máquinas y mecanismos

Departamento de Tecnología

1

MECANISMOS

1. ¿QUÉ SON LOS MECANISMOS?Si miras a tu alrededor, veras muchos objetos que se mueven. Todos estos objetos y cualquier

máquina que realice un movimiento, tendrá MECANISMOS.Los mecanismos son elementos que transmiten y transforman (cambian) fuerzas y movimientos

desde un elemento motriz a un elemento receptor.

Elemento motriz Mecanismos Elemento receptor

Siempre nos encontraremos con un ELEMENTO MOTRIZ, que produce el movimiento como unmotor, nuestros músculos, el viento,...Un MECANISMO, que transforma y transmite el movimiento de unpunto a otro y, un elemento RECEPTOR que recibe el movimiento.

Por ejemplo, en una bicicleta, tiene un Elemento Motriz (nuestras piernas); un Mecanismo(formado por dos engranajes unidos con una cadena) y un Receptor (rueda trasera de la bici). Como veras,el elemento motriz proporciona el movimiento y el mecanismo lo transmite hasta el elemento receptor.

Los mecanismos permiten al ser humano realizar determinados trabajos con mayor comodidad ymenor esfuerzo.

2. CLASIFICACIÓN DE LOS MECANISMOS.Podemos clasificar los mecanismos en dos tipos:§ Mecanismos de transmisión de movimiento: transmiten el movimiento, la fuerza y la

potencia producidos por un elemento motriz a otro punto. Ej.: nuestra bicicleta.§ Mecanismos de transformación de movimiento: transforman un movimiento circular en

un movimiento rectilíneo o viceversa. Ej.: el gato de un coche. Cuando nosotros hacemosgirar la palanca del gato con nuestro brazo (elemento motriz) hacemos que se mueva untornillo (mecanismo) que va subiendo el coche (receptor). De este modo hemostransformado un movimiento de giro en otro lineal (de abajo a arriba).

Palanca

Polea fijaMecanismos de transmisión lineal

Poliplasto

Ruedas de fricciónSistema de poleas con correa

Engranajes

Tornillo sin fin

Mecanismos deTRANSMISIÓN de

movimiento Mecanismos de transmisión

circular

Sistema engranajes con cadenaPiñón-cremallera

Tornillo-tuerca

Mecanismos de transformación

de movimiento circular en

rectilíneo o viceversa Manivela-torno

Biela-manivela

Cigüeñal

Mecanismos deTRANSFORMACIÓN

de movimientoMecanismos de transformación

de movimiento circular en

rectilíneo alternativo o viceversa Leva y excéntrica


2

3. MECANISMOS DE TRANSMISIÓN DE MOVIMIENTO.3.1. MECANISMOS DE TRANSMISIÓN LINEALTransmiten el movimiento y la fuerza de manera lineal. Son : la palanca, polea fija y polipasto.

Tipos Descripción, clases yaplicaciones Dibujo aclaratorio Fórmulas

PALANCA

Es una barra rígida que gira

sobre 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. Existen palancas de

primer grado (balancín,

tenazas, tijeras), de segundo

grado (abrelatas,

cascanueces, carretilla) y de

tercer grado (caña de pescar,

brazos de excavadoras).

Primer grado

Segundo grado

Tercer grado

F d = R r

F d = R r

F d = R r

Polea fija

Es una rueda ranurada quegira alrededor de un eje queestá sujeto a una superficiefija. Se utiliza para pozos,grúas sencillas, aparatos demusculación.

F= R

F : fuerza que realizamosR : es la resistencia o peso que

pretendemos levantar

Poliplasto

Es un conjunto de dos o maspoleas. El número de poleasserá siempre par: la mitadson fijas y la otra mitad,móviles. Se utilizan enascensores, montacargas,grúas, etc. Nos permitemultiplicar la fuerza querealizamos por el número depoleas.

F = RP

F : fuerza que realizamosR : es la resistencia o peso que

pretendemos levantarP : número de poleas


3

3.1. MECANISMOS DE TRANSMISIÓN CIRCULAR

Transmiten el movimiento y la fuerza de una forma circular desde el elemento motriz hasta los

receptores. Son: las ruedas de fricción, sistema de poleas con correa, tren de poleas con correas,

engranajes, tren de engranajes, engranajes con cadena y tornillo sin fin.

TiposDescripción, clases y

aplicaciones Dibujo aclaratorio Fórmulas

Ruedas defricción

Son sistemas de dos o másruedas que se encuentran encontacto. Una de las ruedas (1)se denomina rueda motriz, yaque al moverse provoca elmovimiento de la otra rueda (2),llamada rueda conducida. Elsentido de giro de la ruedaconductora es el contrario al dela rueda motriz. Se usan en lasnorias de la feria, impresoras,radiocasetes, vídeos, etc.

