TEMA 6.- MÁQUINAS Y MECANISMOS

• MERCEDES SEGURA PINAR• DPTO DE TECNOLOGÍA• IES RÍO JÚCAR MADRIGUERAS

INDICE1.- Las máquinas y los mecanismos

2.- Palancas

5.1.- Mecanismos de barras

5.2.- Mecanismos de biela manivela. Cigüeñal

3.- El torno y la polea

4.- Mecanismos de transmisión de movimientos

5.- Mecanismos de transformación de movimientos

6.- Otros mecanismos

7.- Motores

5.3.- Otros mecanismos de transmisión de movimientos

8.- Ejercicios

1.- LAS MÁQUINAS Y LOS MECANISMOS

MÁQUINAAparato que reduce el esfuerzo o el tiempo

necesario para realizar un trabajo.

MÁQUINAS SIMPLES: Realizan el trabajo en un solo paso.

Se basan en el principio: aumentando el recorrido, disminuye el esfuerzo. De ellas se derivan muchas otras.

Palanca Barra rígida que

gira en torno a un punto fijo sobre el que está apoyada.

Plano inclinado Rampa usada para elevar objetos con

menos esfuerzo

Rueda Consiste en un eje unido a un cuerpo

redondo que gira

MÁQUINAS COMPUESTASRealizan su función en varios

pasos encadenados.

1.- LAS MÁQUINAS Y LOS MECANISMOS (II)

TIPOS DE MÁQUINAS SIMPLES

PALANCA

Barra rígida que gira en torno a un punto fijo sobre el que está apoyada

Se pueden combinar dos o más (pinzas, alicates, cascanueces,…). Sirven para realizar trabajos de manera más cómoda y eficaz

RUEDA

Consiste en un eje unido a un cuerpo redondo que gira

Sirve para desplazar objetos.De ella proceden: rodillo, engranajes, levas,…

PLANO INCLINADO

Es una rampa Sirve para elevar objetos con menos esfuerzo.El esfuerzo será menor cuanto más larga sea la rampaDe él derivan: cuña, hacha, escalera, broca,…

1.- LAS MÁQUINAS Y LOS MECANISMOS (III)

MECANISMOS: son combinaciones de elementos mecánicos que transforman las fuerzas y los

movimientos.Reciben una energía de entrada y, a través de un

sistema de transmisión y transformación de movimientos, realizan un trabajo

2.- PALANCAS

¿PARA QUÉ SIRVEN LAS PALANCAS?

Para realizar trabajos de forma más cómoda y eficaz.

Para transmitir movimientos

Transformar un movimiento en otro de sentido contrario.

Transformar fuerzas grandes en fuerzas pequeñas, y al contrario

Transformar un movimiento pequeño en otro mayor, y al contrario

“Dadme un punto de apoyo y moveré el mundo”. Arquímedes.

2.- PALANCAS (II)

Elementos de la palanca

RESISTENCIA Brazo de la resistencia (distancia entre la resistencia

y el punto de apoyo)

PUNTO DE APOYO

Brazo de la potencia (distancia entre la potencia y

el punto de apoyo)

POTENCIAFuerza que se aplica

LEY DE LA PALANCAPara que una palanca se encuentre en equilibrio, de

manera que no gire, se tiene que cumplir la siguiente igualdad:

POTENCIA x Brazo de potencia = RESISTENCIA x Brazo de resistenciaPxBp=RxBr

Decimos que hay VENTAJA MECÁNICA cuando la POTENCIA o fuerza que aplicamos es más pequeña que la RESISTENCIA a vencer, ya que hemos conseguido multiplicar la

fuerza con esa palanca.Para que haya VENTAJA MECÁNICA, debemos aumentar el brazo de la potencia y

disminuir el brazo de la resistencia

Punto de apoyo

POTENCIA

RESISTENCIA

Brazo resistencia

Brazo potencia

2.- PALANCAS (III)

Calcula la fuerza que tenemos que hacer (P) para mover un peso (R) de 100 Kg con una palanca de primer grado. Sabemos que el Bp=150 cm y el Br=50cm.

1º.- Se dibuja la palanca2º .- ¿De qué genero es la palanca? De primer género

3º DATOSP=? Bp= 150cm R= 100 Kg Br= 50 cm

4º FÓRMULA : Ley de la Palanca PxBp=RxBr 5º OPERACIONES P= RxBr/Bp = 100x50/150=33,3 Kg

6º SOLUCIÓN: POTENCIA= 33,3 Kg

http://www.slideshare.net/tecnoarchena/resolucin-de-problemas-de-palancas

PxBp=RxBrP=RxBr/ BpR=PxBp/ BrBp=RxBr/PBr=PxBp/R

2.- PALANCAS (IV)

¿Qué potencia se necesita para sostener la carretilla de la figura?

