TEMA 10: ELEMENTOS MECÁNICOS TRANSFORMADORES DEL

Departamento de Tecnología.
IES Nuestra Señora de la Almudena
Mª Jesús Saiz
TEMA 10: ELEMENTOS MECÁNICOS TRANSFORMADORES
DEL MOVIMIENTO Y DE UNIÓN
1.-
Elementos mecánicos transformadores del movimiento:
Son los elementos encargados de transformar o cambiar el tipo de movimiento de entrada y el
movimiento de salida de la máquina.
Vamos a distinguir entre cuatro tipos de movimiento:
Movimiento lineal: la máquina se mueve en línea recta en un solo sentido.
Ejemplo: puerta de garaje.
Movimiento alternativo: la máquina se mueve en línea
alternativamente en ambos sentidos. Ejemplo: máquina de coser
recta
Movimiento circular: la máquina gira en un solo sentido. Ejemplo: taladro
Movimiento de vaivén: la máquina describe un arco en ambos sentidos.
Ejemplo: limpiaparabrisas de un coche.
Mecanismos transformadores de movimiento
Transformación de movimiento
circular en movimiento lineal y/o
viceversa
Piñón-cremallera
Tornillo- tuerca
Excéntrica
Transformación de movimiento
circular en movimiento alternativo
y/o viceversa
Transformación de movimiento
circular en movimiento circular
Transformación de movimiento
circular en movimiento de vaivén
2.-
Leva
Pistón-Biela-manivela
Cigueñal
Trinquete
Rueda libre
Articulaciones
Aplicaciones
Apertura y cierre de
puerta automáticas
Prensas para vino, y
aceites, gato de coche
etc
Sierras mecánicas de
vaivén
Apertura y cierre de
válvulas de motores
Motores de combustión
interna
Impide el giro en un sólo
sentido
Permite la transmisión
en un solo sentido
Limpiaparabrisas de
coche
Transformación de movimiento circular en movimiento lineal:
Piñón – cremallera:
Consiste en la transmisión de movimiento desde una rueda
dentada llamada piñón a otro engranaje rectilíneo llamado
cremallera. Los dientes de la cremallera son trapezoidales.
Transforma el movimiento rotativo del engranaje piñón en
movimiento lineal de la cremallera.
Cuando el elemento motriz es la cremallera se transforma el
movimiento lineal en rotativo.
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Fórmulas
módulo  m 
Símbolo mecánico
 primitivo
Z
Paso =distancia entre dos dientes= p = m. π (mm)
Avance= dcremallera (mm) = m. π. Zp. n´piñón = = p. Zp. n´piñón
Velocidad= Vcremallera (mm/min) = m. π. Zp. npiñón = = p. Zp. npiñón
Z = número de dientes del piñón.
n´= vueltas del piñón
n = velocidad de rotación del piñón en rpm.
Ventajas
Sistema suave y preciso.
Puede transmitir potencias mecánicas
elevadas.
Aplicaciones
Dirección de coches
Taladro de columna
Puertas de garaje
Sacacorchos
Tornillo y tuerca:
Transforma el movimiento de giro en rectilíneo cuando a uno de
los dos elementos tornillo o tuerca se le impide girar o
desplazarse o ambas cosas a la vez. Se dan los siguientes
casos:
- Tuerca fija (no gira ni se desplaza), el tornillo a la vez
que gira se desplaza.
- Tornillo fijo (no gira ni se desplaza), la tuerca a la vez que gira se desplaza.
- Tuerca impedida en el giro y el tornillo impedido el desplazamiento, el tornillo gira
y la tuerca se desplaza. Esta es la aplicación más utilizada.
- Tornillo impedido en el giro y la tuerca impedida en el desplazamiento, la tuerca
gira y el tornillo se desplaza.
La principal aplicación es el movimiento de cargas y la sujeción de objetos.
