MECANISMOS
¿QUÉ SON LOS MECANISMOS?
Son elementos destinados a trasmitir y transformar fuerzas y movimientos desde un elemento motriz (motor) a un elemento receptor. Permiten realizar determinados
trabajos con mayor comodidad y menor esfuerzo.
CLASIFICACIÓN DE LOS MECANISMOS
Mecanismos de
transmisión del
movimiento
Trasmiten el
movimiento la
fuerza y la
potencia
producidos por
un elemento
motriz a otro
punto
Mecanismos de transmisión lineal:
•Polea (fija o móvil)
•Polipasto
•Palanca
Mecanismos de transmisión circular:
•Ruedas de fricción
•Ruedas de poleas con correa
•Engranajes
•Tornillo sin fin
•Sistema de engranajes con cadena
Mecanismos de
transformación
del movimiento
Transforman un
movimiento
circular en
rectilíneo, o
viceversa
Mecanismos que transforman el movimiento circular en rectilíneo o viceversa:
•Manivela – torno
•Piñón – cremallera
•Tornillo - tuerca
Mecanismos que transforman el movimiento circular en rectilíneo alternativo, o viceversa:
•Biela – manivela
•Leva y excéntrica
•Cigüeñal
Mecanismos
para dirigir el
movimiento
Permiten el giro en un
sentido y lo impiden en el
contrario
•Trinquetes
Mecanismos
para regular el
movimiento
Reducen la velocidad del
movimiento
•FrenosMecanismos de
acumulación de
energía
Absorben energía
cuando son sometidos a
presión
•Muelles
•Gomas
CLASIFICACIÓN DE LOS MECANISMOS
Mecanismos de
acoplamiento
Permiten el acoplamiento o
desacoplamiento de los ejes o
árboles de transmisión
•Embragues
•Acoplamientos
MECANISMOS DE TRANSMISIÓN LINEAL
Palanca
Es una barra rígida que gira en torno a un punto de apoyo. En un punto de la barra se aplica una fuerza, (F), con el fin de vencer una resistencia, (R), que actúa en otro punto de la barra.
La palanca se encuentra en equilibrio cuando el producto de la fuerza, (F), por su distancia ,(d), al punto de apoyo es igual a la resistencia, (R), por su distancia, (r), al punto de apoyo. Ley de la palanca
La fuerza, (F), es tanto menor cuanto mayor es la distancia, (d), a la que se aplica.
Tipos de palancas
MECANISMOS DE TRANSMISIÓN LINEAL
La palanca de primer grado permite situar la carga (R, resistencia) a un lado del fulcro y el esfuerzo (P, potencia) al otro, lo que puede resultar muy cómodo para determinadas aplicaciones (alicates, patas de cabra, balancines...). Esto nos permite conseguir que la potencia y la
resistencia tengan movimientos contrarios cuya amplitud (desplazamiento de la potencia y de la resistencia) dependerá de las respectivas distancias al fulcro (o punto de apoyo).
La palanca de segundo grado permite situar la carga (R, resistencia) entre el fulcro y el esfuerzo (P, potencia). Con esto se consigue que el brazo de potencia siempre será mayor que el de resistencia (BP>BR) y, en consecuencia, el esfuerzo menor que la carga (P<R). Este tipo de palancas siempre tiene ganancia mecánica.
Esta disposición hace que los movimientos de la potencia y de la resistencia se realicen siempre en el mismo sentido, pero la carga siempre se desplaza menos que la potencia (DR<DP), por tanto es un montaje que atenúa el movimiento de la potencia.
La palanca de tercer grado permite situar el esfuerzo (P, potencia) entre el fulcro (F) y la carga (R, resistencia). Con esto se consigue que el brazo de la resistencia siempre será mayor que el de la potencia (BR>BP) y, en consecuencia, el esfuerzo mayor que la carga (P>R). Este tipo de palancas nunca tiene ganancia mecánica.
Esta disposición hace que los movimientos de la potencia y de la resistencia se realicen siempre en el mismo sentido, pero la carga siempre se desplaza más que la potencia (DR>DP). Es un montaje, por tanto, que amplifica el movimiento de la potencia, lo que constituye su principal ventaja.
