máquinas simples y mecanismos

MÁQUINAS SIMPLES
Y
MECANISMOS
1
INTRODUCCIÓN
Muchos objetos realizados por el ser
humano que conocemos son estáticos, como los
edificios o los puentes, pero hay otros que no lo
son, a estos los llamamos objetos dinámicos, es
decir que se mueven o se pueden mover. Estos
objetos dinámicos son los que nos permiten por
ejemplo moler el trigo, transportar mercancías,
limpiar la ropa o marcar y medir el tiempo. Estos
objetos están constituidos por las llamadas
máquinas y mecanismos.
2
DEFINICIONES
OPERADOR TECNOLÓGICO:
Es un elemento formado por uno o
varios elementos o piezas capaz de
realizar por si mismo una función
determinada.
Ej. El termómetro, el tornillo, la polea,
etc...
3
DEFINICIONES
MAQUÍNA:
Es un conjunto de piezas o elementos
móviles y fijos, agrupados en varios operadores
tecnológicos, cuyo funcionamiento posibilita
aprovechar, dirigir, regular o transformar energía
o realizar un trabajo con un fin determinado.
Ej. Una bicicleta, un tren, un barco, un secador
de pelo, etc…
4
DEFINICIONES
MAQUÍNA SIMPLE:
Es una máquina formado por un solo
operador tecnológico diseñado para
realizar un trabajo determinado.
Ej. Una cuña, una palanca, una polea,
etc…
5
DEFINICIONES
MECANISMOS:
Son elementos destinados a transmitir y
transformar fuerzas y movimientos desde un
elemento motriz, al que llamaremos motor, a un
elemento receptor, al que se le llamará en
algunas ocasiones conducido. Permitiendo al
ser humano realizar determinados trabajos con
mayor comodidad y menor esfuerzo.
Los mecanismos están compuestos de
operadores tecnológicos y máquinas simples y a
su vez forman parte de maquinas más
complejas o de mayor tamaño.
6
TIPOS DE MAQUÍNAS
SIMPLES
• PLANO INCLINADO
• CUÑA
• TORNILLO
7
MAQUÍNAS SIMPLES
PLANO INCLINADO
8
MAQUÍNAS SIMPLES
PLANO INCLINADO
Es una superficie plana que forma un
ángulo agudo con el suelo y se utiliza para
elevar cuerpos a cierta altura. Tiene la
ventaja de necesitarse una fuerza menor que
la que se emplea si levantamos dicho cuerpo
verticalmente, aunque a costa de aumentar la
distancia recorrida y vencer la fuerza de
rozamiento.
9
MAQUÍNAS SIMPLES
CUÑA
10
MAQUÍNAS SIMPLES
CUÑA
Es una máquina simple que consiste en una pieza
de madera o de metal terminada en ángulo diedro muy
agudo.
Técnicamente es un doble plano inclinado portátil.
Sirve para hender o dividir cuerpos sólidos, para ajustar
o apretar uno con otro, para calzarlos o para llenar
alguna raja o hueco. El funcionamiento de la cuña
responde al mismo principio que el del plano inclinado.
Al moverse en la dirección de su extremo afilado, la
cuña genera grandes fuerzas en sentido perpendicular a
la dirección del movimiento.
11
MAQUÍNAS SIMPLES
CUÑA
Ejemplos muy claros de cuñas son
hachas, cinceles y clavos aunque, en
general, cualquier herramienta afilada,
como el cuchillo o el filo de las tijeras,
puede actuar como una cuña.
12
MAQUÍNAS SIMPLES
CUÑA
13
MAQUÍNAS SIMPLES
TORNILLO
14
MAQUÍNAS SIMPLES
TORNILLO
Se denomina a un elemento u operador
mecánico cilíndrico dotado de cabeza,
generalmente metálico, aunque pueden ser de
madera o plástico, utilizado en la fijación de
unas piezas con otras, que está dotado de una
caña roscada con rosca triangular, que
mediante una fuerza de torsión ejercida en su
cabeza con una llave adecuada o con un
destornillador. Se puede introducir en un
agujero roscado a su medida o atravesar las
piezas y acoplarse a una tuerca.
15
MAQUÍNAS SIMPLES
Partes de un tornillo:
En él se distinguen tres partes básicas: cabeza,
cuello y rosca.
16
MAQUÍNAS SIMPLES
La cabeza permite sujetar el tornillo o imprimirle un
movimiento giratorio con la ayuda de útiles adecuados;
el cuello es la parte del cilindro que ha quedado sin
roscar (en algunos tornillos la parte del cuello que está
más cercana a la cabeza puede tomar otras formas,
siendo las más comunes la cuadrada y la nervada) y la
rosca es la parte que tiene tallado el surco.
Además cada elemento de la rosca tiene su propio
nombre; se denomina filete o hilo a la parte saliente del
surco, fondo o raíz a la parte baja y cresta a la más
saliente.
17
MAQUÍNAS SIMPLES
El paso de rosca es la
distancia que existe entre
dos crestas consecutivas.
Si el tornillo es de
rosca
sencilla,
se
corresponde con lo que
avanza sobre la tuerca por
cada vuelta completa. Si es
de rosca doble el avance
será igual al doble del
paso.
18
CLASIFICACIÓN DE LOS
MECANISMOS
Los mecanismos se pueden clasificar en seis grandes grupos:
Mecanismos de Transmisión del Movimiento.
Mecanismos de Transformación del Movimiento.
Mecanismos de Acoplamiento del Movimiento.
Mecanismos para Dirigir y Regular el Movimiento.
Mecanismos de Acumulación de Energía.
Soportes, Cojinetes y Rodamientos.
19
Mecanismos de
Transmisión
del Movimiento
Los mecanismos de transmisión del
movimiento, son aquellos que transmiten
a otro punto el movimiento generado por
un elemento motriz o motor.
20
Mecanismos de
Transmisión
del Movimiento
Los mecanismos de transmisión del movimiento son
los siguientes:
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
Palanca.
Polea Simple.
Transmisión por Ruedas de Fricción.
Transmisión por Poleas con Correa.
Transmisión por Ruedas de Dentadas o Engranajes.
Transmisión por Corona y Tornillo sin Fin.
Transmisión por Ruedas Dentadas con Cadena.
Transmisión por Ruedas Dentadas con Correa Dentada.
Transmisión Variador de Velocidad.
Transmisión por Trenes.