1º.- Se dibuja la palanca2º .- ¿De qué genero es la palanca? De segundo género

3º DATOSP=? Bp= 100cm R= 150 Kg Br= 40 cm

4º FÓRMULA : Ley de la Palanca PxBp=RxBr 5º OPERACIONES P= RxBr/Bp = 150x40/100=60Kg

6º SOLUCIÓN: POTENCIA= 60 Kg

http://www.slideshare.net/tecnoarchena/resolucin-de-problemas-de-palancas

P=?

P. A. R= 150 Kg

Br=40 cm

Bp=100 cm

PxBp=RxBrP=RxBr/ BpR=PxBp/ BrBp=RxBr/PBr=PxBp/R

2.- PALANCAS (V)

http://www.slideshare.net/tecnoarchena/resolucin-de-problemas-de-palancas

PxBp=RxBrP=RxBr/ BpR=PxBp/ BrBp=RxBr/PBr=PxBp/R

2.- PALANCAS (VI)

Según como estén colocados la potencia (P), el punto de apoyo (PA) y la resistencia (R), se pueden distinguir tres tipos de palancas

DE PRIMER GÉNEROPunto de apoyo entre la Potencia y la Resistencia

DE SEGUNDO GÉNEROResistencia entre el Punto

de apoyo y la Potencia

DE TERCER GÉNEROPotencia entre el Punto

de apoyo y la Resistencia

POTENCIA POTENCIA POTENCIARESISTENCIARESISTENCIARESISTENCIA

Punto de apoyoPunto de apoyoPunto de apoyo

2.- PALANCAS (VII)Dibuja las siguientes palancas en tu cuaderno. Indica donde está la potencia, la resistencia y el punto de apoyo. Clasifícalas

http://www.slideshare.net/colfem/las-palancas-8070164

3.- EL TORNO Y LA POLEA

EL TORNOEste mecanismo consiste en un cilindro horizontal o TAMBOR, que está provisto de una manivela. Cuando giramos la manivela, se enrolla o desenrolla una cuerda o cable alrededor del tamborSe emplea para la tracción o elevación de cargas. Con esta máquina se obtiene VENTAJA MECÁNICA (siempre que el brazo de la manivela sea mayor que el radio del tambor del torno)

LA POLEAEs un mecanismo formado por un eje y una rueda acanalada, por la que pasa una cuerda o correa.Se emplea para cambiar la dirección en la que actúa una fuerza.

3.- EL TORNO Y LA POLEA (II)

TIPOS DE POLEAS

POLEA FIJANo proporciona

ventaja mecánica. Solo

cambia la dirección de la

fuerza

POLEA MÓVIL

Está conectada a una cuerda que tiene uno

se sus extremos fijos y el otro móvil.

Se consigue una ventaja

mecánica de 2 (nuestra fuerza

se multiplica por 2)

POLIPASTO Combinación de poleas fijas

y móviles.Se consigue una ventaja

mecánica igual al número de

poleas que hay.

3.- EL TORNO Y LA POLEA (III)

3.- EL TORNO Y LA POLEA (IV) Polea fija: cambia la dirección de la fuerza y no disminuye el esfuerzo, es decir, la fuerza aplicada es igual a la resistencia.Si se desea levantar un peso de 80 Kg (resistencia) se debe hacer una fuerza igual, es decir 80 Kg. F = 80 Kg

Polea móvil: es utilizada para reducir el esfuerzo necesario para levantar una carga. En la polea móvil la fuerza aplicada es igual a la mitad de la resistencia. Para calcular la fuerza F se utiliza la fórmula: F= R / 2En este caso, si se desea levantar un peso de 80 Kg, se debe hacer una fuerza de 40 Kg.   F = 80 Kg / 2 = 40 Kg

Polipasto: es una combinación de poleas fijas y móviles recorridas por una o varias cuerdas con los extremos anclados a uno o a varios puntos fijos. Un aparejo factorial consiste en montar varias poleas fijas acopladas en una sola armadura que se conectan mediante una sola cuerda con otras poleas móviles que se montan en otra armadura. Para calcular la fuerza F se utiliza la fórmula:   F= R / 2n, donde n es en número de poleas móviles.Si se quiere levantar un peso de 240 Kg, con un aparejo factorial como el de la gráfica anterior, se necesitaría una fuerza F de:        F = 240 Kg / 2×2 = 240 Kg / 4 = 60 Kg.