La relación entre las

velocidades de giro de las

ruedas depende del

tamaño de dichas ruedas:

v1 d 1= v 2 d 2

V : velocidad de giroD : diámetro rueda

Sistema depoleas con

correa

Se trata de dos poleas separadasentre si, cuyos ejes suelen estarparalelos, que giran a la vezgracias a la correa que las une.Las poleas y los ejes giran en elmismo sentido.La velocidad de giro y la fuerzaserán distintas en ambas poleas.Se emplean en lavadoras,máquinas de coser, impresoras,coches…

Poleas con correa La relación entre las


poleas depende del

tamaño de dichas poleas:

v1 d 1= v 2 d 2

V : velocidad de giroD : diámetro la polea

Tren poleascon correa

Cuando tenemos más de dospoleas se denomina tren depoleas con correa. Con estesistema logramos diferentesvelocidades de giro y fuerzas.Ejemplo: taladros verticales,transmisión de ciclomotores,..

Podemos calcular lavelocidad de cada poleaconociendo la velocidadde la polea que la mueve.

v1 d 1= v 2 d 2

V : velocidad de giroD : diámetro la polea


4

TiposDescripción, clases y

aplicaciones Dibujo aclaratorio Fórmulas

Engranajes

Son ruedas dentadas acopladasentre sí, de modo que los dientesde un engranaje arrastran a losde otro. Existen distintos tipos dedientes, según su forma (rectos,helicoidales y cónicos) ytamaño. Los engranajes giran ensentido contrario.Se usan en taladradoras,batidoras, exprimidores,juguetes, cajas de cambios decoches y motos…Si colocamos un engranaje entreotros dos, conseguiremos que elprimer y el último engranajegiren el mismo sentido. Esteengranaje intermedio se llama“engranaje loco” y no varía lavelocidad final.

Engranajes

Tipos de dientes

Engranaje loco

La relación entre las


ruedas depende del

número de dientes:

v1 Z1= v2 Z2

V : velocidad de giroZ : número de dientes del

engranaje

La velocidad de losengranajes se calcula de

forma parecida a la de laspoleas pero, en vez de

diámetros utilizamos nº dedientes

Tren deengranajesEngranajes

Se llama tren de engranajes alsistema formado por más de dosengranajes.Ej: relojes, cajas de cambios decoches, herramientaseléctricas,…

v1 Z1= v2 Z2

V : velocidad de giroZ : número de dientes del

engranajeEl cálculo es similar al del

tren de poleas.

Sistema depiñones y

cadena

Consiste en dos “engranajes”,separados entren si, unidos poruna cadena que hace que giren ala vez y en el mismo sentido. Seusa en las bicicletas,motocicletas, vehículos de tresruedas.

La relación entre lasvelocidades de giro delas ruedas depende delnúmero de dientes:

v1 Z1= v2 Z2

Tornillosin fin

Se trata de un tornillo que seengrana a una rueda dentadahelicoidal, cuyo eje esperpendicular al eje del tornillo.Por cada vuelta del tornillo sinfin, la rueda dentada gira undiente. Este sistema permite unagran reducción de velocidad. Ej.:las clavijas que tensan lascuerdas de guitarra, etc.

La expresión para eltornillo sin fin es:

v1= v2 Z 2


5

4. MECANISMOS DE TRANSFORMACIÓN DE MOVIMIENTO.

Transforman un movimiento de giro en otro rectilíneo. De esta forma podemos convertir elmovimiento de giro de un motor eléctrico en uno lineal. Por ejemplo en las puertas de cocheras, en lasierra de calar, en el gato de un coche, en el motor de una moto,…

Tipos Descripción, clases y aplicaciones Dibujo aclaratorio

Piñón-cremallera

Se trata de una rueda dentada de dientes rectos,

engarzada a una cremallera o barra dentada.

Cuando la rueda dentada gira, la cremallera se

desplaza con movimiento rectilíneo. Es un

movimiento reversible. Se usa en taladradoras,

automóviles, etc.

Tornillo-tuerca

Consta de un tornillo y de una tuerca cuyo

diámetro interior coincide con el diámetro del

tornillo. Si el tornillo gira, la tuerca avanza con

movimiento rectilíneo y viceversa. Se emplea

en prensas, grifos, tapones de rosca, etc.

Manivela-torno

Una manivela es una barra que está unida a uneje al que hace girar. La fuerza necesaria paraque el eje gire es menor que la que habría queaplicarle directamente. El mecanismo que sebasa en este dispositivo es el torno, que constade un tambor que gira alrededor de su eje conel objetivo de arrastrar un objeto.