Fórmulas
Avance= dt (mm) = p. nt´ . e (es la distancia que
avanza el tornillo en cada vuelta)
Vt (mm/min) = p. nt . e
p =Paso tornillo =distancia entre dos filetes
sucesivos
n´= vueltas del tornillo o tuerca (rev)
n = velocidad de rotación del tornillo o tuerca (rpm).
e = entradas de la rosca (la rosca puede ser sencilla,
doble, triple, ...)
Wlineal = Wrotación
F.d = C- 2P. n´
F. p. n´. e = C. 2P. n´
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C=.
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(Para determinar el número de
entradas de un tornillo, basta apoyar un
rotulador en el flanco y girarlo hasta
marcar una vuelta completa, de forma
que el filete correspondiente quede
coloreado; si en medio queda otro sin
colorear, será de dos entradas, si
quedan dos, de tres entradas y así
sucesivamente.)
P = C.n
Plineal = Protación
F.v = C- n
C = par motor (Nm)
P= potencia (w)
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F = fuerza (N)
v = velocidad (m/s)
Ventajas
Inconvenientes
Aplicaciones
Muy reductor del movimiento
(el tornillo gira a gran
velocidad y la tuerca avanza
lentamente).
Consigue grandes fuerzas de
empuje
Gran ajuste y precisión en el
desplazamiento.
El sistema no es reversible
(no podemos aplicarle un
movimiento longitudinal y
obtener uno giratorio).
Tornillo de banco
Desplazamientos de
mesas de máquinas
(torno, fresadoras,…)
Prensas
Gatos de coches
Mecanismos de grifos
3.- Transformación
alternativo:
de
movimiento
circular
en
movimiento
Leva y excéntrica:
Una pieza es excéntrica cuando su eje de giro no coincide con su centro
geométrico.
Leva: Es una pieza metálica o de plástico, generalmente excéntrica con
una forma determinada, sujeta a un eje, que al moverse produce el
desplazamiento de una varilla o seguidor, que se adopta al contorno de
la leva
Fórmulas
r2
Carrera = r2 – r1
1 rev leva
Forma del seguidor
r1
Seguidor
periférico
El movimiento del seguidor
será lineal alternativo
adaptándose a la forma de
la leva
Seguidor
oscilante
El movimiento del seguidor
es de vaivén
1 ida y vuelta del seguidor o varilla
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Forma de la leva
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Leva de disco
La leva tiene forma de
disco y son las más
empleadas. utilizan en la
apertura de válvulas en los
motores de explosión
Leva cilíndrica
La leva se adapta al
contorno de un cilindro y el
seguidor se desplaza de
forma longitudinal
Ventajas
Inconvenientes
Desplazamiento suave en el
seguidor.
Sistema no reversible.
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Aplicaciones
Apertura y cierre de
válvulas
Biela y manivela:
Se trata de un mecanismo capaz de transformar el movimiento
circular en movimiento alternativo o viceversa. Dicho sistema
está formado por un elemento giratorio denominado manivela
que va conectado con una barra rígida llamada biela, de tal
forma que al girar la manivela la biela se ve obligada a
retroceder y avanzar, produciendo un movimiento alternativo del
pistón al que va unido.
Longitud
manivela
Biela
Manivela
Guía
Émbolo
o Pistón
Carrera
Fórmulas
1 vuelta manivela =1 ida y vuelta del
émbolo o pistón
Carrera de la biela = 2. Lmanivela
El ejemplo actual más común se encuentra en el motor de combustión interna de un
automóvil, en el cual el movimiento lineal del pistón producido por la explosión de la
gasolina se trasmite a la biela y se convierte en movimiento circular en el cigüeñal.
Cigüeñal:
Es un caso particular aplicado a
varias
bielas-manivelas
que
funcionan de forma simultánea.
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Cuando la biela produce
el movimiento motriz
(como en el caso de un
"pistón" en el motor de un
automóvil), la manivela
se ve obligada a girar.
