Mecanismos

MECANISMOS

Teresa Cuella Pérez 3º ESO B

Índice

• Control de movimientos

• Transmisión de movimientos

- Sentido Trinquete - Velocidad Frenos

-Transmisión lineal Palanca Polea Polipasto

-Transmisión de giro Tipos de sistemas de transmisión Variación de la velocidad Relación entre velocidades Trenes de poleas o engranajes Cambios de dirección y sentido de giro

• Acumulación de energía

- Absorción Muelles - Disipación Sistemas de suspesión

• Transformación de movimiento

• Unión

- Acoplamiento Embragues - Sujeción Cojinetes

- Circular - lineal Rueda Piñón - cremallera Tornillo - tuerca Manivela - torno

- Circular-lineal alternativo Biela - manivela Cigüeñal Leva Excéntrica

Transmisión de movimiento

Palanca

Transmisión lineal

Una palanca consiste en un elemento rígido, semejante a una barra, que gira alrededor de un punto, llamado punto de apoyo o fulcro, sobre el que actúan varias fuerzas en equilibrio. Cada fuerza produce un momento de giro en la palanca. El momento es el producto de la fuerza por su distancia al punto de giro. Momento = Fuerza X Giro

Tipos de palancas

Tercer Grado

Segundo Grado

Primer Grado

El punto de apoyo se encuentra entre la fuerza aplicada y la resistencia.El efecto de la fuerza puede verse aumentando o disminuyendo.

La fuerza aplicada se encuentra entre el punto de apoyo y la resistencia.El efecto de la fuerza aplicada siempre se ve disminuyendo.

La resistencia se encuentra entre el punto de apoyo y la fuerza aplicada.El efecto de la fuerza aplicada siempre se ve aumentando (d > r).

Poleas

Transmisión lineal

La polea es una rueda ranurada que gira alrededor de un eje que se halla sujeto a una superficie fija. Por la ranura de la polea se hace pasar una cuerda, cadena o correa que permite vencer, de forma comoda, una resistencia (R) aplicando una fuerza (F).

Polea movil

Polea fija

En este tipo de sistemas la cuerda hace un recorrido doble alrededor de la polea móvil. El esfuerzo requerido para levantar una carga respecto a la polea fija se reduce a la mitad, al necesitarse el doble de cuerda para subir la misma distancia. F = R / 2 Fuerza = Resistencia / 2

En este tipo de polea las fuerzas son iguales, puesto que la cuerda avanza lo mismo a ambos lados. Su vnetaja reside en que empleamos la gravedad y el peso de nuestro cuerpo; es más fácil levantar algo tirando de ello hacia abajo que tirando hacia arriba. F = R Fuerza = Resistencia

Polipastos

Transmisión lineal

Es un conjunto de poleas fijas y móviles que obligan a la cuerda a hacer un recorrido complejo entre ellas. Cuanto mayor es el número de poleas, menor es la fuerza que debemos hacer para subir el peso.

Tipos de polipastos

Polipasto vertical

Polipasto exponencial

Polipasto horizontal

F = R / 2n

F = R / 2 · n

(Siendo n el número de poleas)

Tipos de sistemas de transmisión

Transmisión de giro

Ruedas de fracción

Poleas con correa

Piñones y cadena

Engranajes

Variación de la velocidad

Transmisión de giro

Sistema multiplicador. Se multiplica la velocidad de entrada, N1, en una velocidad de salida N2, mayor. D1 > D2 N2 > N1

Sistema reductor. Se reduce la velocidad. Transfroma la velocidad de entrada, N1, en una velocidad de salida, N2, menor. D1 < D2 N2 < N1

Sistema constante. Se mantiene constante la velocidad. La velocidad de entrada, N1, y la de salida N2, son iguales. D1 = D2 N2 = N1

Relación entre velocidades

Transmisión de giro

La relación entre velocidades es inversa a la de los tamaños de las ruedas. A ese número se le llama relación de transmisión de velocidad. N es el giro y D, el diámetro. N2 D1 ----- = ----- N1 D2

La relación entre los tamaños puede hallarsew con el radio (r) o con el diámetro, si hablamos de ruedas o poleas, y con el número de dientes ( Z) si se trata de engranajes.

