Sistemas mecánicos

Sistemas mecánicos

Pablo Mira Molina Tecnología e ingeniería 1ºG

06/10/18

Índice

1. Palancas

7. Sistema de piñones y cadena

8. Sistema de tornillo sin fin y corona

1.1 Palanca de primer grado

9. Tornillo-Tuerca

1.2 Palanca de segundo grado

1.3 Palanca de tercer grado

10. Piñón-Cremallera

2. Poleas

11. Biela-Manivela

12. Cigüeñal

2.1 Poleas fijas

13. Leva

2.2 Poleas móviles

2.2.1 Aparejo factorial

14. Excéntrica

2.2.2 Aparejo exponencial o potencial

15. Cuña

3. Ruedas de fricción

16. Rampa

4. Sistema de poleas y correa

17. Rueda loca

5. Engranajes

18. Trinquete

6. Tren de engranajes

6.1 Tren de engranajes simple

6.2 Tren de engranajes compuestos

Palanca

01

La palanca es una máquina simple que consiste en una barra rígida que rota sobre un punto de apoyo llamado fulcro. Se usa para amplificar una fuerza aplicada y producir un movimiento en una carga. La ventaja de la palanca radica en que puede multiplicar la fuerza o el desplazamiento, dependiendo de cómo se distribuyan las fuerzas y las distancias en el sistema. Los tres tipos de palancas son: -Palanca de primer grado -Palanca de segundo grado -Palanca de tercer grado

1.1.- Palanca de primer grado

¿Para qué se usa?

Explicación

La palanca de primer grado se utiliza para amplificar la fuerza, cambiar la dirección de un movimiento o equilibrar cargas. Ejemplos de su uso incluyen una balanza, un destornillador de barra larga o una tijera.

En una palanca de primer grado, el fulcro (punto de apoyo) se encuentra entre las dos fuerzas: la fuerza aplicada (o potencia) y la fuerza resistente (o carga). Al mover una de las extremidades, la fuerza se transfiere a través de la palanca para mover la carga. Dependiendo de la posición del fulcro, la palanca puede tener una ventaja mecánica, haciendo que una pequeña fuerza se convierta en una gran fuerza en el otro extremo.

Dibujo

Fórmulas

F aplicada​×d aplicada​=F resistente​×d resistente​

1.2.- Palanca de segundo grado

¿Para qué se usa?

Explicación

La palanca de segundo grado se usa para aumentar la fuerza aplicada. Ejemplos: carretilla y abrir una tapa de botella con un abridor.

En este tipo de palanca, la carga está entre el fulcro y la fuerza aplicada, lo que amplifica la fuerza, pero mueve el objeto una distancia menor que la fuerza aplicada.

Dibujo

Fórmulas

F aplicada​×d aplicada​=F resistente​×d resistente​

1.3.- Palanca de tercer grado

¿Para qué se usa?

Explicación

Las palancas de tercer grado se utilizan para aumentar la velocidad de un movimiento, como en una pala de jardinería o el brazo de un pescador lanzando un anzuelo.

En este tipo de palanca, la fuerza aplicada está entre el fulcro y la carga. Esto permite que la carga se mueva más rápido y más distancia, pero requiere aplicar más fuerza para mover la carga.

Dibujo

Fórmulas

F aplicada​×d aplicada​=F resistente​×d resistente​

02

Poleas

Una polea es una máquina simple que consta de una rueda que gira sobre un eje, con una cuerda o cable que corre por su ranura. Se usa para cambiar la dirección de una fuerza y, en algunos casos, para amplificarla. Las poleas se utilizan en sistemas de elevación, como grúas, ascensores, o incluso en sistemas más pequeños como los de cortinas o ropa. Los dos tipos de poleas son: -Polea fija -Polea móvil

2.1.- Poleas fijas

¿Para qué se usa?

Explicación

En una polea fija, la rueda está fija en un soporte y no se mueve. Aunque no reduce el esfuerzo necesario, facilita el trabajo al permitir tirar en una dirección más conveniente.

Las poleas fijas se usan para cambiar la dirección de una fuerza. Ejemplos: pozos de agua y banderas en mástiles.

Fórmulas

F aplicada=F resistente​

Dibujo

2.2.- Poleas móviles

¿Para qué se usa?