21
PALANCA
22
PALANCA
Es un mecanismo de transmisión del movimiento.
La palanca es una máquina simple que se emplea
en una gran variedad de aplicaciones. Está formada por
una barra rígida que puede oscilar en torno a una pieza
fija, que sirve de punto de apoyo, llamado fulcro.
Cuando la fuerza se aplica en el extremo de la barra
más alejado del punto de apoyo, la fuerza resultante en
el extremo más próximo al punto de apoyo es mayor.
También puede utilizarse para amplificar la fuerza
mecánica que se aplica a un objeto, para incrementar su
velocidad o la distancia recorrida, en respuesta a la
aplicación de una fuerza.
23
PALANCA
24
PALANCA
Sobre la barra rígida que constituye una palanca actúan tres fuerzas:
– La potencia; P: es la fuerza que aplicamos voluntariamente con el fin
de obtener un resultado; ya sea manualmente o por medio de motores
u otros mecanismos.
– La resistencia; R: es la fuerza que vencemos, ejercida sobre la
palanca por el cuerpo a mover. Su valor será equivalente, por el
principio de acción y reacción, a la fuerza transmitida por la palanca a
dicho cuerpo.
– La fuerza de apoyo: es la ejercida por el fulcro sobre la palanca. Si no
se considera el peso de la barra, será siempre igual y opuesta a la
suma de las anteriores, de tal forma de mantener la palanca sin
desplazarse del punto de apoyo, sobre el que rota libremente.
– Brazo de potencia; Bp: la distancia entre el punto de aplicación de la
fuerza de potencia y el punto de apoyo.
– Brazo de resistencia; Br: distancia entre la fuerza de resistencia y el
punto de apoyo.
25
PALANCA
26
PALANCA
Ley de la palanca
En física, la ley que relaciona las fuerzas de una
palanca en equilibrio se expresa mediante la ecuación:
P ×B = R ×B
P
R
Ley de la palanca: Potencia por su brazo es igual a
resistencia por el suyo.
Siendo P la potencia, R la resistencia, y Bp y Br las
distancias medidas desde el fulcro hasta los puntos de
aplicación de P y R respectivamente, llamadas brazo de
potencia y brazo de resistencia.
27
PALANCA
Tipos de palancas
Las palancas se dividen en tres géneros,
también llamados grados o clases, dependiendo
de la posición relativa de los puntos de
aplicación de la potencia y de la resistencia
con respecto al fulcro (punto de apoyo). El
principio de la palanca es válido indistintamente
del tipo que se trate, pero el efecto y la forma de
uso de cada uno cambian considerablemente.
28
PALANCA
Palanca de Primera clase.
En la palanca de primera clase, el fulcro se
encuentra situado entre la potencia y la resistencia. Se
caracteriza en que la potencia puede ser menor que la
resistencia, aunque a costa de disminuir la velocidad
transmitida y la distancia recorrida por la resistencia.
Para que esto suceda, el brazo de potencia Bp ha de
ser mayor que el brazo de resistencia Br.
Cuando lo que se requiere es ampliar la velocidad
transmitida a un objeto, o la distancia recorrida por éste,
se ha de situar el fulcro más próximo a la potencia, de
manera que Bp sea menor que Br.
29
PALANCA
Ejemplos de este tipo de palanca son el balancín,
las tijeras, las tenazas, los alicates o la catapulta (para
ampliar la velocidad). En el cuerpo humano se
encuentran varios ejemplos de palancas de primer
género, como el conjunto tríceps braquial - codo antebrazo.
30
PALANCA
31
PALANCA
Palanca de Segunda
clase.
En la palanca de segunda
clase, la resistencia se
encuentra entre la potencia y
el fulcro. Se caracteriza en
que la potencia es siempre
menor que la resistencia,
aunque a costa de disminuir la
velocidad transmitida y la
distancia recorrida por la
resistencia.
Ejemplos de este tipo de
palanca son la carretilla, los
remos y el cascanueces.
32
PALANCA
33
PALANCA
Palanca de Tercera clase.
En la palanca de tercera
clase, la potencia se encuentra
entre la resistencia y el fulcro. Se
caracteriza en que la fuerza
aplicada es mayor que la
resultante; y se utiliza cuando lo
que se requiere es ampliar la
velocidad transmitida a un objeto o
la distancia recorrida por él.
Ejemplos de este tipo de
palanca son el quita grapas la
caña de pescar y la pinza de
cejas; y en el cuerpo humano, el
conjunto codo - bíceps braquial antebrazo, y la articulación
temporomandibular.
34
PALANCA
35
POLEA SIMPLE
36
POLEA SIMPLE
Es un mecanismo de transmisión del movimiento.
Una polea, es una máquina simple que sirve para
transmitir una fuerza. Se trata de una rueda,
generalmente maciza y acanalada en su borde, que, con
el curso de una cuerda o cable que se hace pasar por el
canal ("garganta"), se usa como elemento de
transmisión para cambiar la dirección del movimiento en
máquinas y mecanismos.
La polea simple se emplea para elevar pesos,
consta de una sola rueda con la que hacemos pasar una
cuerda.
37
POLEA SIMPLE
Se
emplea
para
cambiar el sentido de la
fuerza haciendo más
cómodo el levantamiento
de la carga, entre otros
motivos,
porque
nos
ayudamos del peso del
cuerpo para efectuar el
esfuerzo, la fuerza que
tenemos que hacer es la
misma al peso a la que
tenemos que levantar.
F=R
38
POLEA SIMPLE
Polea simple fija
La manera más sencilla de utilizar una polea
es colgar un peso en un extremo de la cuerda, y
tirar del otro extremo para levantar el peso.
Una polea simple fija no produce una
ventaja mecánica: la fuerza que debe aplicarse
es la misma que se habría requerido para
levantar el objeto sin la polea. La polea, sin
embargo, permite aplicar la fuerza en una
dirección más conveniente.
39
POLEA SIMPLE
Polea simple fija
40
POLEA SIMPLE
Polea simple móvil.
Una forma alternativa de utilizar la polea es
fijarla a la carga un extremo de la cuerda al
soporte, y tirar del otro extremo para levantar a
la polea y la carga.
La polea simple móvil produce una ventaja
mecánica: la fuerza necesaria para levantar la
carga es justamente la mitad de la fuerza que
habría sido requerida para levantar la carga sin
la polea. Por el contrario, la longitud de la
cuerda de la que debe tirarse es el doble de la
distancia que se desea hacer subir a la carga.