Trenes de poleas o engranajes

Transmisión de giro

Un tren de poleas contsa de varia parejas de poleas encajadas en las que las intermedias giran a la vez. De un modo similar, podemos definir también un tren de engranajes, que en este caso estará formado por engranajes o ruedas. Para sber como funcionan y qué relaciones de transmisión existen entre los elementos del tren, vamos a analizarlo paso a paso: - La rueda 1 transmite el giro a la 2, que al ser más pequeña gira más rápido, en proporción D1 / D2. - La rueda 2 está directamente conectada a las 3, de modo que ambas giran a la vez y a la misma velocidad. - La rueda 3 transmite movimiento a la 4, que al tener la mitad de tamaño que ella dará el doble de vueltas Así, por cada vuelta de la ruedad motriz, la rueda 2 dará una y media, la 3 también una y media, al estar acoplada al mismo eje, y la 4 el doble de vueltas que la 3, esto es, 1,5 x 2 = 3

La relación de transmisión entre la primera rueda y la última es el resultado de multiplicar entre sí las relaciones de transmisión del primer par de ruedas y del segundo. N4 D1 · D3 ----- = ---------- Donde N es la velocidad y D el diámetro. La misma relación se cumple empleando los radios (r) o el N1 D2 · D4 número de dientes (Z) de los engranajes.

Cambios de dirección y sentido de giro

Transmisión de giro

Las correas nos permiten conseguir muy fácilmente los cambios de sentido y la dirección de giro del eje conducido. Sin embargo, los engranajes necesitan un diseño especial de sus dientes para lograrlo. Dependiendod e si la transmisión de giro se hace entre ejes paralelos, como hemos visto hasta ahora, entre ejes perpendiculares concurrentes o entre jes cruzados, podemos emplear distintos tipos de engranajes. Los ejes helicoidales se emplean para que haya más de un diente engranado a la vez. Son más precisos y tienen mayor potencia de arrastre.

Ejes concurrentes

Ejes cruzados

Ejes paralelos

Transformación de movimiento

La rueda

Transfromación circular-lineal

La rueda es el mecanismo básico de la bicicleta. Con ella se facilita el desplazamiento al reducirse la superficie de contacto con el suelo y disminuir el rozamiento. A su vez, el rozamiento es necesario para que la rueda avance, pues es el agarre al suelo el que la obliga a ello.Con cada vuelta de la rueda el vehículo se desplaza horizontalmente la medida de la circunferencia de la rueda, 2πr, por ello, cuanto más grande son las ruedas menos fuerza hemos de aplicar para impulsarlo y más rápido se desplaza.

Piñón - Cremallera

Transfromación circular-lineal

Se llama piñón a una rueda dentada pequeña engarzada a una barra dentada que se denomina cremallera. Cuando el piñón gira, la barra se desplaza, y al contrario, si la cremallera avanza o retrocede hace moverse a la rueda dentada. Este mecanismo también es capaz, como la rueda, de transformar movimiento circular en rectilíneo.APLICACIONES: puertas correderas, cintas transportadoras y elementos que necesiten desplazamiento y precisión.

Tornillo - tuerca

Transfromación circular-lineal

Este sistema consta de un tornillo o eje roscado y de una tuerca que encaja en él. Transforma el giro de uno de los dos elementos en desplazamiento. Se puede emplear para apretar uniones, haciendo girar y avanzar la tuerca sobre el tornillo. Si giramos el eje manteniendo fija la orientación de la tuerca, también avanza sobre él. Sirve de este modo, para elevar cargos, pues se trata de un mecanismo reductor.APLICACIONES: como elemento de unión en tornillos de banco, grifos, gatos de coche, tapones de rosca, etc.

