BLOQUE 4:MÁQUINAS Y MECANISMOS

Apuntes internos Colegio M. María Rosa Molas (Zaragoza)

LOS COMPONENTES DE LAS MÁQUINAS

LOS MECANISMOS

LAS PALANCAS

RUEDAS, LEVAS Y POLEAS

SISTEMAS DE TRANSMISIÓN

MANIVELAS Y BIELAS

ESQUEMA DE LA LECCIÓN

LOS COMPONENTES DE LAS MÁQUINAS

Definición: aparatos que reducen el esfuerzo necesario para realizar un trabajo.

Estructura: sirve de apoyo y protección para el resto de los componentes.

Motor: da energía mecáni-ca a partir de cualquier otra.

Mecanismos: transmiten y transforman las fuerzas y los movimientos.

Circuitos: son los que transportan la energía de un lugar a otro de la máquina.

Actuadores: transforman el movimiento en trabajo.

Dispositivos de mando regulación y control

Índice

Los circuitos hidráulicos o neumáticos son las partes por las que circula un fluido (agua, aceite o aire comprimido). Suelen contener los siguientes elementos:

El generador: impulsa el fluido; suele ser una bomba de aire o un com-presor.

Los conductores: son tubos o tuberías de diferentes materiales

Los receptores: aprove-chan el movimiento del fluido para obtener calor, movimiento, trabajo,… etc.

Elementos de protección: boyas, filtros, válvulas, que aseguran el funcionamiento del circuito sin riesgos.

Elementos de control y regulación del caudal: gri-fos, válvulas, compuertas que cortan o dirigen el paso del fluido.

CIRCUITOS HIDRÁULICOS Y NEUMÁTICOS

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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

Alternativo: movimiento de constante avance y retroceso en línea recta.

Rotativo: movimiento en círculo y en un solo sentido.

Oscilante: movimiento de constante avance y retroceso describiendo un arco.

MECANISMOS: TIPOS DE MOVIMIENTOS

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Busca ejemplos y aplicaciones de los siguientes tipos de movimiento:

Ejercicio 1: Tipos de movimientos

╫ Movimiento lineal:

- →

- →

╫ Movimiento oscilante:

- →

╫ Movimiento rotativo:

- →

╫ Movimiento alternativo:

- →

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Definición de mecanismos: son elementos o combinaciones de elementos que trans-forman las fuerzas y los movimientos; así nos permiten modificar su dirección e inten-sidad hasta lograr los que necesitamos. Algunos tipos de mecanismos son:

Engranajes Poleas

Bielas Cigüeñales

Palancas

MECANISMOS: TIPOS DE MECANISMOS

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Explica el funcionamiento de los siguientes mecanismos y el cambio de tipo de movimiento que sufren:

Ejercicio 2: Tipos de mecanismos

╫ Gato de un coche:

╫ Funicular de montaña:

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Utilización:

Transmitir movimientos.Transformar un movimiento en otro de sentido contrario.Transformar fuerzas grandes en fuerzas pequeñas.Transformar fuerzas pequeñas en fuerzas grandes.Transformar un movimiento pequeño en otro mayor.Transformar un gran movimiento en uno pequeño.

LAS PALANCAS. Usos

Definición: máquina consistente en una barra rígida que puede oscilar sobre un punto de apoyo.

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En toda palanca tenemos tres elementos imprescindibles:

Primer género: tiene el punto de apoyo colocado entre la potencia y la resistencia.

Potencia o fuerza

que aplicamos

Punto de apoyo Resistencia o fuerza

que deseamos superar

Segundo género: tiene la resisten-cia colocada entre la potencia y el punto de apoyo.

Tercer género: tiene la poten-cia colocada entre la resistencia y el punto de apoyo.

LAS PALANCAS. Tipos

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En la vida diaria nos encontramos con muchos aparatos y máquinas que combinan varios tipos de palancas, son lo que llamamos palancas múltiples.

LAS PALANCAS. Tipos

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1.- Encuentra dos ejemplos de aplicación real de palancas de:

Ejercicio 3: Palancas

╫ Primer género:

╫ Segundo género:

╫ Tercer género:

2.- Analiza las siguientes palancas:

╫ Anilla de latas de refrescos:

╫ Pinzas de depilar:

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Mediante una palanca podemos amplificar nuestra fuerza colocando convenientemente el punto de apoyo, la resistencia y el punto donde aplicaremos nuestra potencia.

La LEY DE LA PALANCA dice:

LAS PALANCAS. La 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.

Potencia · dp = Resistencia · dr

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Solución: x =

Es una palanca de _______ género porque

Calcula la distancia x en las siguiente palancas e indica a qué género pertenecen:

Ejercicio 4: Palancas

Solución: x =

Es una palanca de _______ género porque

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O t r o s e j e r c i c i o s

Calcula el valor de la resistencia (Solución: R = 10 kg):

Índice

Calcula el valor de la distancia x (Solución: x = 17,8 m):

O t r o s e j e r c i c i o s

Calcula el valor de la distancia x (Solución: x = 12,1 m):

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Calcula el valor de la distancia x (Solución: x = 6 m):

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,...etc) que está conectado con ellas.

Los polipastos son combinaciones de poleas, fijas y móviles, con las que logramos cambiar la dirección del esfuerzo que realizamos y conseguimos amplificar la fuerza. Para ello tenemos que aumentar también la longitud de la cuerda que deberemos desplazar.

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 logramos realizar esfuerzos hacia abajo para subir cargas, ganando así en comodidad. Con las poleas móviles también lo-gramos amplificar la fuerza.

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- 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.

- 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.

- 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.

Los sistemas de transmisión son mecanismos que se emplean para transmitir movimientos de un eje a otro.