3.- EL TORNO Y LA POLEA (V)

En los siguientes sistemas de poleas, calcula la fuerza que hay que hacer para levantar las correspondientes cargas.

100 Kg300 Kg

1200 Kg800 Kg 500 Kg

a)b)

c) d)e)

?

?

?

4.- MECANISMOS DE TRANSMISIÓN DE MOVIMIENTOS

RUEDAS DE FRICCIÓN

POLEAS Y CORREA

ENGRANAJES

ENGRANAJES CON CADENA

TORNILLO SIN FIN

4.- MECANISMOS DE TRANSMISIÓN DE MOVIMIENTOS (II)

SISTEMA DE TRANSMISIÓN CIRCULAR

Mecanismos empleados para comunicar movimiento de un eje a otro.

También sirven para aumentar o disminuir la velocidad.

Así como para multiplicar o reducir una fuerza

Ruedas de fricciónSe emplea para

ejes muy próximos.El movimiento se

transmite por fricción

No se usan mucho porque

pueden patinar

Rueda loca: sirve para cambiar el sentido de giro

4.- MECANISMOS DE TRANSMISIÓN DE MOVIMIENTOS (III)

POLEAS CON CORREADos o mas poleas unidas

entre sí con correas. Pueden transmitir el

movimiento entre ejes bastante alejados.

Son sistemas sencillos pero las correas tienden

a deslizar.

Se emplear para modificar la

velocidad o la fuerza de un eje.

También se puede cambiar el

sentido de giro

4.- MECANISMOS DE TRANSMISIÓN DE MOVIMIENTOS (IV)

LA RELACIÓN DE TRANSMISIÓNLa relación entre las velocidades con las que giran las poleas depende de

sus tamaños.Por tanto, si elegimos adecuadamente los diámetros de las poleas, se

puede aumentar, mantener o disminuir la velocidad de giro del eje de la polea conducida (La polea de mayor diámetro gira a menor velocidad)

Como D1>D2, entonces V1<V2

La polea conducida gira a más velocidad

Como D1=D2, entonces V1=V2

La polea conducida gira a la misma velocidad

Como D1<D2, entonces V1>V2

La polea conducida gira a menos velocidad

Polea conductora

Polea conductora Polea conductora

Polea conducida Polea conducida Polea conducida

V1

D1

V2

D2 V1V1

D1D1

V2

V2

D2

D2

4.- MECANISMOS DE TRANSMISIÓN DE MOVIMIENTOS (V)

La relación entre las

velocidades depende del nº de dientes de los engranajes

ENGRANAJESRuedas dentadas que engran

an entre sí, de

manera que

al girar una,

arrastra a la otra

Engranaje loco: sirve para cambiar el sentido de giro

4.- MECANISMOS DE TRANSMISIÓN DE MOVIMIENTOS (VI)

ENGRANAJES CON CADENA

Esta compuesto por dos ruedas dentadas de ejes

paralelos conectadas mediante una cadena

cerrada que se engrana en los dientes de las

ruedas

Se emplea para conectar ejes alejados de forma más segura

que las correas, porque no patina.

La relación entre las velocidades y el nº de dientes se calcula igual

que para los engranajes.

4.- MECANISMOS DE TRANSMISIÓN DE MOVIMIENTOS (VII)

TORNILLO SIN FINConsiste en un tornillo que engrana con una rueda dentada, cuyo eje es perpendicular al del tornillo.Se emplea para transmitir el movimiento giratorio del eje del tornillo a otro eje perpendicular a él.Relación de transmisión: por cada vuelta del tornillo, la rueda dentada avanza un diente. Esto permite conseguir una gran reducción de velocidad junto con un gran aumento de fuerza.

4.- MECANISMOS DE TRANSMISIÓN DE MOVIMIENTOS (VIII)

PROBLEMAS DE RELACIÓN DE TRANSMISIÓN. FÓRMULASV1xD1=V2xD2 (V1=velocidad polea conductora o motriz; V2= velocidad polea conducida)

(D1= diámetro polea conductora o motriz; D2= diámetro polea conducida) V1xZ1=V2xZ2 (V1=velocidad engranaje conductor; V2= velocidad engranaje conducido) (Z1= nº de dientes engranaje conductor; Z2= nº de dientes engranaje conducido)

Dado un sistema de poleas en el que el diámetro de la polea conducida es 15 cm, el diámetro de la polea conductora o motriz es 5cm y la velocidad de giro de la polea motriz es de 30 r.p.m. (revoluciones por minuto) ¿A qué velocidad gira la polea conducida? ¿Se trata de un sistema multiplicador o reductor de velocidad?1º Dibujo del sistema 2º Datos: D1= 5cm; D2=15cm; V1= 30 rpm.; V2=?

