · d

3 … d

(n–1)

d2 · d

4 … d

n

· n1

Una de las características que presentan las relaciones de transmisión de movimiento por eta-pas, es la posibilidad de aumentar la potencia que es capaz de transmitir un sistema.

d4

n1d1

d2

d3

d6

d5

Tercera transmisión(poleas 5 y 6)

Segunda transmisión(poleas 3 y 4)

Primera transmisión(poleas 1 y 2)

Eje n.º 1

Eje n.º 2

Eje n.º 3

n1

d1

Empleando el mismo motorcillo es posible elevar cargas cada vez mayores, siempre que se sitúen en ejes que posean una reducción apropiada.

Fig. 5.16n2

n2

d1

d2

· n1

66

PRESENTACIÓN DE LA UNIDAD

De manera didáctica y amena, se defi nen brevemente los conceptos que vamos a estudiar, además se presentan unas cuestiones iniciales que establecen los conocimientos básicos para afrontar el desarrollo y aprendizaje de la materia y un esquema de los contenidos de la unidad. Se parte de conocimientos generales para alcanzar los más complejos.

DESARROLLO DE LA UNIDAD

Las unidades desarrollan los contenidos a través de las imágenes, prácticas y experiencias. Se utilizan diagramas de fl ujo, recuadros de «Recuerda» y «Sabías que...», consejos, normas de comportamiento en el aula y en el taller, lecturas complementarias, prácticas, actividades y resúmenes que facilitan la asimilación de la materia.

CÓMO SE USA EL CD

Material de apoyo al estudio y conocimiento de la materia. Contiene entre otros: animaciones, actividades relacionadas con los contenidos del libro, presentaciones, resúmenes que sirven de guía para el desarrollo de la materia y software relacionado con la materia (Crocodile 3D).

¿CÓMO SE UTILIZA ESTE LIBRO?

99

8 Selecciona de la Barra principal, el botón Salidas de luz .

9 Haz clic sobre el botón Luz de señal y, por arrastre, sitúa eloperador en lugar del Área de trabajo que desees.

Ya tenemos los operadores. Ahora nos queda unirlos con los con-ductores apropiados, para ello deberás:

10 Con el botón izquierdo del ratón, haz clic sobre el extremo deloperador en el que desees conectar el conductor. En ese mo-mento surge una bobina de hilo que, al desplazarte por el áreade trabajo, irá «extendiendo» un conductor, hasta que lleguesal otro extremo del operador que deseas conectar. Sólo ten-drás que hacer clic y tendrás ambos operadores conectados.

Nota: Cada vez que quieras efectuar un cambio de dirección, deberás hacer cliccon el botón izquierdo del ratón.

Simulación del circuito

11 Para simular y comprobar el funcionamiento de nuestro circui-to únicamente deberemos accionar el operador de maniobraque, en este caso, es el interruptor. Podrás comprobar cómo seenciende la lámpara de nuestro circuito.

12 Finalmente, salva este ejercicio con el nombre de Elect-1.

Cómo guardar ejercicios realizados con Crocodile Clips

El proceso para salvar un ejercicio con este programa es similar al que de-bemos realizar con cualquier otro programa que trabaje bajo Windows. Deesta forma podrás asignar a tus diseños el nombre y la dirección que mejorse adapten a tus necesidades, facilitándote así su identificación o, simple-mente, para visualizarlos si así lo deseas.

Para eso deberás:

1 Abrir el menú Archivo.

2 Seleccionar Guardar como.

3 Indicar el lugar donde quieresguardar el archivo.

4 Especificar el nombre del archivo(en este caso Elect-1).

5 Hacer clic en Aceptar.

Prácticas desarrolladas

En los siguientes apartados se proponen varios ejemplos desarrollados paraque, a través de su análisis, puedas familiarizarte con el programa, a la vezque practicas con las funciones básicas de este tipo de aplicaciones. El mé-todo de trabajo que se plantea consiste en que reproduzcas los ejemplos

propuestos, los cuales te permitirán, simultáneamente, pro-fundizar en el bloque de Técnicas de expresión y comunica-ción y Electricidad. Posteriormente, y una vez concluidas lasactividades planteadas, deberás elaborar los ejercicios pro-puestos, especialmente los planteados en el cuaderno detrabajo, y aquellos que tu profesor te proponga. Finalmente,ya estarás preparado para resolver y comprobar, a través desencillas simulaciones, cuantos diseños quieras incorporaren tus maquetas y prototipos.

Recuerda que vamos a utilizar el programa, Crocodile Clips,pero podríamos haber utilizado cualquier otro programa, yaque los principios en los que se basan suelen ser comunesa todos ellos.

8

98

1

2

34

5

6

7

Lámpara gobernada a través de un interruptor.Fig. 8.5

8

9

10

11

Lampara gobernada a través de un interruptor,(continuación).