SISTEMAS DE TRANSMISIÓN

Existen varios sistemas:

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De ruedas cónicas: transmite el movi-miento a un eje que se encuentra en án-gulo recto con el eje motor.

-Los sistemas de transmisión por engranajes están formados por ruedas dentadas engarzadas entre sí.

Tornillo sin fin o sin fin corona: transmite el movimiento a un eje perpendicular y reduce mucho su velocidad.

SISTEMAS DE TRANSMISIÓN. Engranajes

De ruedas rectas: Se emplea para au-mentar o reducir la velocidad de giro y para mantener o cambiar el sentido de la rotación.

Cremallera y piñón: convierten el movimiento giratorio en lineal y viceversa.

Índice

En todos los sistemas de transmisión, el aumento o disminución de fuerza y velocidad depende de la relación de transmisión (denominada i).

LA RELACIÓN DE TRANSMISIÓNÍndice

La relación (cociente) entre el diámetro de la rueda motriz y el de la rueda arrastrada. motriz

arrastradaarrastrada

motrizn

ndd

La relación de transmisión en el caso de poleas y correa es:

La relación (cociente) entre el número de dientes del engranaje motriz y el del engranaje arrastrado.

1221nnzz

z número de dientes del engranaje.

n velocidad de giro, expresada en r.p.m.d diámetro.

La relación de transmisión en el caso de engranajes y piñones con cadena es:

La relación (cociente) entre el diámetro de la engranaje motriz y el del engranaje arrastrado. motriz

arrastradaarrastrada

motrizn

nzz

En un sistema de transmisión nos encontramos con dos ruedas o engranajes, que pueden girar a la misma o distinta velocidad. La rueda que transmite movimiento a la otra se llama ‘conductora’ o ‘motriz’ (lleva una ‘velocidad de entrada’); la otra rueda se llama ‘conducida’ o ‘arrastrada’.

Ejercicio 1.- Calcular la velocidad de rotación de la polea arrastrada (rueda grande) de la figura:

Ejercicios resueltos: Mecanismos de transmisión

n1 = 2000 r.p.m.

d1 = 24 mm

n2

d2 = 48 mm

Cuando en un mecanismo de poleas de transmisión como el de la figura, conocemos la velocidad de giro de una polea, se puede averiguar la velocidad de giro de la otra polea utilizando la relación de transmisión:

1n2

n

2d

1d

i ...100048

24 20002

n2000

2n

4824 mpr

Así, pues, la polea grande girará a 1000 r.p.m.

Índice

Ejercicio 2.- Calcular la velocidad de giro del engranaje arrastrado (grande) de la figura:

Ejercicios resueltos: Mecanismos de transmisión

Cuando en un mecanismo de engranajes como el de la figura, conocemos la velocidad de giro de una rueda, se puede averiguar la velocidad de giro de la otra rueda utilizando la relación de transmisión:

1n2

n

2z1

zi

n1 = 1000 r.p.m.

z1 = 8

n2

z2 = 16

Índice

Así, pues, la rueda grande girará a 500 r.p.m.

Ejercicio 1.- Calcula la velocidad de rotación de la polea pequeña (motriz):

Ejercicio 6: Mecanismos de transmisión

n2 = 1500 r.p.m.

d1 = 32 mm

n1

d2 = 64 mm

Ejercicio 2.- Calcular el número de dientes del engranaje grande (arrastrado):

n1 = 2000 r.p.m.

z1 = 12 z2

n2 = 1000 r.p.m.

Índice

Ejercicio 3: Tenemos un sistema polea-correa cuya relación de transmisión es 0,3. Sabiendo que el diámetro de la rueda motriz es 12 cm y la velocidad de giro de la rueda arrastrada es 620 r.p.m., calcular el diámetro de la rueda arrastrada y la velocidad de giro de la rueda motriz.

Ejercicio 4: Tenemos un sistema piñón-cadena; el engranaje pequeño tiene 12 dientes y el engranaje grande gira a 540 r.pm.; la relación de transmisión vale 0,387. Calcular el número de dientes del engranaje grande y la velocidad de giro del engranaje pequeño.

Ejercicio 5: Tenemos un sistema piñón-cadena; el engranaje grande tiene 30 dientes y gira a 320 r.pm.; la relación de transmisión vale 0,7. Calcular el número de dientes y la velocidad de giro del engranaje pequeño.

Ejercicio 6: Mecanismos de transmisión

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Definición: mecanismo que sirve para hacer girar un eje con menos esfuerzo. Cuanto más larga es la manivela menor es el esfuerzo que deberemos realizar.

El cigüeñal es un conjunto de manivelas colocadas sobre un mismo eje. Se usa cuando queremos dar movimiento alternativo a varios elementos.

LAS MANIVELAS

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Definición: barra rígida que está conectada a un cuerpo que gira. Cuando el cuerpo gira la biela se desplaza según un movimiento alternativo. El efecto también se puede logra a la inversa, es decir, transformando un movimiento alternativo en uno gira-torio.

La biela y la manivela suelen utilizarse juntas formando el conjunto biela-manivela. Un ejemplo es el pedal de la bicicleta que transforma el movimiento alternativo de la pierna en la rotación del plato y de las ruedas.

LAS BIELAS

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LOS MECANISMOS

sirven para

transmitir elmovimiento

y la fuerza

en las

máquinas

sonpermiten

reducir elesfuerzo

con

palancas

poleas deelevación

piezasmóviles

regular elmovimiento

cambiar el tipode movimiento

modificando de

poleasy correas

ruedasdentadasy cadenas

engranajes

tornillo sin fin

movimientocircular

movimientolineal

continuado

de vaivén

que se apoyan en

soportes

mediante

ejes

articulaciones

lavelocidad

con

ladirección

con a

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