41
POLEA SIMPLE
• Polea simple móvil.
42
POLEA SIMPLE
Polipastos o aparejos.
El polipasto es la configuración más común de polea
compuesta. En un polipasto, las poleas se distribuyen en
dos grupos, uno fijo y uno móvil. En cada grupo se
instala un número arbitrario de poleas. La carga se une
al grupo móvil.
R
F=
2× n
43
POLEA SIMPLE
Donde n es el número de pares de poleas. Cada par
lo forma una polea simple fija y otra polea simple móvil.
Se llama polipasto a una máquina que se utiliza
para levantar o mover una carga con una gran ventaja
mecánica, porque se necesita aplicar una fuerza mucho
menor al peso que hay que mover. Lleva dos o más
poleas incorporadas para minimizar el esfuerzo.
Estos mecanismos se utilizan mucho en los talleres
o industrias que cargan elementos y materiales muy
pesados para hacer más rápida y fácil la elevación y
colocación de estas piezas en las diferentes máquinasherramientas que hay en los talleres o almacenes, así
como cargarlas y descargarlas de los camiones que las
transportan.
44
POLEA SIMPLE
Polipastos o aparejos.
45
TRANSMISIÓN POR
RUEDAS DE FRICCIÓN
46
TRANSMISIÓN POR
RUEDAS DE FRICCIÓN
Es un mecanismo de transmisión del movimiento.
Es un mecanismo de transmisión constituido por
dos o más ruedas, cada una de ellas gira solidariamente
al eje al que están acopladas, que están en contacto a
una cierta presión, de modo que, cuando una de ellas
gira, la que está en contacto con esta gira también por
efecto del rozamiento.
El sentido de giro de la rueda conducida es contrario
al sentido de giro de la rueda motriz. Por tanto, si
queremos mantener el sentido de giro del motor
tendremos que emplear un número impar de ruedas de
fricción.
47
TRANSMISIÓN POR
RUEDAS DE FRICCIÓN
Las ruedas de fricción pueden ser cilíndricas,
cónicas o esféricas. Esto permite transmitir el
movimiento no sólo entre ejes paralelos, sino también
entre ejes que se cortan o se cruzan en el espacio.
El material empleado en las ruedas de fricción suele
ser caucho o similar con coeficiente de fricción elevado.
Las ruedas de fricción tienen el gran inconveniente
de no poder transmitir grandes potencias, ya que puede
resbalar una sobre otra, con la consiguiente pérdida de
velocidad. Otro de los inconvenientes del uso de las
ruedas de fricción es su desgaste, debido a que
funcionan por rozamiento y presión.
48
TRANSMISIÓN POR
RUEDAS DE FRICCIÓN
La relación de transmisión entre las velocidades de
giro de las ruedas depende del tamaño relativo de
dichas ruedas:
N 1 × D1 = N 2 × D2
D =N
D N
1
2
2
1
49
TRANSMISIÓN POR
RUEDAS DE FRICCIÓN
Donde N1 y N2 indican las velocidades de
giro de las ruedas motriz y conducida,
respectivamente, se miden en vueltas o
revoluciones por minuto (rpm), y D1 y D2
corresponden a los diámetros de las ruedas
motriz y conducida, se mide en unidades de
longitud que normalmente son mm.
D
Al cociente
se llama relación de
D
transmisión.
1
2
50
TRANSMISIÓN POR
POLEAS CON CORREA
51
TRANSMISIÓN POR
POLEAS CON CORREA
Es un mecanismo de transmisión del movimiento.
El mecanismo está formado por dos ruedas simples
acanaladas, que giran solidariamente a cada eje al que
están acopladas, de manera que se pueden conectar
mediante una cinta o correa tensa. El dispositivo permite
transmitir el movimiento entre ejes alejados y
normalmente paralelos, de manera poco ruidosa. La
correa, sin embargo, sufre un desgaste importante con
el uso y puede llegar a romperse. Hay que tensar bien,
mediante un carril o un rodillo tensor, para evitar
deslizamientos y variaciones de la relación de
transmisión.
El sentido de giro de la rueda conducida es el
mismo sentido de giro de la rueda motriz.
52
TRANSMISIÓN POR
POLEAS CON CORREA
Los
tipos
de
correas que emplea
en esta transmisión
son:
53
TRANSMISIÓN POR
POLEAS CON CORREA
La relación de transmisión entre las
velocidades de giro de las poleas depende
del tamaño relativo de dichas poleas:
N 1 × D1 = N 2 × D2
D =N
D N
1
2
2
1
54
TRANSMISIÓN POR
POLEAS CON CORREA
Donde N1 y N2 indican las velocidades de
giro de las poleas motriz y conducida,
respectivamente, se miden en vueltas o
revoluciones por minuto (rpm), y D1 y D2
corresponden a los diámetros de las poleas
motriz y conducida, se mide en unidades de
longitud que normalmente son mm.
D1 se llama relación de
Al cociente
D2
transmisión.
55
TRANSMISIÓN POR
POLEAS CON CORREA
Esta transmisión la
podemos encontrar en
lavadoras, ventiladores,
lavaplatos,
pulidoras,
videos,
multicultores,
cortadores de carne,
taladros, generadores de
electricidad, cortadoras
de cesped, transmisiones
de
motores,
compresores, tornos... en
forma de multiplicador de
velocidad,
caja
de
velocidades o tren de
poleas.
56
TRANSMISIÓN POR
RUEDAS DENTADAS O
ENGRANAJES
57
TRANSMISIÓN POR
RUEDAS DENTADAS O
ENGRANAJES
Es un mecanismo de transmisión constituido
por dos o más ruedas, cada una de ellas gira
solidariamente al eje al que están acopladas,
estas ruedas están dotadas de unos salientes,
llamados dientes. Dichas ruedas están en
contacto atreves de los dientes en los que se
apoyan. Cuando una de las ruedas gira, sus
dientes se apoyan en la otra arrastrándola y
obligando a esta última a girar.
58
TRANSMISIÓN POR
RUEDAS DENTADAS O
ENGRANAJES
Es un mecanismo de
transmisión constituido por dos
o más ruedas, cada una de
ellas gira solidariamente al eje
al que están acopladas, estas
ruedas están dotadas de unos
salientes, llamados dientes.