Al producirse la explosión
en el cilindro, debido a la
quema de combustible
(gasolina,
gasóleo,
queroseno,
etc.)
mezclado con oxígeno, el
pistón se desplaza y
provoca medio giro de la
manivela.
Los siguientes tres giros
(de 90º cada uno) se
encargan de hacerlos los
otros tres pistones, en
orden
secuencial.
El
elemento que coloca
adecuadamente cada pistón en el lugar que le corresponde es el cigüeñal.
El cigüeñal está formado por un árbol acodado donde se colocan las bielas. Este elemento
trabaja a flexión y torsión.
4.-
Transformación de movimiento circular en movimiento circular:
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
Los trinquetes se pueden clasificar en:
Reversibles. Permiten variar el sentido del
bloqueo según interese en cada momento.
No reversibles. Siempre bloquean el sentido de giro en la misma
dirección.
Los trinquetes pueden ser exteriores, interiores y frontales.
Trinquetes
Exteriores
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Interiores
Frontales
Rueda libre:
Consiste en un sistema instalado en un eje que permite que los
piñones giren libremente en una dirección y se mantengan solidarios
en la dirección contraria.
Se utilizan unos trinquetes que empujados por un muelle para que, en
la dirección de giro en la que se realiza la transmisión, se engranen con
el resto del mecanismo para transmitir la potencia. En la dirección
contraria los trinquetes son empujados hacia el eje y el resto del mecanismo gira
libremente. En las bicicletas, este proceso produce el clásico ruido de carraqueo de la bicis
cuando se deja de pedalear.
Aplicaciones:
-
Rueda trasera de bicicletas.
Motor de arranque de automóviles. Permite transmitir el movimiento desde el
motor de arranque al motor térmico. Una vez que el motor térmico está en marcha
y su velocidad de giro supera a la del motor de arranque, se desacopla para que
las altas revoluciones alcanzadas no dañen el motor eléctrico.
5.- Transformación de movimiento circular en movimiento de
vaivén:
Articulaciones:
Una articulación mecánica es un tipo de enlace entre dos sólidos que
obliga a que ambos se muevan compartiendo un punto en común,
trasladándose juntos pero dejando libre algunos de los grados de
libertad de orientación entre ambos.
6.-
Elementos mecánicos de unión:
Los mecanismos y piezas de una máquina se unen entre sí mediante los elementos mecánicos
de unión, que pueden ser desmontables o fijos.
Uniones desmontables: cuando las piezas pueden separarse con facilidad, sin romper el
medio de unión.
Elementos roscados:
Tornillo pasante
y tuerca
Mecanismo de tornillo que enrosca en
una tuerca. Los elementos a unir no
van roscados
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Prisioneros
Espárragos
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Dispositivo mecánico con rosca, con
o sin cabeza, que sirve para impedir
el giro o movimiento entre piezas,
tales como un eje y un collar. El
tornillo prisionero pasa por la rosca
de la primera pieza y tiene una punta
que se presiona firmemente contra la
segunda pieza, impidiendo de esta
manera el movimiento.
Es un elemento que posee rosca en
sus dos extremos, donde uno de ellos
entra en una pieza roscada
previamente y en el otro se coloca
una tuerca, con el objeto de realizar
una unión.
Pernos
Elemento roscado sólo en una zona
que se aprieta o afloja mediante una
tuerca
Tornillos roscachapa
Son tornillos de rosca cortante o
autorroscantes. Van realizando la
rosca a medida que son introducidos.
La punta del tornillo es en forma de
cono. Se usan para metales, maderas
y plásticos.
Tornillos
tirafondos
Se utilizan para madera. A medida
que se introduce el tornillo, se va
realizando la rosca. La parte roscada
supone ¾ partes de su longitud.
Otros elementos de unión:
Son piezas de forma cilíndrica o
cónica que sirven para sujetar
Pasadores
elementos de máquinas. No suelen
transmitir grandes esfuerzos
Chavetas
Son piezas prismáticas que se
interponen entre dos piezas para
unirlas e impedir el giro de una pieza
respecto a la otra.