Fig. 8.6

Guardar ejercicios realizados con Crocodile Clips.Fig. 8.7

1

2 3

4

5

A. Simulación de circuitos eléctricos

Experiencia 1

• Lámpara gobernada a través de un interruptor

Siguiendo los pasos descritos en el apartado ante-rior:

1 Entra en el programa de aplicación CrocodileClips .

2 Selecciona de la Barra principal, el botónSuministros de Energía .

3 Haz clic sobre el botón Pila y, arrastrando,sitúa el operador en lugar del Área de trabajoque desees.

4 Pulsa el botón Volver a la barra principal yregresa a la barra principal.

5 Selecciona, de la Barra principal, el botónInterruptores .

6 Haz clic sobre el botón Interruptor unipolar de una vía . Ahora, por arrastre, sitúa el opera-dor en el lugar deseado.

7 Pulsa nuevamente el botón Volver a la barraprincipal y regresa a la barra principal.

172

13

173

• PROPUESTA I. PROYECTO CON BIELAS, CIGÜEÑALES Y RUEDAS EXCÉNTRICAS. PARQUE INFANTIL

• PROPUESTA II. PROYECTO CON REDUCTORA. PUENTE LEVADIZO

Biela

Corredera oscilante

Leva

Interruptor de marcha

Biela

Teniendo en cuenta los detalles constructivos propuestos en esta Unidad y con un poco de imaginación, paciencia, habilidad y combinando adecuadamente distintos operadores (bielas, excéntricas, balancines, cigüeñales...), podrás diseñar, construir y automatizar fácilmente un parque infantil.

Observa que en el diseño propuesto hemos utilizado principalmente el alambre y el contrachapado para construir los distintos operadores, si bien, por la dificultad que entraña el proyecto, tal vez sea interesante que en algunos casos utilices operadores comerciales. Consulta esta posibilidad con tu profesor.

El análisis del proyecto te permitirá obtener los detalles necesarios para que, una vez adaptados a tus necesi-dades, puedas realizar la construcción de un puente levadizo similar al modelo que te presentamos.

Esquema eléctrico

Bielas dealambre

Hilo

HembrillaInterruptor de clic-clac

Muelle

El análisis detallado de cada una de las propuestas te permitirá

obtener los datos necesarios para realizar su construcción.

PROYECTOS PARA CONSTRUIREn este apartado se proponen distintos proyectos para construir, así como los procedimientos, las técnicas y los detalles más importantes para facilitarte su construcción. No es necesario que construyas todos los proyectos propuestos. Tu profesor será quien seleccione y establezca el orden en el que debes realizarlos.

• PROPUESTAS 1 Y 2. PROYECTOS CON BIELA Y CORREDERA

Con un poco de imaginación y combinando adecuadamente el operador bie-la con otros dispositivos podrás diseñar y construir divertidos mecanismos.

• PROPUESTAS 3 Y 4. PROYECTOS CON BIELA Y LEVA

IVIV

PROYECTOS CON OPERADORES MECÁNICOS DETRANSMISIÓN Y TRANSFORMACIÓN DE MOVIMIENTOS

PROYECTOS CON OPERADORES MECÁNICOS. AMPLIACIÓN

EXPERIENCIAS

Se componen de prácticas a realizar para la asimilación de conocimientos teóricos adquiridos en cada unidad.

PROYECTOS

Ensamblamos todos los conocimientos adquiridos en todas las unidades, trasladándolos en la realización de un proyecto real donde se ve la utilidad global del estudio de todo lo aprendido en cada una de las unidades.

ACTIVIDADES FINALES

Al fi nal de la unidad, se dispone de preguntas ordenadas por grado de difi cultad, de cara a conocer la asimilación de contenidos, tanto de forma teórica como práctica; individual o colectiva.

105

ACTIVIDADES 8 Del cuaderno de trabajo

Realiza las actividades correspondientes a esta Unidad denominadas «Simuladores» propuestas en tu cuader-no de trabajo.

Búsqueda de información

Busca información y realiza un trabajo sobre algún pro-grama industrial empleado actualmente para efectuar la simulación de circuitos a través del ordenador.

De grupo

01 Realizad una fi cha técnica explicando los distin-tos operadores que surgen al pulsar el botón Interrup-tores situado en la Barra principal. Clasifi cadas por categorías y por la función que realizan.

02 Pulsad el botón Componentes de entrada situa-dos en la Barra principal y proceded a identifi car los ope-radores que muestra el sistema, a través de sus botones, al ejecutar esta acción.

Diseño y simulación de circuitos y prototipos con Crocodile Clips

Utilizando un ordenador y el programa Crocodile Clips, realiza el diseño de los circuitos y prototipos siguien-tes:

01 Se desea dotar de movimiento giratorio alter-nativo a una noria. El sistema dispondrá de un interrup-tor general de parada, un interruptor inversor de giro y dos pulsadores de marcha, uno para el sentido de giro a izquierdas y el otro para el giro a derechas.

02 Unos alumnos han construido el prototipo de un semáforo que funciona manualmente y desean com-probar si pueden simular el automatismo de encendido empleando dos conmutadores. 03 Identifi ca y describe, en cada uno de los casos,

cómo se encuentran asociados y el comportamiento previsible de los distintos receptores al actuar sobre los elementos de maniobra representados. Finalmente, emplea el programa Crocodile Clips para reproducirlos y comprobar si tus hipótesis son correctas.

b)a) c)

e)d)