Dichas ruedas están en
contacto atreves de los dientes
en los que se apoyan. Cuando
una de las ruedas gira, sus
dientes se apoyan en la otra
arrastrándola y obligando a
esta última a girar.
59
TRANSMISIÓN POR
RUEDAS DENTADAS O
ENGRANAJES
El sentido de giro de la rueda conducida es contrario
al sentido de giro de la rueda motriz. Por tanto, si
queremos mantener el sentido de giro del motor
tendremos que emplear un número impar de ruedas
dentadas.
Es un mecanismo de transmisión robusto, pero que
sólo transmite movimiento entre ejes próximos. En
algunos casos puede ser un sistema ruidoso, pero que
es útil para transmitir potencias elevadas. Requiere
lubricación para minimizar el rozamiento.
La rueda dentada de mayor tamaño y con mayor
número de dientes se la llama corona, y a la rueda
dentada de tamaño pequeño y con menor número de
dientes se la llama piñón.
60
TRANSMISIÓN POR
RUEDAS DENTADAS O
ENGRANAJES
La relación de transmisión entre las velocidades de
giro de las ruedas depende del número de dientes de
dichas ruedas:
N ×Z = N ×Z
1
1
2
2
Z
Z
1
2
=
N
N
2
1
Donde N1 y N2 indican las velocidades de giro de
las poleas motriz y conducida, respectivamente, se
miden en vueltas o revoluciones por minuto (rpm), y Z1 y
Z2 corresponden al número de dientes de las ruedas
motriz y conducida.
Al cociente Z 1 se llama relación de transmisión.
Z2
61
TRANSMISIÓN POR
RUEDAS DENTADAS O
ENGRANAJES
Tipos de engranajes:
Cilíndricos de dientes
rectos.
62
TRANSMISIÓN POR
RUEDAS DENTADAS O
ENGRANAJES
Cilíndricos de dientes
helicoidales.
63
TRANSMISIÓN POR
RUEDAS DENTADAS O
ENGRANAJES
• Doble helicoidales
64
TRANSMISIÓN POR
RUEDAS DENTADAS O
ENGRANAJES
Ejes
perpendiculares:
Cónicos de dientes
rectos
65
TRANSMISIÓN POR
RUEDAS DENTADAS O
ENGRANAJES
Cónicos de dientes
helicoidales.
66
TRANSMISIÓN POR
RUEDAS DENTADAS O
ENGRANAJES
Helicoidales cruzados.
67
TRANSMISIÓN POR
CORONA Y TORNILLO
SIN FIN
68
TRANSMISIÓN POR
CORONA Y TORNILLO
SIN FIN
Es un mecanismo de transmisión constituido por un tornillo que
engrana a una rueda dentada llamada corona. La corona gira
solidaria a su eje, que es perpendicular al eje del tornillo. Por cada
vuelta del tornillo sin fin acoplado al eje motriz, la rueda gira un
diente. Este sistema permite, por tanto, transmitir e movimiento
desde el eje motriz, el que esta conectado el tornillo, al eje de la
rueda dentada o corana, que es la rueda conducida. Además se
consigue una gran reducción de velocidad.
Desde el punto de vista conceptual el sinfín es considerado
una rueda dentada de un solo diente que ha sido tallado
helicoidalmente (en forma de hélice). Este operador ha sido
diseñado para la transmisión de movimientos giratorios, por lo que
siempre trabaja unido a otro engranaje.
69
TRANSMISIÓN POR
CORONA Y TORNILLO
SIN FIN
La relación de transmisión entre las
velocidades de giro del tornillo y la corona
depende del número de dientes de dicha
corona:
N
Tornillo
=
N
Corona
× Z Corna
Donde N
es la velocidad de giro del
tornillo, N es la velocidad de giro de la corona,
y Z es número de dientes de la corona.
Tornillo
Corona
Corona
70
TRANSMISIÓN POR
CORONA Y TORNILLO
SIN FIN
71
TRANSMISIÓN POR
RUEDAS DENTADAS
CON CADENA
72
TRANSMISIÓN POR
RUEDAS DENTADAS
CON CADENA
El mecanismo está formado por dos ruedas dentadas, que
giran solidariamente a cada eje al que están acopladas, de manera
que se pueden conectar mediante una cadena de eslabones
articulados que engrana en dichas ruedas. El dispositivo permite
transmitir el movimiento entre ejes alejados y normalmente
paralelos, de manera poco ruidosa. Este sistema permite transmitir
grandes velocidades y potencias, por que no existe la posibilidad
del deslizamiento ya que la cadena engrana con las ruedas.
El sentido de giro de la rueda conducida es el mismo sentido
de giro de la rueda motriz.
Este sistema se emplea en las bicicletas, en los motores de
gasolina y diesel de automóviles y camiones, y en grandes
máquinas industriales.
73
TRANSMISIÓN POR
RUEDAS DENTADAS
CON CADENA
La relación de transmisión entre las velocidades de
giro de las ruedas depende del número de dientes de
dichas ruedas:
Z N
N1× Z1 = N 2 × Z 2
Z
1
2
=
N
2
1
Donde N1 y N2 indican las velocidades de giro de
las poleas motriz y conducida, respectivamente, se
miden en vueltas o revoluciones por minuto (rpm), y Z1 y
Z2 corresponden al número de dientes de las ruedas
motriz y conducida.
Al cociente Z 1 se llama relación de transmisión.
Z
2
74
TRANSMISIÓN POR
RUEDAS DENTADAS
CON CADENA
75
TRANSMISIÓN POR
RUEDAS DENTADAS
CON CORREA DENTADA
76
TRANSMISIÓN POR
RUEDAS DENTADAS
CON CORREA DENTADA
El mecanismo está formado por dos ruedas
dentadas, que giran solidariamente a cada eje al que
están acopladas, de manera que se pueden conectar
mediante una correa dentada que engrana en dichas
ruedas. El dispositivo permite transmitir el movimiento
entre ejes alejados y normalmente paralelos, de manera
poco ruidosa. Este sistema permite transmitir grandes
velocidades y potencias, por que no existe la posibilidad
del deslizamiento ya que la correa engrana con las
ruedas.
El sentido de giro de la rueda conducida es el
mismo sentido de giro de la rueda motriz.