3º Fórmula: V1xD1=V2xD2

4º Operaciones: V2=V1xD1/D2=30x5/15=10 rpm

5º Solución: La polea conducida gira a 10 rpm. Se trata de un sistema reductor de velocidad

http://www.slideshare.net/tecnoarchena/resolucin-de-problemas-de-transmisiones

5.- MECANISMOS DE TRANFORMACIÓN DE MOVIMIENTOS

MECANISMOS DE BARRAS ARTICULADASConsisten en combinaciones de dos o más barras rígidas unidas entre sí mediante articulaciones.Con ellas se consigue transformar la dirección, el sentido y la amplitud de los movimientos.

5.1.- MECANISMOS DE BARRAS

MANIVELA

• Es una barra rígida que está unida a un eje. Se emplea para hacer girar el eje con menos esfuerzo.

• El esfuerzo es menor cuanto mayor es el brazo de la manivela.

CIGÜEÑAL •Es un conjunto de manivelas que están colocadas sobre un mismo eje.

BIELA •Barra rígida que conecta, mediante uniones articuladas en sus extremos, dos piezas móviles. Sirve para transmitir y transformar movimientos

5.2.- MECANISMOS DE BIELA MANIVELA. CIGÜEÑAL

BIELA MANIVELALa biela está unida

por uno de sus extremos a una manivela o a un

punto excéntrico de una rueda.

Cuando el cuerpo gira, la biela avanza y

retrocede en cada vuelta.

BIELA, MANIVELA Y CORREDERALa manivela está

unida mediante un a biela a un émbolo o pistón, que avanza y retrocede dentro de

un carril o guías.

BIELA CIGÜEÑALEs un mecanismo formado por un

conjunto de bielas colocadas en cada codo del cigüeñal.Cuando el cigüeñal gira, se consigue un movimiento lineal

alternativo y sincronizado de las

bielas

5.2.- MECANISMOS DE BIELA MANIVELA. CIGÜEÑAL (II)

RUEDA EXCÉNTRICAEs una rueda

que gira sobre un eje que no

pasa por su centro.

Se puede usar como leva o

como parte de otros

mecanismos.

LEVAMecanismo

formado por un eje que gira, la

leva, y el seguidor, que se

mueve al ser empujado por la leva cuando gira.Se emplea para

convertir el movimiento de

giro de un eje en el movimiento alternativo del

seguidor.

TORNILLO TUERCA

Consiste en un tornillo y una

tuerca dispuestos de manera que

uno está fijo u el otro se mueve.

Se consigue transformar un movimiento de giro en otro de

avance, con poca velocidad y gran

aumento de fuerza.

PÍÑÓN CREMALLERA

Consiste en una rueda dentada

engarzada a una barra dentada o

cremallera. Al girar el piñón, la cremallera

avanza o retrocede

5.3.-OTROS MECANISMOS DE TRANSMISIÓN DE MOVIMIENTOS

5.3.-OTROS MECANISMOS DE TRANSMISIÓN DE MOVIMIENTOS (II)

6.-OTROS MECANISMOS (III)

TRINQUETE

• Mecanismo formado por una rueda dentada y una uñeta, que se emplea para dirigir el movimiento de un eje, permitiendo que gire en un sentido y no en el otro

• Se usa para tensar cables, en frenos,…

ACOPLAMIENTOS

• Se emplean para conectar dos ejes, de manera que se mantenga el movimiento.

• La unión puede ser temporal (embragues) o permanente (acoplamientos y juntas)

MECANISMOS QUE

MODIFICAN LA ENERGÍA

•Se emplean para almacenar o liberar energía.•Los muelles, los amortiguadores y los frenos son mecanismos de este tipo

7.- MOTORESDispositivos que

transforman cualquier tipo de energía en

energía MECÁNICA

MOTORES

MOTORES ELÉCTRICOSTransforman la energía eléctrica en mecánica

Electrodomésticos, máquinas-herramientas,

…

MOTORES DE COMBUSTIÓNUtilizan el calor de la

combustión de un combustible para mover la

máquinaCoches, motos, barcos,…

DE COMBUSTIÓN EXTERNA: TURBINA

DE COMBUSTIÓN INTERNA:

