Mecanismos - Tecnología y Digitalización

MECANISMOS

Realizado por Nicolás Santamaría y Alejandro Abreu

¿Qué es un mecanismo?

Un mecanismo es un conjunto de elementos que están conectados de tal manera que transmiten fuerzas y movimientos para realizar una tarea específica. En otras palabras, es un sistema compuesto por diversas piezas (como engranajes, palancas, ejes, etc.) que trabajan juntas para lograr un objetivo determinado. Por ejemplo, un reloj mecánico utiliza una serie de engranajes y resortes para medir el tiempo y mover las agujas. Otro ejemplo común sería una bicicleta, donde los pedales, la cadena y las ruedas trabajan en conjunto para permitir el movimiento.

Motor de 4 tiempos

Cigüeñal

Biela – manivela

Piñón – cremallera

Transmisión por correa

Polipasto

Polea fija

Leva y seguidor

Excéntrica

Husillo – tuerca

Transmisión por cadena

Transmisión por engranajes

TIPOS DE MECANISMOS

Los mecanismos son fundamentales en el diseño y funcionamiento de máquinas y dispositivos en diversas áreas de la ingeniería y la vida cotidiana. Estos sistemas permiten transformar y transmitir movimientos y fuerzas, facilitando tareas que van desde las más simples hasta las más complejas. A lo largo de esta presentación, exploraremos diferentes tipos de mecanismos, sus principios de funcionamiento y aplicaciones prácticas.

Polea móvil

Palanca (1er, 2º y 3er grado)

LA PALANCA

Las palancas son dispositivos mecánicos simples que han sido utilizados desde la antigüedad para multiplicar la fuerza y facilitar el trabajo. Se componen de una barra rígida que gira alrededor de un punto de apoyo, conocido como fulcro. Al aplicar una fuerza en un extremo de la palanca, se puede mover una carga en el otro extremo con mayor facilidad. Las palancas son fundamentales en muchas herramientas y máquinas que utilizamos diariamente, desde las tijeras hasta las carretillas.Fórmula: Fuerza x Brazo de palanca = Resistencia x Brazo de resistencia.

Existen tres tipos principales de palancas: de primer grado, de segundo grado y de tercer grado.

Palancas de Primer Grado

En una palanca de primer grado, el fulcro está situado entre la fuerza aplicada y la carga. Un ejemplo es la tijera de podar, donde el fulcro está en el punto donde se cruzan las hojas, y la fuerza se aplica en los mangos mientras las hojas cortan la rama (la carga). Fórmula La fórmula para el equilibrio de una palanca de primer grado se basa en el principio de momentos, que establece que el momento (torque) generado por la fuerza de la potencia debe igualar el momento generado por la resistencia. El momento se calcula como la fuerza multiplicada por la distancia desde el fulcro.

PALANCA DE SEGUNDO GRADO

En una palanca de segundo grado, la carga está situada entre la fuerza aplicada y el fulcro. Un ejemplo es un cascanueces, donde la nuez es la carga situada entre el fulcro (la bisagra) y la fuerza aplicada en los extremos de las asas. Fórmula En una palanca de segundo grado, el fulcro (punto de apoyo) se encuentra en un extremo, la resistencia (carga) está en medio y el esfuerzo (potencia) se aplica en el otro extremo. Un ejemplo común es una carretilla, donde la rueda actúa como fulcro, la carga en la plataforma es la resistencia y el esfuerzo se aplica en las manijas.