77
TRANSMISIÓN POR
RUEDAS DENTADAS
CON CORREA DENTADA
La relación de transmisión entre las velocidades de
giro de las ruedas depende del número de dientes de
dichas ruedas:
Z N
N1× Z1 = N 2 × Z 2
Z
1
2
=
N
2
1
Donde N1 y N2 indican las velocidades de giro de
las poleas motriz y conducida, respectivamente, se
miden en vueltas o revoluciones por minuto (rpm), y Z1 y
Z2 corresponden al número de dientes de las ruedas
motriz y conducida.
Al cociente Z 1 se llama relación de transmisión.
Z
2
78
TRANSMISIÓN POR
RUEDAS DENTADAS CON
CORREA DENTADA
79
TRANSMISIÓN VARIADOR
DE VELOCIDAD
Son transmisiones de movimiento circular
que además de transmitir fuerzas y
movimientos, son capaces de variar la velocidad
de giro de los ejes a los que están conectados.
Consiguiendo efectos combinados de potencia y
velocidad en función del tamaño de las ruedas y
de la atribución que tienen en el mecanismo, es
decir, si es motriz o conducida.
Existen tres sistemas:
80
TRANSMISIÓN VARIADOR
DE VELOCIDAD
Sistema multiplicador de velocidad.
En este sistema la velocidad de la
rueda conducida es mayor que la rueda
motriz. Pero la potencia que se obtiene de
la rueda conducida es menor que la
conductora. La rueda 1 es de mayor
tamaño o tiene más dientes que la rueda
2.
81
TRANSMISIÓN VARIADOR
DE VELOCIDAD
Z >Z
1
2
N <N
1
2
82
TRANSMISIÓN VARIADOR
DE VELOCIDAD
D >D
1
N <N
1
2
2
83
TRANSMISIÓN VARIADOR
DE VELOCIDAD
Sistema Reductor de velocidad.
En este sistema la velocidad de la
rueda conducida es menor que la rueda
motriz. Pero la potencia que se obtiene de
la rueda conducida es mayor que la
conductora. La rueda 1 es de menor
tamaño o tiene menos dientes que la
rueda 2.
84
TRANSMISIÓN VARIADOR
DE VELOCIDAD
Z <Z
1
2
N >N
1
2
85
TRANSMISIÓN VARIADOR
DE VELOCIDAD
D <D
1
N >N
1
2
2
86
TRANSMISIÓN VARIADOR
DE VELOCIDAD
Sistema constante de velocidad.
En este sistema la velocidad de la
rueda conducida es igual que la rueda
motriz. La potencia que se obtiene de la
rueda conducida es igual que la
conductora. La rueda 1 es de igual
tamaño o tiene los mismos dientes que la
rueda 2.
87
TRANSMISIÓN POR
TRENES
Son la unión de varios mecanismos simples. Para
que dos sistemas o conjuntos de transmisión formen un
tren, es necesario que los dos sistemas compartan el
mismo eje, de tal forma, que el eje del elemento
conducido del primer sistema o conjunto se también el
eje del elemento motriz del segundo sistema.
Los efecto que se consiguen son la de una mayor
relación de transmisión entre el primer eje
correspondiente a al primer elemento motriz y el último
eje donde está el último elemento conducido.
Los trenes más comunes son los de poleas y los
engranajes.
88
TRANSMISIÓN POR
TRENES
Trenes de poleas:
Están formados por dos
pares mínimo de sistemas de
poleas con correa. En el eje 2
están situadas las poleas motriz
y conducida de cada uno de los
dos sistemas.
Si el tren tiene la función
de reductora, el eje 1 está la
polea motriz y en el eje 3 esta la
polea conducida.
Si el tren tiene la función
de multiplicadora, el eje 1 está
la polea conducida y en el eje 3
la polea motriz.
89
TRANSMISIÓN POR
TRENES
Las relaciones de transmisión son:
N
N
D <D
1
4
1
×D
D
=
D ×D
D <D
4
3
N >N
1
4
2
1
3
2
4
D =D
1
N =N
2
3
D =D
2
4
3
90
TRANSMISIÓN POR
TRENES
Trenes de engranajes:
Están formados por dos
pares mínimo de sistemas de
ruedas dentadas. En el eje 2
están situadas las ruedas
motriz y conducida de cada
uno de los dos sistemas.
Si el tren tiene la función
de reductora, el eje 1 está la
rueda motriz y en el eje 3 esta
la rueda conducida.
Si el tren tiene la función
de multiplicadora, el eje 1 está
la rueda conducida y en el eje
3 la rueda motriz.
91
TRANSMISIÓN POR
TRENES
Las relaciones de transmisión son:
N
N
Z <Z
1
Z <Z
3
4
N >N
1
4
2
4
1
×Z
Z
=
Z ×Z
1
3
2
4
Z =Z
1
N =N
2
Z =Z
3
2
4
3
92
Mecanismos de
Transformación del
Movimiento
Los mecanismos de transformación del
movimiento, son aquellos que transforman
un movimiento lineal en un movimiento
circular o transformar un movimiento
circular en otro lineal.
93
Mecanismos de
Transformación del
Movimiento
Los mecanismos de transformación del
movimiento de circular a rectilíneo son los
siguientes:
– Transmisión por Sistema Piñón – Cremallera.
– Transmisión por Sistema Tornillo – Tuerca.
– Transmisión por Conjunto Manivela - Torno.
94
Mecanismos de
Transformación del
Movimiento
Los mecanismos de transformación del
movimiento de circular a rectilíneo alternativos
son los siguientes:
– Transmisión por Sistema Tornillo sin
Cremallera.
– Transmisión por Sistema Biela – Manivela.
– Transmisión por Cigüeñal.
– Transmisión por Leva.
– Transmisión por Excéntrica.
Fin
–
95
TRANSMISIÓN POR
SISTEMA
PIÑÓN – CREMALLERA
96
TRANSMISIÓN POR
SISTEMA
PIÑÓN – CREMALLERA
Es un sistema que
permite
convertir
un
movimiento giratorio en
uno lineal continuo, o
viceversa.
El
sistema
está
formado por un piñón
(rueda
dentada)
que
engrana perfectamente
en una cremallera.
97
TRANSMISIÓN POR
SISTEMA
PIÑÓN – CREMALLERA
Una cremallera es un prisma rectangular
con una de sus caras laterales tallada con
dientes. Estos pueden ser rectos o curvados y
estar dispuestos en posición transversal u
oblicua.