Polea fija
Es una rueda ranurada que gira en torno a un eje sujeto a una superficie fija. Por la ranura se hace pasar una cuerda, cadena o correa que permite vencer, de forma cómoda, una resistencia,(R), aplicando una fuerza,(F).
Se encuentra en equilibrio cuando la fuerza aplicada (F), es igual a la resistencia (R), que representa la carga.
Sirve para elevar y bajar cargas con facilidad. Grúas sencillas, aparatos de musculación, etc..
Polea móvil
Es un conjunto de dos poleas, una de las cuales se encuentra fija, mientras que la otra puede desplazarse linealmente.
Se encuentra en equilibrio cuando se cumple la siguiente igualdad:
Este tipo de poleas permite elevar cargas con menos esfuerzo.
R
=
F
2
R
F=
Polipasto
Es un tipo especial de montaje de poleas fijas y móviles. Consta de un número par de poleas, la mitad de las cuales son fijas, y la otra mitad móviles.
Se encuentra en equilibrio cuando se cumple la igualdad: n es el número de poleas móviles
Tiene múltiples aplicaciones: ascensores, montacargas, grúas...
MECANISMOS DE TRASMISIÓN CIRCULAR
Ruedas de fricción
Son sistemas de dos o mas ruedas que se encuentran en contacto. Una de las ruedas es la motriz o de entrada, pues al moverse provoca el movimiento de la de salida.
Se emplean para fabricar y arrastrar chapas metálicas, rollos de papel, etc.
Ruedas de fricción
Sistema de poleas con correa
Son dos poleas o ruedas situadas a cierta distancia, cuyos ejes suelen ser paralelos, que giran simultáneamente por efecto de una correa. El giro de un eje se trasmite al otro a través de las poleas acopladas. Las dos poleas y, los dos ejes giran en el mismo sentido.
La relación entre las velocidades de giro de ruedas o poleas depende del tamaño de éstas y se expresa así:
V1 y V2 son las velocidades de las ruedas motriz y conducida; d1 y d2 los diámetros correspondientes.
Las velocidades de giro de ruedas o poleas se mide en vueltas, o revoluciones, por minuto (rpm) o por segundo (rps).
Los diámetros se expresan en milímetros o centímetros.
2 2 1 1
.
d
=V
.
d
Tren de poleas con correa
Se trata de un sistema formado por más de dos ruedas. El movimiento del eje 1 se trasmite al eje 2 a través de las poleas 1 y 2. Las poleas 2 y 3 copladas al mismo eje giran con igual velocidad. Por último la polea 3 trasmite a la polea 4 el movimiento.
La relación entre las velocidades de las ruedas motriz (1) y conducida (4) puede expresarse por:
Los tipos de correas pueden ser plana, redonda o trapecial.
3 1 4 2 4 1
d
.
d
d
.
d
=
V
V
Engranajes o ruedas dentadas
Los engranajes son ruedas dentadas que se acoplan y trasmiten el movimiento circular entre dos ejes próximos, ya sean paralelos perpendiculares u oblicuos. Para ello se utilizan engranajes que pueden ser cilíndricos, de dientes rectos o helicoidales, y cónicos.
La relación entre las velocidades (V) de giro de las ruedas depende del número de dientes (n) de cada una.
Tren de engranajes
Es un sistema formado por más de dos engranajes.
La relación entre las velocidades de las ruedas motriz (1) y conducida (4) depende de la ecuación:
Tornillo sin fin
Sistema formado por un tornillo que se engrana a una rueda dentada helicoidal, cuyo eje es
perpendicular al eje del tornillo. Por cada vuelta del tornillo sin fin acoplado al eje motriz, la rueda dentada acoplada al eje de arrastre gira un diente. Este sistema permite una gran reducción de la velocidad. 3 1 4 2 4 1
n
.
n
n
.
n
=
V
V
Sistema de engranajes con cadena
Sistema formado por dos ruedas dentadas de ejes paralelos, situadas a cierta distancia, y que giran simultáneamente por efecto de una cadena o correa dentada engranada a ambas. La ecuación que relaciona velocidades es:
Este sistema permite trasmitir grandes potencias sin pérdida de velocidad, ya que no existe deslizamiento entre cadena y rueda dentada.