Lengüetas
Son piezas prismáticas que se
utilizan para unir dos piezas, pero
pueden permitir el desplazamiento
entre ambas piezas
Guías
Elementos de sujeción que permiten
el desplazamiento de una pieza
respecto a la otra
Chaveta
Lengüeta
con tornillo
Uniones fijas: para que las piezas se separen es necesario romper el elemento de unión,
y a veces, se deterioran las piezas..
Remaches:
Los remaches son varillas cilíndricas con una cabeza en un extremo
que sirven para unir varias chapas o piezas de pequeño espesor de
manera permanente.
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Se fabrican de metales blandos, como acero suave, aluminio, latón, etc.
Roblones:
Son remaches cuyo diámetro es mayor de 10 mm
Ajuste a presión:
Se denomina ajuste a presión, o ajuste con aprieto, a aquel que se realiza cuando el
eje es más grande que el agujero donde se va a colocar.
Dependiendo de la diferencia entre medidas, el aprieto será más fuerte o más débil.
Cuando se requiere un aprieto fuerte, es necesario calentar previamente la pieza donde
está el agujero para que se dilate; seguidamente se introduce el eje y, finalmente, se
deja enfriar todo el conjunto. Este es el método que se emplea para fijar el bulón a la
biela y al pistón. Si el aprieto es débil, la pieza se introducirá en el agujero a presión,
manualmente o mediante prensas.
Adhesivos:
Sirven para unir dos superficies, interponiendo una capa de un material con alto poder
de adherencia
Soldadura:
Consiste en la unión permanente de dos o más metales, mediante calor en la zona de
unión hasta que el material de aportación funda, uniendo así ambas superficies, o
cuando el propio material de las piezas se funde y las une.
Si el material de aportación es similar al de las piezas, se denomina soldadura
homogénea y, si es distinta, soldadura heterogénea.
Con la soldadura homogénea se consigue una unión mejor al fundirse las piezas y
luego enfriarse.
La soldadura heterogénea consiste en realizar uniones en las que el material de
aportación es distinto al material base y tiene menor punto de fusión. La unión se
realiza sin fusión del material base y mediante la fusión del material de aportación que
se distribuye entre las superficies de la unión muy próximas entre sí.
Tipos de soldadura
Heterogénea
Homogénea
-
Blanda
Fuerte
Oxiacetilénica
Eléctrica
Soldadura blanda: utiliza materiales de aportación con punto de fusión por
debajo de los 450 °C.
se emplea para soldar componentes electrónicos. Como metal de
aportación se usa generalmente una aleación de estaño y plomo que suele
fundir a unos 230ºC.
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El soldador aporta el calor necesario para fundir la aleación. Otros
materiales de aportación pueden ser:



Estaño–Plata: Se utiliza en instrumentos de trabajo delicados.
Estaño–Cinc: Se utiliza para soldar aluminio.
Cadmio–Plata: Se emplea en la unión de cobre
-
Soldadura fuerte: utiliza materiales de aportación con punto de fusión por
encima de los 450 °C.. La superficie a soldar se recubren con un material
antioxidante (bórax). Se aporta calor con un soplete de gas y se añade el
fundente (varillas de Cu-Zn ó Cu-Zn_Ag)
-
Soldadura oxiacetilénica o autógena: El calor necesario se obtiene de la
llama de un soplete por el que sale acetileno y oxígeno.. La temperatura
alcanzada puede llegar a los 3.000ºC. Como metal de aportación se emplea
un material igual al de las piezas a unir.
-
Soldadura eléctrica: Se emplea para unir piezas metálicas, generalmente
de acero. Consiste en hacer saltar un arco eléctrico entre dos electrodos.
Con ese calor se funde una porción de las partes de las piezas que se van a
unir.
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