Mecanismos 3º ESO

Tema 3. Mecanismos

Índice

5. Transformación del movimiento circular contínuo en lineal alternativo.

3. Mecanismos de transmisión circular.

1. Definición y clasificación.

2. Mecanismos de transmisión lineal.

4. Transformación del movimiento cirular en lineal.

6. Simulación con Crocodile.

1. Definición y clasificación.

Los mecanismos son artefactos que transmiten movimientos o fuerzas. Algunas máquinas son capaces de multiplicar la fuerza que se les aplica (palanca, polipasto,…) o de aumentar el desplazamiento que se aplica inicialmente (bicicletas,…). Las máquinas intercambian fuerza con desplazamiento, si una máquina disminuye la fuerza necesaria para mover un objeto, hará que aumente el desplazamiento que se aplica y viceversa

1. Definición y clasificación.

Tipos de mecanismos.

• Transmisión lineal.
• Transmisión circular.
• Transformación del movimiento circular-lineal.
• Transformación de movimiento circular contínuo en lineal alternativo.

2. Mecanismos de transmisión lineal.2.1. Palancas.

Las palanca es una máquina simple que consiste en una barra o varilla rígida que puede girar sobre un punto fijo denominado fulcro o punto de apoyo.Existen 3 tipos de palancas: de primer grado, segundo grado y de tercer grado.

2.1. Palancas.

Palancas de primer grado: el punto de apoyo está entre la fuerza aplicada y la resistencia a vencer.

Palancas de segundo grado: la resistencia se encuentra entre el punto de apoyo y la fuerza aplicada.

Palancas de tercer grado: la fuerza aplicada está entre el punto de apoyo y la resistencia a vencer.

2.1. Palancas.

Cuanto más largo sea el brazo de fuerza (Bf) respecto al brazo de la resistencia (Br) menos fuerza (F) se necesita para elevar la carga o resistencia(R). Por contra para elevar la carga una distancia, el brazo de fuerza tendrá que recorrer una distancia mayor (se intercambia fuerza por desplazamiento)

2.1. Palancas.

Explicación ejercicios.

Explicación ejercicios.

2.2. Poleas y polipastos.

Polea simple: Es una rueda ranurada que gira entorno a un eje, por la ranura pasa una cuerda para elevar una carga. La polea simple no cambia la cantidad de fuerza necesaria para mover la carga R. Solo cambia el sentido de la fuerza. F = R

2.2. Poleas y polipastos.

Polea móvil: se trata de una polea sujeta a la carga que gira alrededor de un eje que se desplaza longitudinalmente. Con esta polea se necesita la mitad de fuerza para elevar la carga F = R/2.Al necesitar la mitad de fuerza se requiere el doble de desplazamiento de cuerda para elevar la carga, es decir, si queremos elevar la carga 1 m necesitamos tirar de la cuerda 2 m.

2.2. Poleas y polipastos.

Polipastos: son parejas de poleas, la mitad fijas y la otra mitad móviles. La fuerza para elevar la carga se reduce a la mitad por cada polea móvil del polipasto. F = R/2n siendo n el número de poleas móviles.

Explicación ejercicios.

3. Mecanismos de transmisión circular.3.1. Ruedas de fricción.

El mecanismo consiste en dos o más ruedas que están en contacto. Por efecto del rozamiento, si una rueda gira (rueda motriz o conductora) la otra también gira (rueda conducida). El principal inconveniente es que no pueden transmitir mucha potencia porque patinan. Habitualmente se usan ruedas de fricción exteriores, en este caso, los sentidos de giro de las ruedas son inversos.

3.1. Ruedas de fricción.

Cálculo de la velocidad de giro n1.d1=n2.d2 siendo n1 y n2 las velocidades de giro de las ruedas y d1 y d2 los diámetros de las ruedas. Si las ruedas tienen distintos diámetros la más pequeña girará más rápido y la más grande girará más lento.

3.1. Ruedas de fricción.

Relación de transmisión:Nos da la relación entre la velocidad salida y la velocidad de entrada. Matemáticamente se define como N1, N2, velocidades, D1, D2, diámetros de las ruedas.

3.1. Ruedas de fricción.

En la relación de transmisión: Si i>1 el sistema es multiplicador (la velocidad de salida en mayor que la de entrada). Si i=1 el sistema no cambia la velocidad (velocidad de salida igual a la de entrada). Si i<1 el sistema es reductor (la velocidad de salida es menor que la de entrada).

3.2. Poleas con correa.

El mecanismo consiste en dos o más POLEAS que están unidas por una o más correas. Por efecto del rozamiento entre la correa y las poleas, si una polea gira, la otra también gira. La polea que transmite el movimiento se llama polea conductora y la que lo recibe, polea conducida. En las poleas, el cálculo de la velocidad y de la relación de transmisión se realiza igual que para las ruedas de fricción.

3.2. Poleas con correa.

Si el movimiento se transmite mediante correa cruzada, las poleas giran en sentido contrario.

Si el movimiento se transmite mediante correa directa, las dos poleas giran en el mismo sentido.

Explicación ejercicios.

3.2.1. Tren de poleas.

El elemento principal de este mecanismo es la polea doble, que consiste en dos poleas de diámetros diferentes unidas entre sí de manera que ambas giran solidarias. Solamente las poleas situadas sobre los ejes extremos (el conectado al motor y el conectado a la carga) giran solidarias con ellos.