MOTOR DE CUATRO TIEMPOS

8.- EJERCICIOS EJERCICIOS DEL LIBRO

Palancas y poleas• 1, 2 y 3 pag 137• 1 pag 139•1, 2 y 3 pag 143• 1, 4 y 6 pag 159Sistemas de transmisión• 1 y 2 pag 147• 2 y 3 pag 159• 1 y 2 pag 160Mecanismos que transforman el movimiento• 1, 2, 3 y 4 pag 149• 5 pag 161

En el siguiente cuadro, une cada dibujo con su nombre (uniendo cada letra con su número)

1 2 3 4 5

6 7 8 9 10

11 12 1314 15

a) b) c) d) e)f) g) h) i) j)k) l)

m) n) ñ)

8.- EJERCICIOS (II)1.-Un mecanismo consta de dos poleas y correa. La polea conductora tiene un diámetro de 25 cm y gira a 300rpm. La polea conducida tiene un diámetro de 5cm. ¿Cuál es la velocidad de giro de la polea conducida? ¿Es una transmisión multiplicadora o reductora? ¿Cuál es la dirección de giro de la polea pequeña? Solución: 1500 rpm2.- Un mecanismo consta de dos engranajes. El engranaje de mayor tamaño tiene 75 dientes y gira a 200rpm. El engranaje más pequeño tiene 25 dientes. ¿Cuál es la velocidad de giro del engranaje pequeño? ¿Es una transmisión multiplicadora o reductora? ¿Cuál es la dirección de giro del engranaje pequeño? Solución: 600 rpm3. Estás en el parque en un balancín de 5 metros y quieres levantar a tu hermano de 30kg. El punto de apoyo se sitúa a 3 m de tu hermano. ¿Cuánto tienes que pesar paraalcanzar el equilibrio? Solución: 45 kg4. Tienes una caja de 100kg que quieres levantar del suelo. Para eso cuentas con unabarra de madera de 3m de longitud y una piedra que puede hacer de punto de apoyo.Tú pesas 50 kg. ¿Dónde colocarías la piedra para levantar mejor la caja? Razona larespuesta.5. ¿Qué es una polea? ¿Cómo funciona?¿Cuándo la utilizarías ?6. Clasifica las siguientes palancas, indicando donde están el punto de apoyo, la resistencia y la potencia:

8.- EJERCICIOS (III)7. Qué diferencia hay entre las máquinas a) polea y b) poleas con correas? Dibuja un esquema de ambos.8. ¿Cómo cambiarías la dirección de dos ejes solidarios a dos poleas? Dibújalo9. Indica en los esquemas 1 y 2 a) sentido de giro de la polea conducida y b) ¿es mecanismo reductor o multiplicador?10. En la transmisión por ruedas de fricción de la figura. ¿A qué velocidad girará la rueda grande (conducida), si la rueda motriz gira a 30rpm?11. En la transmisión de la figura; la rueda 1, gira a 200 rpm y tiene un diámetro de 10 cm. Sabiendo que la rueda 2, deberá girar a 50 rpm ¿Cuál es el diámetro de ésta rueda? 12. Calcula la velocidad a la que gira la rueda de entrada (la grande) si la pequeña gira a 60 rpm. (Debes contar el nº de dientes de ambas ruedas).

9)1

2

10)

11)

12)

8.- EJERCICIOS (IV)

PROYECTO PARA HACER EN CASAHaz con material reciclado una polea . Puedes consultar el canal de youtube tecnobg (http://youtu.be/Ggg3in3ifyY)

ENLACESVideo historia de las máquinashttps://www.youtube.com/watch?v=wfUElpIHMz8#aid=P-kIwzrgteY

Dibujos animados “Como funcionan las cosas”: poleas, palancas, engranajes, planos inclinados, ejes, electricidad, tornillos,…https://www.youtube.com/watch?v=28ZosNCAUKkhttps://www.youtube.com/watch?v=l_cc9Mgv3Ichttps://www.youtube.com/watch?v=l_cc9Mgv3Ichttps://www.youtube.com/watch?v=_BGBwseLCmAhttps://www.youtube.com/watch?v=T9VvvpwRjPghttps://www.youtube.com/watch?v=T9VvvpwRjPghttps://www.youtube.com/watch?v=-g9pJWEmgkk

8.- EJERCICIOS (V)

13 - Identifica el nombre de los mecanismos y su posible utilización

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8.- EJERCICIOS (VI)