98
TRANSMISIÓN POR
SISTEMA
PIÑÓN – CREMALLERA
Cuando el piñón gira, sus dientes empujan
los
de
la
cremallera,
provocando
el
desplazamiento lineal de esta.
99
TRANSMISIÓN POR
SISTEMA
PIÑÓN – CREMALLERA
Si lo que se mueve es la cremallera, sus dientes
empujan a los del piñón consiguiendo que este gire y
obteniendo en su eje un movimiento giratorio.
La relación entre la velocidad de giro del piñón (N) y
la velocidad lineal de la cremallera (V) depende de dos
factores: el número de dientes del piñón (Z) y el número
de dientes por centímetro de la cremallera (n).
100
TRANSMISIÓN POR
SISTEMA
PIÑÓN – CREMALLERA
Por cada vuelta completa del piñón la
cremallera se desplazará avanzando
tantos dientes como tenga el piñón. Por
tanto se desplazará una distancia:
Z
d=
n
y la velocidad del desplazamiento será:
Z
V =N×
n
101
TRANSMISIÓN POR
SISTEMA
PIÑÓN – CREMALLERA
Donde la velocidad de giro del piñón (N) se mide en
revoluciones por minuto (r.p.m.), la velocidad lineal de la
cremallera (V) se expresa en centímetros por minuto
(cm/minuto).
Su utilidad práctica suele centrarse solamente en la
conversión de giratorio en lineal continuo, siendo muy
apreciado para conseguir movimientos lineales de
precisión (caso de microscopios u otros instrumentos
ópticos como retroproyectores), desplazamiento del
cabezal de los taladros sensitivos, movimiento de
puertas automáticas de garaje, sacacorchos, regulación
de altura de los trípodes, movimiento de estanterías
móviles empleadas en archivos, farmacias o bibliotecas,
cerraduras, dirección de los automóviles, etc...
102
TRANSMISIÓN POR
SISTEMA
PIÑÓN – CREMALLERA
103
TRANSMISIÓN POR
SISTEMA
TORNILLO – TUERCA
104
TRANSMISIÓN POR
SISTEMA
TORNILLO – TUERCA
Se emplea en la conversión de un movimiento
giratorio en uno lineal continuo cuando sea necesaria
una fuerza de apriete o una desmultiplicación muy
grandes.
Se necesita, como mínimo, un tornillo que se acople
perfectamente a una tuerca (o a un orificio roscado).
105
TRANSMISIÓN POR
SISTEMA
TORNILLO – TUERCA
Este sistema técnico
se puede plantear de dos
formas básicas:
Un tornillo de posición
fija (no puede desplazarse
longitudinalmente) que al
girar
provoca
el
desplazamiento
de
la
tuerca.
106
TRANSMISIÓN POR
SISTEMA
TORNILLO – TUERCA
En la barra engomadora el tornillo no se desplaza, pero su giro
hace que el cilindro de cola suba o baje debido a que esta es la que
hace de tuerca.
Una tuerca o un orificio roscado fijo (no puede girar ni
desplazarse longitudinalmente) que produce el desplazamiento del
tornillo cuando este gira. El grifo es un ejemplo de este
funcionamiento.
107
TRANSMISIÓN POR
SISTEMA
TORNILLO – TUERCA
En el caso de los grifos nos permite abrir (o cerrar)
el paso del agua levantando (o bajando) la zapata a
medida que vamos girando adecuadamente la llave.
El sistema tornillo-tuerca presenta una ventaja
muy grande respecto a otros sistemas de conversión de
movimiento giratorio en longitudinal: por cada vuelta del
tornillo la tuerca solamente avanza la distancia que tiene
de separación entre filetes (paso de rosca) por lo que la
fuerza de apriete (longitudinal) es muy grande.
El paso de rosca es la distancia que existe entre
dos crestas consecutivas.
108
TRANSMISIÓN POR
SISTEMA
TORNILLO – TUERCA
Si el tornillo es de rosca sencilla, se
corresponde con lo que avanza sobre la tuerca
por cada vuelta completa. Si es de rosca doble
el avance será igual al doble del paso.
109
TRANSMISIÓN POR
SISTEMA
TORNILLO – TUERCA
Por otro lado, presenta el inconveniente de
que el sistema no es reversible (no podemos
aplicarle un movimiento longitudinal y obtener
uno giratorio).
El sistema tornillo-tuerca como mecanismo
de desplazamiento se emplea en multitud de
máquinas pudiendo ofrecer servicio tanto en
sistemas que requieran de gran precisión de
movimiento (balanzas, tornillos micrométricos,
transductores de posición, posicionadores...)
como en sistemas de baja precisión.
110
TRANSMISIÓN
POR CONJUNTO
MANIVELA - TORNO
111
TRANSMISIÓN
POR CONJUNTO
MANIVELA - TORNO
El sistema está formado por una
máquina simple que consiste en un
cilindro dispuesto para girar alrededor de
su eje por la acción de manivela, y que
ordinariamente actúa sobre la resistencia
por medio de una cuerda que se va
arrollando al cilindro.
112
TRANSMISIÓN
POR CONJUNTO
MANIVELA - TORNO
113
TRANSMISIÓN
POR CONJUNTO
MANIVELA - TORNO
La manivela es una
pieza normalmente de
hierro, compuesta de dos
ramas en ángulo recto,
una de las cuales se fija
por un extremo en el eje
de una máquina, de una
rueda, etc. y la otra forma
el mango que sirve para
mover al brazo, la
máquina o la rueda.
114
TRANSMISIÓN
POR CONJUNTO
MANIVELA - TORNO
La formula que explica funciona esta máquina es
similar a la de la palanca y es la siguiente:
F = R×
B
B
R
F
Donde R es la resistencia, F es la fuerza que hay
que aplicar en la manivela, BR es el radio del cilindro y
es el brazo de la resistencia R; y BF es el radio de la
manivela y es el brazo de la fuerza F.
115
TRANSMISIÓN POR
SISTEMA TORNILLO SIN
FIN – CREMALLERA
Es un sistema que permite convertir un
movimiento giratorio en uno lineal continuo, pero
la conversión del movimiento lineal a circular
no es posible.
El sistema está formado por tornillo sin fin
que engrana perfectamente en una cremallera.
116
TRANSMISIÓN POR
SISTEMA TORNILLO SIN
FIN – CREMALLERA
Desde el punto de vista conceptual el sinfín es considerado
una rueda dentada de un solo diente que ha sido tallado
helicoidalmente (en forma de hélice). Este operador ha sido
diseñado para la transmisión de movimientos giratorios, por lo que
siempre trabaja unido a otro elemento.