Conjunto manivela - torno

Transfromación circular-lineal

El conjunto manivela - torno es un caso especial de palanca con aumento de fuerza en el que, además, transformamos un movimiento circular de la manivela en un avance lineal de la carga, que se va enrrollando en el torno.El aumento de fuerza es proporcional a la relación entre los radios de la manivela y el tambor, por lo que se cumple la misma relación que en la palanca: F · d = R · r Este mecanismo se emplea para elevar pesos y arrastrar cargas, y ha de tener asociado algún mecanismo de freno para evitar que el peso caiga libremente al dejar de sujetarlo. APLICACIONES: como sistema para enrrollar toldos máquinas de elevación de cargas, grúas, tornos de recogida de anclas, puentes levadizos, etc.

Conjunto biela - manivela

Transfromación circular-lineal alternativo

El mecanismo que produce el moviemiento es el mismo en la bicicleta y en el tren: en la bicicleta nuestra pierna es la biela que se desplaza induciendo el giro de la amnivela, que serían los pedales, mientras que, en el tren, el movimiento lo produce el pistón de la caldera de vapor, que se desplaza horizontalmente. El movimiento de la biela es de vaivén en un extremo (desplazamiento lineal alternativo) y circular, como el de la manivela, en el otro.APLICACIONES: este mecanismo tuvo gran importancia en el desarrollo de la locomotora de vapor; en la actualidad, también se usa en motores de combustión interna, limpiaparabrisas, máquinas herramienta, etc.

Cigüeñal

Transfromación circular-lineal alternativo

Cuando un conjunto de varias bielas se unen a un mismo eje de rotación, tenemos un cigüeñal. Este eje debe estar acodado, para permitir el movimiento acompasado o sincronizado de cada biela.EL cigüeñal sirve para sincronizar el movimiento de varios elementos que funcionan como impulsores, por ejemplo, los cuatro pistones del motor de un automóvil. En el caso de nuestra bicicleta, los pedales forman el eje acodado que acompasa nuestras piernas. APLICACIONES: motores de combustión donde la acción combinada de los cilindros acoplados a las bielas genera un movimiento de rotación en el eje. También se ha utilizado tradicionalmente en las máquinas de coser.

Leva

Transfromación circular-lineal alternativo

Una leva es un elemento que gira alrededor de un eje y que, ya sea por su forma irregular, por contar con salientes o por no estar conectada a él en su centro (rueda excéntrica), empuja a otro elemento denominado seguidor. El seguidor puede moverse, accionarse en el caso de un interruptor o apretarse.Las levas también pueden emplearse para sincronizar el movimiento de un eje con la activación de varios interruptores, por ejemplo, con el peine de una caja de música o con la apretura y cierre de válvulas en el motor de un vehículo. Para ello se colocan varias levas en un eje, formando un árbol de levas, o se incorporan salientes a un rodillo. En cualquiera de los casos el movimiento del seguidor debe contar con un mecanismo de vuelta a su posición original. APLICACIONES: juguetes, martillos automáticos, motores de combustión para regular de forma automática la apertura y el cierre de las válvulas que permiten la entrada y salida de combustible y gases.

Excéntrica

Transfromación circular-lineal alternativo

Una excéntrica es una rueda con su eje de giro desplazado respecto a su centro, de manera que se tienen dos radios de distintos tamaños que actúan sobre el seguimiento del mismo dolor del mismo modo que una leva.APLICACIONES: como sustitua de la manivela en las máquinas de coser (sistema excéntrica - biela - palanca para obtener el movimiento giratorio necesario para obtener el movimiento giratorio necesario a partir del oscilante del pie), en juguetes infantiles para mover otros elementos a partir del giro de las ruedas.

Control del movimiento

Trinquete

Control de sentido de giro

El ejemplo más característico de mecanismo para dirigir es el trinquete, dispositivo que permite el giro en un sentido y lo impide en contrario.Existe un tipo de trinquete que puedn invertir el sentido de actuación de la cuña y posibilitar, así, el giro en uno u otro sentido. APLICACIONES: en relojería, como elemento tensor de cables o de seguridad en máquinas elevadoras, en frenos, etc.