Palancas de TECER GRADO

En una palanca de tercer grado, la fuerza aplicada está situada entre la carga y el fulcro. Un ejemplo es una pinza de hielo, donde el fulcro está en el extremo opuesto a donde se aplica la fuerza, y la carga (el hielo) está en la parte donde se sujetan los extremos. Fórmula En una palanca de tercer grado, el esfuerzo (potencia) se aplica entre el fulcro (punto de apoyo) y la resistencia (carga). Esto significa que la fuerza aplicada (potencia) está más cerca del fulcro que la carga. La fórmula básica para una palanca en equilibrio se expresa como: P x BP = R x BR

POLEA FIJA

Una polea fija es uno de los mecanismos más simples y se utiliza para cambiar la dirección de una fuerza aplicada. Consiste en una rueda con una ranura alrededor de su borde por donde pasa una cuerda o cable. La polea está montada en un punto fijo y no se mueve. Al tirar de un extremo de la cuerda, se levanta la carga en el otro extremo. Fórmula La tensión en la cuerda (T) es igual al peso de la carga (mg): T= mg

POLEA móvil

Una polea móvil es un tipo de polea que reduce la cantidad de esfuerzo necesario para levantar una carga. A diferencia de una polea fija, la polea móvil se mueve con la carga. Está compuesta por una rueda con una ranura alrededor de su borde, por donde pasa una cuerda o cable. Un extremo de la cuerda se fija a un soporte inmóvil, mientras que la carga y la polea móvil cuelgan del otro extremo. Fórmula La fuerza necesaria para levantar la carga (F) es la mitad del peso de la carga (mg): F = mg/2

POLipasto

Un polipasto es un sistema que combina varias poleas fijas y móviles para maximizar la ventaja mecánica y reducir considerablemente el esfuerzo necesario para levantar cargas pesadas. Este dispositivo está compuesto por al menos dos poleas: una fija y otra móvil. Las poleas están conectadas por una cuerda o cable que pasa entre ellas. Fórmula La fuerza necesaria para levantar una carga (F) usando un polipasto se calcula con la fórmula: F = mg/n

Transmisión por engranajes

La transmisión por engranajes es un sistema mecánico que utiliza ruedas dentadas para transmitir movimiento y fuerza entre ejes. Los engranajes están diseñados de manera que los dientes de una rueda se acoplan perfectamente con los dientes de otra rueda, permitiendo la transferencia de potencia y el cambio de velocidad y dirección del movimiento. Fórmula La relación de transmisión entre dos engranajes se calcula mediante la relación del número de dientes de cada engranaje: n.salida / n.entrada

La transmisión por correa es un sistema mecánico utilizado para transmitir movimiento y fuerza entre dos ejes que están separados por una distancia considerable. Consiste en dos poleas y una correa continua que se coloca alrededor de las poleas. Al girar una de las poleas, la correa transfiere el movimiento y la fuerza a la otra polea. Este sistema es común en aplicaciones donde se necesita una transmisión suave y silenciosa de potencia. Fórmula La relación de transmisión en una transmisión por correa se calcula mediante la relación de los diámetros de las poleas de entrada y salida: D.Salida/D.Entrada

transmisión por correa

transmisión por cadena

La transmisión por cadena es un sistema mecánico utilizado para transmitir movimiento y fuerza entre dos piñones que están separados por una cierta distancia. Consiste en una cadena metálica que se engrana con los dientes de los piñones. Este sistema se utiliza comúnmente en aplicaciones donde se necesita una transmisión de potencia confiable y eficiente. Fórmula La relación de transmisión en una transmisión por cadena se calcula mediante la relación del número de dientes de los piñones de entrada y salida: N.Salida/N.Entrada

El sistema de piñón y cremallera es un mecanismo utilizado para convertir movimiento rotatorio en movimiento lineal y viceversa. Consiste en un engranaje cilíndrico, conocido como piñón, que se acopla con una barra dentada, conocida como cremallera. Cuando el piñón gira, sus dientes engranan con los dientes de la cremallera, produciendo un movimiento lineal. Fórmula La relación entre el movimiento rotatorio del piñón y el movimiento lineal de la cremallera se basa en el número de dientes del piñón y la distancia entre los dientes (paso)

Piñon-cremallera

husillo-tuerca

El mecanismo de husillo y tuerca es un sistema utilizado para convertir movimiento rotatorio en movimiento lineal con alta precisión. Consiste en un tornillo (husillo) y una tuerca que se desplaza a lo largo del tornillo a medida que este gira. El movimiento lineal de la tuerca se logra debido a la rosca del tornillo, que actúa como una rampa helicoidal. Fórmula La relación entre el movimiento rotatorio del husillo y el movimiento lineal de la tuerca se basa en el paso del tornillo (P), que es la distancia que avanza la tuerca con una vuelta completa del husillo.