Biela-manivela

Está formado por una manivela y una barra

denominada biela. Al girar la rueda, la

manivela transmite el movimiento circular a la

biela, que experimenta un movimiento de

vaivén. Este mecanismo también funciona a la

inversa. Se utilizó en la locomotora de vapor y

en la actualidad se emplea en motores de

combustión interna.


6

Cigüeñal

Si colocamos una serie de bielas en un mismo

eje acodado, el conjunto formado se denomina

cigüeñal. Este mecanismo transforma el

movimiento de rotación de un eje en

movimientos alternativos descompasados de

las diferentes bielas. Se utiliza en los motores

de combustión y tradicionalmente se empleaba

en las máquinas de coser.

Leva yexcéntrica

La leva es una rueda con un saliente que

empuja a un seguidor a su paso.

Un conjunto de levas colocadas sobre el mismo

eje se denomina árbol de levas.

La excéntrica consiste en una rueda cuyo eje de

giro no coincide con el centro de la

circunferencia.

Ambas, leva y excéntrica, transforman el

movimiento de rotación de la rueda en un

movimiento lineal alternativo.

Se emplean en motores de combustión.

Leva

Árbol de levas

Excéntrica


7

EJERCICIOS DE APLICACIÓN

1. Los dibujos siguientes representan varios casos prácticos de palancas. ¿A qué tipo correspondecada una de ellas?

2. ¿Qué fuerza es necesaria aplicar para levantar una carga de 100 kg con una polea fija? ¿Y siutilizamos un polipasto con 4 poleas?

3. En un tornillo sin fin conocemos la velocidad del tornillo v1= 2400 rpm y su número de dientesZ1= 10 dientes y el número de dientes de la rueda, Z 2 = 20 dientes. ¿cuál es la velocidad de la

rueda dentada?4. ¿Qué fuerza tenemos que aplicar como mínimo en el esquema de la figura para elevar la carga?

5. Calcula el diámetro que debe tener la rueda motriz del siguiente sistema para que, girando a 70rpm, la conducida gire a 560 rpm.

F

R =50 kg


8

6. Calcula a qué velocidad girará la bailarina si hacemos girar la manivela a 50 rpm.

7. Dado un tren de poleas con estos diámetros: d 1= 10mm , d 2= 30 mm , d 3= 20 mm yd 4= 50 mm , calcula v 4 si la rueda gira 1 gira a 20 rpm.

8. Calcula la velocidad de salida del siguiente sistema de transmisión. Indica asimismo el sentido degiro de las ruedas 2, 3 y 4. Por último, calcula la velocidad que deberá tener la rueda dentada,suponiendo que la de salida gira a 60 rpm.

9. Nuestra bicicleta de montaña tiene dos platos, uno de 44 dientes y otro de 56 dientes. Por otrolado, el piñón más pequeño tiene 14 dientes, el mediano tiene 16 dientes y el mayor 20 dientes.Calcula las vueltas que dará la rueda trasera cada vez que pedaleemos en cada uno de lossiguientes casos:

a. Plato pequeño y piñón grande.b. Plato grande y piñón pequeño.c. Plato grande y piñón mediano.

10. Calcula las velocidades que se pueden obtener sabiendo que el motor gira a 1400 rpm.


9

11.- Explica que es una polea y para que podemos utilizarla. Pon ejemplos.

12.- Explica que es un polipasto y para que se utiliza. Pon ejemplos.

13.- Explica que es un engranaje y para que se utilizan. Pon ejemplos.

14.- Explica que es una palanca y para que se utiliza. Pon ejemplos.

15.- ¿Sabes lo que es el cuenta-revoluciones de un coche? Explícalo.

16.- Indica cuales son las ventajas y los inconvenientes del uso de poleas. Pon ejemplos.

17.- Indica cuales son las ventajas y los inconvenientes del uso de engranajes. Pon ejemplos.

18.- Indica si son verdaderas (V) o falsas (F), las siguientes afirmaciones y explícalas brevemente.

• Las poleas son silenciosas..................................................................................

• Los engranajes patinan........................................................................................

• Los engranajes se utilizan para transmitir grandes fuerzas .................................

• Las poleas son mas baratas que los engranajes...................................................

19.- Calcula el peso máximo que puede levantar una palanca sobre la que

realizamos una fuerza de 40 Kgf. El brazo de la palanca a, sobre el que se

realiza el esfuerzo mide 2 m y el brazo sobre el que colocamos el peso o

resistencia R mide 0,5 m.

20.- Si un coche pesa 500 Kg. Nuestra fuerza es de 50 Kgf. (nuestro peso) y deseamos levantarlo con unpolipasto, ¿cuantas poleas debería tener como mínimo?21.- Calcula la fuerza que tendremos que realizar para levantar una carretilla si la distancia desde el punto de

apoyo hasta el punto de aplicación de la fuerza ( a ) 1´25 m y la

distancia entre el punto de apoyo y el punto de aplicación del peso

resistencia ( b) es de 0´4 m. El peso o resistencia que vamos a

levantar es de 100 Kg.