Una cremallera es un prisma rectangular con una de sus
caras laterales tallada con dientes. Estos pueden ser rectos o
curvados y estar dispuestos en posición transversal u oblicua.
117
TRANSMISIÓN POR
SISTEMA TORNILLO SIN
FIN – CREMALLERA
118
TRANSMISIÓN POR
SISTEMA
BIELA – MANIVELA
119
TRANSMISIÓN POR
SISTEMA
BIELA – MANIVELA
El mecanismo de biela - manivela es un
mecanismo que transforma un movimiento circular en un
movimiento de traslación, o viceversa.
120
TRANSMISIÓN POR
SISTEMA
BIELA – MANIVELA
Es un conjunto formado por una manivela y
una biela.
La Biela es un elemento rígido y alargado
que permite la unión articulada entre la manivela
y el émbolo. Está formada por la cabeza, la
caña o cuerpo y el pie. La forma y la sección de
la biela pueden ser muy variadas, pero debe
poder resistir los esfuerzos de trabajo, por eso
es hecha de aceros especiales o aleaciones de
aluminio.
121
TRANSMISIÓN POR
SISTEMA
BIELA – MANIVELA
La manivela es una palanca con un punto al eje de rotación y
la otra en la cabeza de la biela. Cuando la biela se mueve
alternativamente, adelante y atrás, se consigue hacer girar la
manivela gracias al movimiento general de la biela. Y al revés,
cuando gira la manivela, se consigue mover alternativamente
adelante y atrás la biela y el émbolo.
122
TRANSMISIÓN
POR
CIGÜEÑAL
123
TRANSMISIÓN
POR
CIGÜEÑAL
Un cigüeñal es un eje acodado, con
codos y contrapesos presente en ciertas
máquinas que, aplicando el principio del
mecanismo
de
biela - manivela,
transforma el movimiento rectilíneo
alternativo en rotatorio y viceversa.
Este mecanismo se emplea en los
motores de combustión.
124
TRANSMISIÓN
POR
CIGÜEÑAL
125
TRANSMISIÓN POR LEVA
La leva es un disco con un perfil externo
parcialmente circular sobre el que apoya un operador
móvil (seguidor de leva) destinado a seguir las
variaciones del perfil de la leva cuando esta gira. Por
tanto transforma un movimiento de rotación en otro
lineal de traslación oscilante.
126
TRANSMISIÓN POR LEVA
Conceptualmente deriva de la rueda y
del plano inclinado.
La leva va solidaria con un eje (árbol)
que le transmite el movimiento giratorio
que necesita; en muchas aplicaciones se
recurre a montar varias levas sobre un
mismo eje o árbol (árbol de levas), lo que
permite la sincronización del movimiento
de varios seguidores a la vez.
127
TRANSMISIÓN POR LEVA
Como seguidor de leva
pueden emplearse émbolos
(para obtener movimientos de
vaivén) o palancas (para
obtener
movimientos
angulares) que en todo
momento han de permanecer
en contacto con el contorno de
la leva. Para conseguirlo se
recurre al empleo de resortes,
muelles
o
gomas
de
recuperación adecuadamente
dispuestos.
128
TRANSMISIÓN POR LEVA
La
forma
del
contorno de la leva
(perfil de leva) siempre
está supeditada al
movimiento que se
necesite
en
el
seguidor,
pudiendo
aquel adoptar curvas
realmente complejas.
129
TRANSMISIÓN POR
EXCÉNTRICA
130
TRANSMISIÓN POR
EXCÉNTRICA
Desde el punto de vista técnico la
excéntrica es, básicamente, un disco (rueda)
dotado de dos ejes: Eje de giro y el excéntrico.
En este caso, esta rueda entorno al eje
excéntrico. Al igual que la leva, se apoya un
operador móvil (seguidor de leva) destinado a
seguir las variaciones del perfil de la leva
cuando esta gira. Por tanto transforma un
movimiento de rotación en otro lineal de
traslación oscilante.
Conceptualmente deriva de la rueda y del
plano inclinado.
131
TRANSMISIÓN POR
EXCÉNTRICA
La excéntrica va solidaria
con un eje (árbol) que le
transmite
el
movimiento
giratorio que necesita.
Como
seguidor
de
excéntica pueden emplearse
émbolos
(para
obtener
movimientos de vaivén) o
palancas
(para
obtener
movimientos angulares) que
en todo momento han de
permanecer en contacto con el
contorno de la leva. Para
conseguirlo se recurre al
empleo de resortes, muelles
o gomas de recuperación
adecuadamente dispuestos.
132
Mecanismos de
Acoplamiento del
Movimiento
Los siguientes mecanismos tienen
como objeto transmitir los movimientos
circulares entre ejes que no están colocados
paralelamente, ni son perpendiculares. No
emplean ningún de los mecanismos
anteriormente visto para conectarlos entre si.
133
Mecanismos de
Acoplamiento del
Movimiento
Estos mecanismos son los siguientes:
–Embragues.
–Acoplamiento fijos.
–Acoplamiento móviles.
»Acoplamiento por Junta Cardan.
»Acoplamiento por Junta Oldham.
134
EMBRAGUES
El embrague es un sistema que permite
tanto transmitir como interrumpir la transmisión
de una energía mecánica de giro entre ejes o
árboles de transmisión no paralelos ni
perpendiculares, mediante la conexión o
desconexión de los mismos.
Existen dos tipos básicos:
Embragues de fricción.
Embragues de dientes.
135
EMBRAGUES
Embragues
de
fricción. El proceso
de
conexión
o
acoplamiento se lleva
cabo mediante la
fuerza de rozamiento
de dos superficies
que, unidas a los ejes
o
árboles,
son
presionadas entre sí.
136
EMBRAGUES
Embragues
de
dientes.
El
acoplamiento
o
desacoplamiento de
los ejes o árboles de
transmisión
tiene
lugar cuando encajan
los dientes de las dos
piezas enfrentadas.
137
ACOPLAMIENTOS
Acoplamientos
fijos o bridas. Son
elementos que se
emplean en unir ejes
o
árboles
de
transmisión
largos
enlazados de forma
permanente. Es decir,
están
uno
a
continuación del otro.