Explicación

En una polea móvil, la rueda se mueve junto con la carga. Reduce la fuerza necesaria a la mitad porque la tensión se reparte entre dos segmentos de cuerda que sostienen la carga.

Las poleas móviles se utilizan para reducir el esfuerzo necesario para levantar una carga. Ejemplos: elevadores de carga y poleas de grúas.

Fórmulas

Dibujo

2.2.2 Aparejos exponencial o potencial

2.2.1 Aparejos factoriales

02

Se emplea en situaciones donde se necesita una gran ventaja mecánica para mover o levantar cargas extremadamente pesadas, como en grúas portuarias o sistemas de izado de grandes pesos en ingeniería civil. En el aparejo exponencial, las poleas móviles están dispuestas de tal manera que cada polea aumenta la cantidad de cuerdas que soportan la carga, creciendo de manera exponencial en comparación con un aparejo factorial. Esto permite alcanzar una gran reducción del esfuerzo, aunque requiere mucha más cuerda. F= R/2 ​

Se utilizan para levantar cargas pesadas con menor esfuerzo, como en grúas o sistemas de elevación industrial. Un aparejo fijo factorial combina varias poleas fijas y móviles en un sistema. La ventaja mecánica aumenta según el número de poleas, ya que distribuyen la carga entre múltiples cuerdas. Esto reduce significativamente la fuerza necesaria para levantar la carga. F= R/2n ​

n ​

3.- Ruedas de fricción

¿Para qué se usa?

Explicación

Se utilizan para transmitir movimiento y fuerza entre ejes sin necesidad de engranajes, como en máquinas textiles o transportadores industriales.

Las ruedas de fricción son discos que están en contacto directo. Una rueda impulsa a la otra al girar, transfiriendo el movimiento mediante la fricción en sus superficies. Este mecanismo funciona mejor cuando las ruedas tienen materiales con buen coeficiente de fricción y se usan para sistemas que no requieren fuerzas extremadamente altas.

Fórmulas

ω 2/ω 1=r2/r1

Dibujo

ω 1 y ω 2 son las velocidades angulares de las ruedas 1 y 2.

r1 y r2 son los radios de las ruedas

4.- Sistema de poleas y correa

¿Para qué se usa?

Explicación

Un sistema de poleas y correa consiste en dos o más poleas conectadas por una correa flexible. Cuando una polea (llamada motriz) gira, la correa transfiere el movimiento a la polea conducida. La relación entre las velocidades de las poleas depende de sus diámetros.

Se utilizan para transmitir movimiento rotativo entre ejes separados, modificar la velocidad, o cambiar la dirección de rotación. Ejemplos: ventiladores industriales, máquinas de coser, motores de automóviles.

Dibujo

Fórmulas

ω 2/ω 1=r2/r1

ω 1 y ω 2 son las velocidades angulares de las ruedas 1 y 2.

r1 y r2 son los radios de las ruedas

5.- Engranajes

¿Para qué se usa?

Explicación

Los engranajes son ruedas dentadas que se acoplan para transmitir movimiento. Según el tamaño y la cantidad de dientes, pueden aumentar o reducir la velocidad y el torque, o cambiar la dirección del movimiento. Existen diferentes tipos: engranajes rectos, helicoidales, cónicos, planetarios, etc.

Se utilizan para transmitir movimiento rotativo y fuerza entre ejes, modificar la velocidad o el torque en maquinaria. Ejemplos: bicicletas, relojes mecánicos, automóviles.

Dibujo

Fórmulas

i=ω 1/ω2=z2/z1

Donde z es el número de dientes

paso=π*m

modulo=Dp/z

Tren de engranajes

06

Un tren de engranajes es un conjunto de engranajes interconectados entre sí que transmiten el movimiento y la potencia de un engranaje a otro. Este sistema se utiliza para cambiar la dirección de la rotación y/o ajustar la velocidad y el par entre dos ejes. Dependiendo de la disposición y número de engranajes, un tren de engranajes puede multiplicar o reducir la velocidad de rotación. En un tren de engranajes, cada engranaje está conectado a otro, de manera que cuando uno gira, el siguiente en la cadena también lo hace, permitiendo transmitir el movimiento de un eje a otro. Tipos de tren de engranajes: -Tren de engranajes simple -Tren de engranajes compuesto

6.1.- Tren de engranajes simples

¿Para qué se usa?