22.- Tenemos que levantar 300 kg y podemos hacer 50 kgf de fuerza, ¿cuantas poleas debe tener el polipastopara poder levantar ese peso?23.- Estamos en un taller de motos y tenemos un polipasto con 6 poleas. Nuestro peso es de 40 kg. ¿Cuantopuede pesar como máximo una moto si queremos levantarla con el polipasto?24.- Tenemos la transmisión de una bicicleta. Dependiendo del tamaño del plato ( 1 ), indica si la velocidad delpiñón ( 2) y la fuerza que transmite será mayor o menor.

Velocidad : ……………. Velocidad: ……………. Velocidad……………

Fuerza:………………… Fuerza:………………... Fuerza:………………


10

25.-Calcula la velocidad de giro de la polea nº 2 ( V2 ) e indica el sentido de giro de cada una deellas. Donde D es diámetro de la polea y V es velocidad de giro.

26.- Calcula la velocidad de giro del engranaje nº 2 (V 2 ) e indica el sentido de giro de cada uno de ellos.Donde Z es el número de dientes del engranaje y V es velocidad de giro.

27.- Tenemos las siguientes trasmisiones, calcula cual debe ser el diámetro de la polea nº 2 ( D2 ) paraconseguir la velocidad la velocidad de giro ( V 2 ) deseada. Indica el sentido de giro de las poleas.

D1 = 10 cm ; D2 = 5 cm D1 =20 cm ; D2 =20 cm D1 =10 cm ; D2 =40 cmV1 = 500 rpm; ¿ V 2 ? V1 = 1.500 rpm; ¿ V 2 ? V1 = 1000 rpm; ¿ V 2 ?

Z1 = 20 d ; Z2 = 50 d Z1 =10 d ; Z2 =50 d Z1 =50 d ; Z2 =10 d V1= 1000 rpm; ¿ V 2 ? V1 = 1.500 rpm; ¿ V 2 ? V1 = 1000 rpm; ¿ V 2 ?

D1 = 5 cm ; ¿ D2 ? D1 =10 cm ; ¿ D2 ? D1 = 15 cm ; ¿ D2 ?V1 = 500 rpm; V 2 = 250 rpm V1 = 150 rpm; V 2 = 150 rpm V1 =75 rpm; V 2 =150rpm

28.- Calcula el número de dientes que debe tener el engranaje nº 2 para lograr la velocidad angular V 2 deseada.Indica el sentido de giro de cada engranajeZ1 = 15 d ; ¿ Z2 ? Z1 =20 d ; ¿ Z2 ? Z1 =50 d ; ¿ Z2 ?V1 =100 rpm; V 2 =25 rpm V1 =150 rpm; V 2 = 75 rpm V1 =100 rpm; V 2 = 1000rpm


11

29.- Calcula la velocidad de cada una de las poleas y la dirección en que giran

30.- Calcula la velocidad de cada engranaje y la dirección en que giran.

31.- Calcula la velocidad de la polea nº 6. Indica la dirección en que gira cada una de ellas.

32.- Tornillo sin fin: Calcula a que velocidad girará (V2) un engranaje con 50 dientes ( Z = 50 d.) que es movido

por un tornillo sin fin que gira a una velocidad de 1000 rpm (V1 = 1000 rpm. Explica que podemos conseguir coneste mecanismo. ¿Qué habrá pasado con la velocidad? ¿Y con la fuerza?

D1 = 10 cm ; D4 = 5 cm D1 = 10 cm ; D4 = 5 cm D2= 20 cm ; V1 = 100 rpm D2 = 15 cm ; V1 = 150 rpmD3 = 5 cm ; ¿V 2 ? ¿V 3 ? ¿V 4 ? D3 = 3 cm ; ¿V 2 ? ¿V 3 ? ¿V 4 ?

Z1 = 40 d ; Z3 = 10 d Z1 = 50 d ; Z3 = 20 dZ2 = 20 d ; V1 = 100 rpm Z2 = 25 d ; Z4 = 10 d ¿V 2 ? ¿V 3 ? V1 = 100 rpm; ¿V 2 ? ¿V 3 ? ¿V4 ?¿Para que sirve el engranaje nº 2?¿Cómo suele llamarse?

D1 = 6 cm ; D4 = 10 cmD2 = 3 cm ; D5 = 2 cmD3 = 10 cm ; D6 = 4 cmV 1 = 100 rpm ¿V 6 ?

V 1 = 100 rpm; velocidad de giro del motor y del tornillo sin finZ = 50 d. Nº de dientes del engranaje¿ V 2 ? Velocidad a la que gira el engranaje

máquinas y mecanismos

Documents