Las cadenas también son utilizadas para transportar productos.
Cuanto mayor sea la velocidad, menor será la fuerza trasmitida al elemento receptor, y viceversa.
Sistema multiplicador Sistema de velocidad constante Sistema reductor
VARIACIÓN DE LA VELOCIDAD
MECANISMOS DE TRANSFORMACIÓN DEL
MOVIMIENTO CIRCULAR EN RECTILÍNEO
Sistema piñón-cremallera
Cuando la rueda dentada gira, la cremallera se desplaza con movimiento rectilíneo.
El mecanismo permite transformar el movimiento rectilíneo de la cremallera en un movimiento circular del piñón. Es por tanto un mecanismo reversible.
Sistema tornillo-tuerca
Conjunto manivela-torno
La manivela es una barra unida al eje al que hace girar. La fuerza necesaria para que gire el eje es menor que la que habría que aplicarle directamente. El mecanismo en que se basa éste dispositivo es el torno, que consta de un tambor que gira alrededor de su eje con el fin de arrastrar un objeto.
Se cumple esta ecuación:
Por lo cual:
Si la relación entre r y d es pequeña el torno permite levantar pesos con poco esfuerzo.
d
r
.
R
=
F
r
.
R
=
d
.
F
MECANISMOS DE TRANSFORMACIÓN DEL
MOVIMIENTO CIRCULAR EN RECTILÍNEO
ALTERNATIVO
Conjunto biela-manivela
Al girar la rueda, la manivela trasmite el movimiento circular a al biela, que experimenta un movimiento de vaivén.
Cigüeñal
Si se colocan una serie de bielas en un mismo eje acodado, cada uno de los codos del eje hace las veces de manivela, y el conjunto se denomina cigüeñal.
El cigüeñal transforma el movimiento de rotación de un eje en los movimientos alternativos desacompasados de las diferentes bielas. También puede convertir el movimiento de vaivén de las bielas en un movimiento de rotación del eje.
Este mecanismo se emplea en los motores de combustión.
Leva y excéntrica
La leva es una rueda con salientes que empuja un seguidor a su paso.
La leva transforma el movimiento de rotación de la rueda en un movimiento lineal alternativo del seguidor o varilla, que recorre el perfil de la leva cuando esta gira.
Un conjunto de levas colocadas sobre el mismo eje se denomina árbol de levas. Se utiliza en los motores de combustión para regular automáticamente la apertura y cierre de las válvulas.
Mecanismos de acoplamiento
Los embragues son
mecanismos que permiten el acoplamiento y
desacoplamiento entre árboles y ejes de transmisión
Se utilizan en motores y máquinas de varias marchas para cambiar la velocidad o la potencia suministrada por el motor.
Los acoplamientos fijos se emplean para unir ejes largos enlazados de forma permanente.
Los acoplamientos móviles se usan para unir árboles de
transmisión que pueden desplazarse a lo largo del eje o que formar un ángulo entre sí
Soportes o cojinetes
Mecanismos de acumulación de energía
Los muelles absorben energía cuando son sometidos a cierta presión. Esta energía puede ser liberada más tarde ya sea dosificada en pequeñas cantidades o de golpe.
Según el tipo de la fuerza externa que se aplique, los muelles trabajan: a compresión a tracción o a torsión.
Son los elementos sobre los que se apoyan los árboles y los ejes de transmisión.
Los cojinetes de fricción necesitan ser engrasados para disminuir el rozamiento que se produce en el giro.
OTROS MECANISMOS
Mecanismos para dirigir el movimiento
El trinquete permite el giro en un sentido y lo impide en el contrario.
Mecanismos para regular el movimiento
Frenos de disco.
Frenos de cinta.
Frenos de tambor.
Mecanismos de almacenamiento energía
El volante de inercia almacena la energía cinética en su masa que es entregada por un movimiento circular de un eje motor. Luego ésta energía será liberada cuando la máquina lo solicite.