Explicación

Un tren de engranajes simple consiste en una serie de engranajes montados en ejes separados. Cada engranaje se acopla al siguiente, transmitiendo movimiento y fuerza. La relación de transmisión se calcula considerando el número de dientes de los engranajes inicial y final.

Se emplea para transmitir movimiento y fuerza entre ejes separados, ajustar la velocidad o el torque, o cambiar la dirección de rotación. Ejemplos: relojes mecánicos, bicicletas, transmisiones de maquinaria.

Dibujo

Fórmulas

i=ω 1/ωn=zn/z1

6.2.- Tren de engranajes compuesto

¿Para qué se usa?

Explicación

En un tren de engranajes compuesto, algunos ejes llevan más de un engranaje. Esto permite combinar múltiples relaciones de transmisión, aumentando la flexibilidad del sistema. A diferencia del tren simple, la transmisión no depende únicamente del engranaje inicial y final, sino de cada etapa intermedia.

Se utiliza en maquinaria donde se requieren relaciones de transmisión más altas o compactas, como en relojes mecánicos, transmisiones automáticas, y sistemas industriales.

Dibujo

Fórmulas

i=ω m/ωc=(z2*z4*...*zn)/(z1*z3*...*z(n-1))

7.- Sistema de piñones y cadena

¿Para qué se usa?

Explicación

El sistema de piñones y cadena consiste en piñones (pequeños engranajes) y una cadena que conecta estos piñones. Cuando un piñón gira, la cadena transmite ese movimiento al siguiente piñón. La relación de transmisión depende de los tamaños (diámetros o números de dientes) de los piñones involucrados.

Este sistema se usa para transmitir movimiento rotativo entre dos ejes, generalmente para modificar la velocidad o la fuerza. Ejemplos comunes son las bicicletas, motos, y maquinaria industrial.

Dibujo

Fórmulas

i=ω 1/ω2=z2/z1

8.- Sistema de tornillo sin fin y corona

¿Para qué se usa?

Explicación

Este sistema se utiliza para transmitir movimiento rotativo entre ejes que están en ángulo recto (90°), y se usa comúnmente en transmisiones de vehículos, máquinas de precisión, y reductores de velocidad.

El tornillo sin fin es un tornillo con un solo hilo (o varios, dependiendo del diseño) que engrana con una corona, un engranaje similar a un engranaje cilíndrico. La forma de este sistema permite una transmisión de movimiento entre ejes que no están alineados, típicamente con un ángulo de 90°. Debido a la geometría de la rosca del tornillo sin fin, el sistema tiene una ventaja mecánica significativa, pero con una relación de transmisión alta.

Fórmulas

i=ω 1/ω2=z2/n

Dibujo

9.- Tornillo-tuerca

¿Para qué se usa?

Explicación

El sistema tornillo-tuerca se utiliza para convertir el movimiento rotativo en movimiento lineal. Es común en aplicaciones donde se necesita movimiento de avance controlado o fuerza de sujeción, como en prensas hidráulicas, sistemas de elevación, máquinas herramienta y dispositivos de sujeción.

El tornillo es un eje roscado que se acopla con una tuerca que tiene una rosca interna coincidente. Al girar el tornillo, la tuerca se mueve en línea recta, dependiendo de la dirección de la rosca (izquierda o derecha). La eficiencia del sistema depende del ángulo de la rosca, la fricción y el material utilizado.

Fórmulas

F*2*π*L=F *p

avance

Dibujo

10.- Piñon-cremallera

¿Para qué se usa?

Explicación

El sistema piñón-cremallera se usa para convertir el movimiento rotativo en movimiento lineal. Es común en aplicaciones como dirección de vehículos, motores de puertas automáticas, máquinas de corte CNC y sistemas de elevación.

En este sistema, el piñón es un engranaje circular que engrana con una cremallera, una barra dentada recta. Al girar el piñón, sus dientes engranan con los de la cremallera, generando un movimiento lineal de la cremallera. Este sistema es utilizado cuando se requiere un control preciso de desplazamiento lineal, especialmente en distancias largas.

Dibujo

Fórmulas

L=p*z*ω

11.- Biela-manivela

¿Para qué se usa?