El mecanismo de biela y manivela es un sistema utilizado para convertir movimiento lineal en movimiento rotatorio, y viceversa. Consiste en una manivela (un brazo rotatorio) conectada a una biela (una barra), que está a su vez conectada a un pistón o componente que se mueve linealmente. Este mecanismo es fundamental en numerosos motores y máquinas. Fórmula La relación entre el movimiento lineal del pistón y el movimiento rotatorio de la manivela puede describirse usando la longitud de la biela (L) y el radio de la manivela (R).

BIELA-MANIVELA

excéntrica

Una excéntrica es un mecanismo que utiliza un eje con una sección descentrada para convertir el movimiento rotatorio en movimiento oscilatorio. El eje excéntrico está desplazado del centro de rotación, lo que causa un movimiento circular irregular cuando gira. Este tipo de mecanismo es ampliamente utilizado en diversas aplicaciones donde se necesita convertir rotación uniforme en un movimiento alternativo. Fórmula El desplazamiento generado por una excéntrica puede calcularse en función del radio de excentricidad (e) y el ángulo de rotación (0)

El cigüeñal es una parte fundamental de los motores de combustión interna y otros tipos de maquinaria. Su función principal es convertir el movimiento lineal de los pistones en movimiento rotatorio. El cigüeñal está compuesto por varias manivelas o brazos de manivela que están unidos a los pistones a través de bielas. A medida que los pistones se mueven hacia arriba y hacia abajo, las manivelas giran, transformando el movimiento lineal en rotación. Fórmula El desplazamiento del pistón en función del ángulo del cigüeñal (0) puede calcularse con esta fórmula: S = R * (1 - cos(theta)) + L * (1 - sqrt(1 - (R/L * sin(theta))^2))

Cigüeñal

leva y seguidor

El sistema de leva y seguidor es un mecanismo utilizado para convertir el movimiento rotatorio de una leva en movimiento lineal o de oscilación de un seguidor. La leva es una rueda o disco con una superficie perfilada, y el seguidor es una barra o rodillo que sigue el perfil de la leva. A medida que la leva gira, el seguidor se mueve hacia arriba y hacia abajo o de lado a lado, siguiendo la forma de la leva. Fórmula La relación entre el desplazamiento del seguidor y el ángulo de rotación de la leva puede describirse usando la fórmula del perfil de la leva. Aunque no existe una fórmula universal debido a la variedad de perfiles de leva, una fórmula básica para una leva cilíndrica es: y = R + r * cos(theta)

Un motor de 4 tiempos convierte la energía del combustible en movimiento a través de cuatro etapas. Este ciclo se completa en dos vueltas del cigüeñal. Fases del Ciclo Admisión: El pistón baja, la válvula de admisión se abre y entra la mezcla de aire y combustible. Compresión: El pistón sube, comprimiendo la mezcla. Ambas válvulas están cerradas. Combustión (Potencia): La mezcla se enciende, el pistón baja rápidamente. Ambas válvulas están cerradas. Escape: El pistón sube y expulsa los gases quemados. La válvula de escape se abre.

motor de 4 tiempos

https://recursos.edu.xunta.gal/sites/default/files/recurso/1464947673/1_qu_son_los_mecanismos.html

https://sites.google.com/site/migueltecnologia/3%C2%BA-eso/3o-eso/teor%C3%ADa/tema-6-mquinas-simples

https://es.khanacademy.org/search?search_again=1&page_search_query=mecanismos

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