138
ACOPLAMIENTOS
Los acoplamientos móviles se
emplean para unir ejes o árboles de
transmisión que entre ellos forman un
ángulo distinto de cero o tienen
desplazamiento entre ellos.
Hay dos tipo:
Acoplamiento por Junta Cardan.
Acoplamiento por Junta Oldham.
139
ACOPLAMIENTO POR
JUNTA CARDAN
140
ACOPLAMIENTO POR
JUNTA CARDAN
El cardán es un acoplamiento mecánico movil, que
permite unir dos ejes que giran en un ángulo distinto uno
respecto del otro. Su objetivo es transmitir el movimiento
de rotación de un eje al otro a pesar de ese ángulo. En
los vehículos de motor se suele utilizar como parte del
árbol de transmisión, que lleva la fuerza desde el motor
situado en la parte delantera del vehículo hacia las
ruedas traseras. El principal problema que genera el
cardán es que, por su configuración, el eje al que se le
transmite el movimiento no gira a velocidad angular
constante.
141
ACOPLAMIENTO POR
JUNTA CARDAN
142
ACOPLAMIENTO POR
JUNTA OLDHAM
La juntas Oldhan también denomina
de platillos en cruz y se usa para unir dos
árboles paralelos de muy reducida
distancia axial. La junta consta de tres
elementos dos solidarios uno a cada eje y
un tercero que sirve de unión entres las
anteriores como se puede ver el ejemplo.
143
ACOPLAMIENTO POR
JUNTA OLDHAM
144
Mecanismos para Dirigir
y Regular el Movimiento
Este tipo de mecanismos buscan
controlar y regular los movimientos
circulares y lineales.
Los más comunes son:
Trinquetes.
Frenos.
145
TRINQUETE
Un trinquete es un mecanismo que permite a un
engranaje girar hacia un lado, pero le impide hacerlo en
sentido contrario, ya que lo traba con dientes en forma
de sierra. Permite que los mecanismos no se rompan al
girar al revés.
Usos de este mecanismo:
Es lo que permite que los mecanismos no se
rompan al girar al revés.
El trinquete se encuentra en el reloj para prevenir
que las manecillas giren hacia el sentido contrario. Tiene
diferentes formatos y medidas.
En llaves de carraca que permiten que el
movimiento se transmita en solo en el sentido deseado.
146
TRINQUETE
147
FRENOS
Los frenos son mecanismos para
regular el movimiento, disminuyendo o
deteniendo el movimiento circular de los
ejes o árboles de transmisión.
Son utilizado en numerosos tipos de
máquinas. Su aplicación es especialmente
importante en los vehículos, como
automóviles, trenes, aviones, motocicletas
o bicicletas.
148
FRENOS
Tipos de frenos:
Frenos de cinta o de banda.
Freno de tambor.
Freno de disco.
149
FRENOS
Frenos de cinta o de banda: Utilizan
una banda flexible, las mordazas o
zapatas se aplican para ejercer tensión
sobre un cilindro o tambor giratorio que se
encuentra solidario al eje que se pretenda
controlar. La banda al ejercer presión,
ejerce la fricción con la cual se disipa en
calor la energía cinética del cuerpo a
regular.
150
FRENOS
151
FRENOS
El freno de tambor es un tipo de freno
en el que la fricción se causa por un par
de zapatas que presionan contra la
superficie interior de un tambor giratorio,
el cual está conectado al eje o la rueda.
152
FRENOS
153
FRENOS
El freno de disco es un sistema de frenado
normalmente para ruedas de vehículos, en el cual una
parte móvil (el disco) solidario con la rueda que gira es
sometido al rozamiento de unas superficies de alto
coeficiente de fricción (las pastillas) que ejercen sobre
ellos una fuerza suficiente como para transformar toda o
parte de la energía cinética del vehículo en movimiento,
en calor, hasta detenerlo o reducir su velocidad, según
sea el caso. Esta inmensa cantidad de calor ha de ser
evacuada de alguna manera, y lo más rápidamente
posible. El mecanismo es similar en esto al freno de
tambor, con la diferencia de que la superficie frenante es
menor pero la evacuación del calor al ambiente es
mucho mejor, compensando ampliamente la menor
superficie frenante.
154
FRENOS
155
Mecanismos de
Acumulación de Energía
Estos
dispositivos
tienen
como
objetivos la captación, almacenamiento y
liberación de la energía de tipo mecánica,
es decir, la que se obtiene con los
esfuerzos de tracción, compresión, flexión,
torsión, etc.; similar a como lo haría un
músculo.
156
Mecanismos de
Acumulación de Energía
Estos dispositivos son los muelles. Gracias
a los materiales con los que están elaborados,
absorben energía cuando están sometidos a
cierta presión o deformación. Esta energía
puede se liberada más tarde, ya sea dosificada
en pequeñas cantidades o de golpe.
Los muelles pueden trabajar:
157
Mecanismos de
Acumulación de Energía
A compresión. El
muelle se comprime
como el de los
sillones.
158
Mecanismos de
Acumulación de Energía
A tracción. El
muelle es estirado
como el de los
somieres.
159
Mecanismos de
Acumulación de Energía
A torsión. El
muelle es retorcido
como en las pinzas
de tender.
160
SOPORTES
Los soportes son los elementos sobre
los que se apoyan los árboles y los ejes
de transmisión. Podemos clasificarlos en
dos grupos:
Cojinetes de Fricción
Rodamientos.
161
SOPORTES
Un cojinete es la pieza o conjunto de ellas sobre las
que se soporta y gira el árbol transmisor de movimiento
giratorio de una máquina.
El árbol o eje al girar fricciona, por lo que necesitan
ser lubricados con aceite para facilitar el giro y reducir el
desgaste por rozamiento.
Los cojinetes se fabrican con materiales muy
resistentes al desgaste, como el bronce y materiales
antifricción.
162
SOPORTES
163
SOPORTES
Un rodamiento es un elemento mecánico que
reduce la fricción entre un eje y las piezas conectadas a
éste por medio de rodadura, que le sirve de apoyo y
facilita su desplazamiento.
El rodamiento están formados por dos anillos
concéntricos entre los que se colocan bolas o rodillos. El
anillo interior se une o ajusta al eje o árbol de
transmisión, y el exterior, al elemento soporte.
Los materiales empleados en la construcción de los
rodamientos son aceros de alta resistencia al desgaste.
164
SOPORTES
165
FIN
166