3.2.1. Tren de poleas.

En este caso para calcular la velocidad de giro del eje de salida y la relación de transmisión, se utiliza la siguiente fórmula:

Explicación ejercicios.

3.3. Engranajes.

Son ruedas que poseen salientes denominados dientes. Los dientes encajan entre sí, de modo que si un engranaje gira (motriz o de entrada) arrastra al otro (conducido o de salida). En engranajes exteriores, el giro se invierte de un engranaje a otro. Transmiten mucha potencia sin patinar.

3.3. Engranajes.

Explicación ejercicios.

Tipos de engranajes. Los engranajes helicoidales y cónicos permiten transmitir el movimiento entre ejes perpendiculares.

Cálculo de la velocidad de giro N1.Z1=N2.Z2 siendo N1 y N2 las velocidades de giro de los engranajes y Z1 y Z2 el número de dientes de cada engranaje. La relación de transmisión se calcula según: i = N2/N1 = Z1/Z2

3.3.1. Trenes de engranajes.

Donde n es el número de engranajes.

Formado por engranajes simples y dobles, transmiten el movimiento del primer engranaje al último. Para calcular la velocidad de giro del eje de salida o la relación de transmisión, se utiliza la siguiente fórmula:

Explicación ejercicios.

3.4. Engranajes con cadena.

El mecanismo consiste en dos o más engranajes que están unidos por una cadena o correa dentada. La dirección de giro de los ejes es la misma. La cadena permite transmitir mucha potencia y movimiento a cierta distancia. Se utiliza en motos, bicicletas, excavadoras,… Si los engranajes tienen distintos número de dientes, el de menos dientes girará más rápido. La velocidad de giro se calcula igual que en los engranajes normales.

3.5. Tornillo sin fin y engranaje helicoidal.

Es un mecanismo formado por un elemento cilíndrico roscado (llamado tornillo sin fin), en contacto con una rueda helicoidal. Al giral el tornillo la rueda gira lentamente. Por cada vuelta del tornillo la rueda gira un paso (avanza un diente). El movimiento no se puede transmitir de la rueda al tornillo.Se utiliza en elevadores, reductores de velocidad, etc.

4. Transformación del movimiento circular en lienal.

Mecanismo piñón cremallera.Compuesto por un piñón y una barra dentada (cremallera).Al girar el piñón hace que la cremallera se mueva en línea recta.

4. Transformación del movimiento circular en lienal.

Mecanismo torno cabrestante.Es un dispositivo mecánico, compuesto por un rodillo o cilindro giratorio y una cuerda o cadena unida al cilindro. Al girar el cilindro, la cuerda se va enrolando en él y desplaza la carga unida a ella. Permite levantar o desplazar objetos o grandes cargas.

5. Transformación del movimiento circular continuo en lienal alternativo.

Mecanismo biela-manivela.Es un mecanismo formado por una rueda o manivela a la que se une una barra (biela). Al girar la manivela, la biela se mueva atrás y alante, y también, si se tira y empuja de la biela, se hace girar la manivela.La longitud que se desplaza la biela es: L = 2 x R Donde R es la longitud de la manivela.

5. Transformación del movimiento circular continuo en lienal alternativo.

Mecanismo biela-manivela-cigüeñal. Un cigüeñal es un eje acodado al que se acoplan varios mecanismos biela-manivela. Al desplazarse las bielas en el orden adecuado, gira el cigüeñal, y si gira el cigüeñal, las bielas se mueven atrás y alante.

5. Transformación del movimiento circular continuo en lienal alternativo.

El desplazamimento del seguidor se calcula como: d = 2R. Donde R es la distancia entre el centro de la rueda y el punto en el que la rueda se une al eje..

Excéntrica. Es un disco circular que gira entorno a un punto situado fuera del centro. Se llama excentricidad a la distancia entre el eje de giro y el centro de la excéntrica. La excéntrica se encaja a un eje motriz en un punto que no coincide con el centro. El elemento seguidor está permanentemente en contacto con la excéntrica gracias a la acción de un muelle.

5. Transformación del movimiento circular continuo en lienal alternativo.

Leva. Se compone de una leva (rueda con un saliente) y un seguidor que está permanentemente en contacto con la leva gracias a la acción de un muelle. La leva recibe el movimiento rotativo a través del eje motriz, de este modo, el giro del eje hace que el contorno de la leva mueva al seguidor.

6. Simulación con Crocodile.

6. Simulación con Crocodile.

Para diseñar un mecanismo, en el menú de la izquierda, seleccionamos los componentes en "biblioteca de elementos" y dentro de ésta el menú "mecanismos". En primer lugar debemos añadir un “espacio de mecanismos” pinchando sobre él y arastrándolo al área de trabajo. Para añadir cualquier elemento, solamente debemos pinchar en él y arrastralo al área de trabajo.

6. Simulación con Crocodile.

Para cambiar el número de dientes de un engranaje, velocidad de giro de un motor, etc. pinchamos sobre el elemento y en el menú de la izquierda seleccionamos la pestaña “Propiedades”. Para ver otras propiedades como la velocidad de giro de un engranaje, desde el menú de la izquierda, en “Biblioteca de elementos”, en el menú “Presentación”, podemos añadir “número” y asociarlo al mecanismo del que queramos conocer la velocidad.