Explicación

Cuando el pistón se mueve debido a la combustión o presión, la biela transfiere ese movimiento alternativo a la manivela, que a su vez convierte ese movimiento lineal en un movimiento rotatorio. Este sistema es muy común en motores de automóviles y otros dispositivos mecánicos que requieren convertir el movimiento de los pistones en rotación continua.

El sistema biela-manivela se utiliza principalmente en motores de combustión interna, máquinas de vapor, compresores, y sistemas hidráulicos para convertir el movimiento alternativo en rotatorio. Es crucial en motores como los de automóviles, motos y generadores.

Fórmulas

Dibujo

12.- Cigüeñal

¿Para qué se usa?

Explicación

El cigüeñal se usa principalmente en motores de combustión interna (como en automóviles, motos, barcos, y máquinas industriales). Su función principal es convertir el movimiento alternativo de los pistones en movimiento rotativo, que luego se puede usar para mover el vehículo o realizar trabajo mecánico.

El cigüeñal es un eje largo y robusto con varias bielas unidas a él. Las bielas están conectadas a los pistones, y cuando los pistones se mueven hacia arriba y hacia abajo (debido a la combustión o la presión), el cigüeñal convierte ese movimiento lineal en un movimiento rotatorio. Esto se logra gracias a los contrapesos y la curvatura del cigüeñal, que mantienen un balance adecuado durante la rotación.

Dibujo

Fórmulas

13.- Leva

¿Para qué se usa?

Explicación

La leva se utiliza principalmente en motores (como en motores de automóviles), máquinas herramienta, relojes, y sistemas donde es necesario generar un movimiento alternativo o controlado a partir de un movimiento rotatorio. Su principal función es transformar el movimiento rotatorio de un eje en un movimiento lineal o alternativo.

La leva es una pieza rotatoria con una superficie de forma especial (generalmente un perfil excéntrico o de forma irregular) que, al girar, genera un movimiento alternativo en otro componente que está en contacto con ella, como una rueda seguidora o una biela. Dependiendo de su forma, la leva puede generar diferentes tipos de movimientos en la pieza seguidora, como movimientos lineales, oscilantes o complejos.

Fórmulas

Dibujo

14.- Excéntrica

¿Para qué se usa?

Explicación

Una excéntrica es una rueda o disco con un eje desplazado, es decir, el centro de rotación no está en su centro geométrico, sino desplazado (excéntrico). Cuando la excéntrica gira, su eje genera un movimiento alternativo en un componente conectado a ella, como una biela o una pistón. Este tipo de mecanismo convierte el movimiento rotatorio en un movimiento lineal u oscilante de manera similar a una leva, pero con una geometría más simple y eficiente para ciertas aplicaciones.

La excéntrica se utiliza principalmente en sistemas donde se necesita transformar movimiento rotatorio en movimiento alternativo o lineal, como en motores, prensas, bombas de pistón, mecanismos de válvulas y algunos motores de combustión. Es común en aplicaciones industriales y de maquinaria.

Fórmulas

Dibujo

15.- Cuña

¿Para qué se usa?

Explicación

La cuña es una máquina simple con forma triangular que transforma una fuerza en fuerzas laterales para cortar, separar o levantar objetos.

Cortar (como un cuchillo o hacha)Separar materiales (como al partir madera)Levantar objetos ligeramente

Dibujo

Fórmulas

16.- Rampa

¿Para qué se usa?

Explicación

La rampa (o plano inclinado) es una máquina simple que consiste en una superficie inclinada que permite subir o bajar objetos con menos esfuerzo que levantarlos verticalmente.

Elevar cargas con menor fuerzaBajar objetos de forma controlada

Fórmulas

Dibujo

17.- Rueda loca

¿Para qué se usa?

Explicación

La rueda loca es una rueda que gira libremente sobre un eje, sin estar conectada a un motor ni transmitir fuerza. Su función principal es guiar, sostener o cambiar la dirección de una banda, correa o cadena.

Redirigir el movimiento en sistemas de transmisiónMantener tensión en correas o cadenasGuiar elementos móviles sin aplicar potencia

Fórmulas

Dibujo

18.- Trinquete

¿Para qué se usa?

Explicación

El trinquete es un mecanismo que permite el movimiento en una sola dirección y bloquea el movimiento en sentido contrario. Está compuesto por una rueda dentada y una uña (o palanca) que encaja en los dientes.

Evitar retrocesos en mecanismosPermitir giros o avances controlados

Fórmulas

Dibujo