Frenos

Control de velocidad de giro

Los frenos regulan el movimiento disminuyendo su velocidad. Para ello aprovechan la fricción que crea un elemento rozando con otro que está unido a la rueda. Aunque pueden ser de varios tipos, todos cuentan con un elemento de activación o palanca, un sistema de transmisión de la fuerza de la palanca y el de freno activado por ella. Los frenos propiamente dichos pueden ser de varios tipos, dependiendo de dónde se produzca el rozamiento:

Freno de disco: consta de unas pastillas y un dico acoplado al eje que se quiere frenar; funciona por fricción o rozamiento de las pastillas con el disco.

Freno de cinta: una cinta o fleje presiona un tambor acoplado al eje que se desea frenar; se utilizaba en los carruajesy fue el primero en emplearse en vehículos; su efectividad dependía de la fuerza del conductor

Freno de tambor: consta de una o dos zapatas fabricadas con material de fricción, que se aprietan contra un tambor de frenado que gira a la vez que el eje.

Acumulación de energía

Muelles

Acumulación

Los muelles son dispositivos que, gracias a la elasticidad de los materiales con los que se elaboran y a su forma, son capaces de absorber energía cuando se somenten a un esfuerzo. Esta energía puede ser liberada despúes de forma controlada. Según el tipo de fuerza externa que se les aplique, los muelles trabajan de diferentes fromas:

A tracción: se estira, como en un somier metálico.

A torsión: se retuerce, como el de las pinzas de tender.

A compresión: el muelle se aplasta, como los de un sofa.

APLICACIONES: máquinas industriales y domésticas, juguetes de cuerda, relojes, cerrojos, bolígrafos, colchones, somieres, alicates, pinzas, etc.

Sistemas de suspesión

Disipación

Los amortiguadores están formados por muelles helicoidales de acero, y las ballestas, por láminas de acero de gran elasticidad apiladas de mayor a menor longitud y unidas por el centro. Ambos sistemas absorben la energía de los impactos debidos a las irregularidades de la vía y la disipan poco a poco, para que no los notemos.APLICACIONES: ambos elementos (amortiguadores y ballestas) forman parte del sistema de suspensión de los vehículos.

Unión

Embragues

Acoplamiento

Los embragues permiten el acoplamiento y desacoplamiento entre ejes cuando necesitamos una transmisión intermitente, como en el caso de los automóviles, en los que, al poner el embrague en punto muerto, desenganchamso el motor de las ruedas. En este caso, además, el embrague tiene distintas posibilidades de acoplamiento para cambiar la relación de transmisión del motor. Este mecanismo de embrague con cambio de marcha equivale a los cambios de bicicleta.

Este proceso se lleva acabo mediante la fuerza de rozamiento de dos superficies que, unidas a los ejes o árboles, son presionadas entre sí.

El acoplamiento o desacoplamiento de los ejes o árboles de transmisión tiene lugar cuando encajan los dientes de las dos piezas dentadas.

Cojinetes

Sujeción

La pieza en la que se apoya el eje para girar en un mecanismo se denomina cojinete. Otra de sus funciones es mantener al eje en su lugar impidiendo que se desplace.

Cojinete de fricción o deslizamiento. Consta únicamente de dos anillos, uno unido al soporte y otro al eje. Para evitar un excesivo rozamiento se fabrican con materiales deslizantes y suelen tener sistemas de lubricación. Su ventaja es que son muy silenciosos, y su desventaja, que no soportan grandes velocidades de giro, pues se calentarían demasiado. Cojinete antifricción o rodamientos. Se utilizan en la mayor parte de elementos giratorios de cualquier máquina para evitar el rozamiento de los ejes que giran con su soporte. Reducen el contacto entre los anillos de sujeción. Constan de cuatro elementos: - Anillo exterior que va unido al sistema de soporte, cuadro, barra de dirección, etc. - Anillo interior que va unido al eje que gira, al pedal o a la tija de dirección. - Elementos rodantes intermedios, bolas, rodillos, etc. - Jaula que sujeta las bolas y rodillos entre los dos ejes.

Cojinete de fricción.

Cojinete antifricción

Estas son algunas fotos de mecanismos hechas por mi.

Piñones y cadena

Freno de zapata.

Palanca de 1º grado

Palanca de 3 grado.

Hasta aquí mi genially sobre mecanismos