Máquinas y mecanismos

Máquinas
Y
Mecanismos
Nombre:
Curso: 2º B
1. Los Componentes De Las Máquinas:
− Las máquinas son aparatos que reducen el esfuerzo necesario para realizar un trabajo.
· Elementos De Una Máquina:
− Las máquinas pueden ser muy simples o muy complejas. Sin embargo, en la mayoría de ellas podemos
encontrar los mismos elementos:
· Estructura: Es el conjunto de elementos que protegen el resto de los componentes de la máquina y sirven de
apoyo para colocarlos.
· Motor: Es el dispositivo que se encarga de transformar cualquier forma de energía en energía mecánica.
· Mecanismos: Son los elementos que se ocupan de transmitir y transformar las fuerzas y los movimientos.
· Circuitos: Son aquellos componentes a través de los que se transporta materia o energía de un lugar a otro
de la máquina.
1
· Actuadotes: Son aquellos elementos de la máquina que transforman el movimiento en trabajo.
· Dispositivos de mando, regulación y control: Son los elementos que permiten gobernar la máquina para
que su funcionamiento sea seguro y tenga lugar de acuerdo con lo previsto al diseñarla.
· Circuitos Hidráulicos Y Circuitos Neumáticos:
− Un circuito hidráulico o neumático es un conjunto de elementos, conectados entre sí, por los que circula un
fluido. En los circuitos hidráulicos el fluido es agua o aceite, mientras que en los circuitos neumáticos el
fluido suele ser aire comprimido.
Los circuitos de fluidos contienen los siguientes elementos:
· El generador: Que se encarga de impulsar el fluido para que se mantenga la corriente.
· Los conductores: Que suelen ser tubos o cañerías de cobre, plástico, caucho, etc.
· Los receptores: Que son los dispositivos o aparatos que aprovechan el movimiento del agua o del aire para
producir calor, movimiento, etc.
· Los elementos de protección: Que se preservan al circuito de fugas y rupturas, aumentos excesivos de
presión, etc.
· Los elementos de regulación y control de caudal: Que permiten interrumpir o dirigir el paso del líquido o
del gas.
2. Los Mecanismos:
· Tipos De Movimientos:
− La mayoría de las máquinas tienen varios componentes que realizan movimientos. Estos movimientos
pueden llegar a ser muy complejos, pero se pueden conseguir combinando cuatro básicos:
· Lineal: Es un movimiento que se efectúa en línea recta y en un solo sentido
· Alternativo: Es un movimiento de avance y retroceso en línea recta.
· Rotativo: Es un movimiento en círculo y en un solo sentido.
· Oscilante: Es un movimiento de avance y retroceso que describe un arco.
· Mecanismos:
− En una máquina, el movimiento lo genera el motor, pero a menudo ese motor no proporciona el tipo de
movimiento que necesitamos.
− Los mecanismos son elementos o combinaciones de elementos que transforman las fuerzas y los
movimientos.
− Los engranajes, poleas, palancas, bielas y cigüeñales son mecanismos que permiten modificar la intensidad
y la dirección en la que actúan las fuerzas.
2
− Los mecanismos pueden llegar a ser tremendamente complicados.
· Un Ejemplo De Mecanismo: El Mecanismo De Tornillo Y Tuerca:
− Este mecanismo consiste en un tornillo y una tuerca dispuestos de manera que uno de ellos está fijo y el otro
se mueve.
· Si es la tuerca la que está fija: El giro del tornillo alrededor de su eje produce un movimiento rectilíneo de
avance, que lo desplaza a través de la tuerca.
· Si el tornillo está fijo: Su giro se produce un movimiento rectilíneo en la tuerca en la que está enroscado.
Mediante este sistema se consigue convertir el movimiento circular del tornillo en movimiento rectilíneo de la
tuerca.
− El mecanismo de tornillo y tuerca se emplea para transformar un movimiento de giro en otro lineal con una
gran reducción de velocidad y, por tanto, con un gran aumento de fuerza.
3. Palancas:
− La palanca es uno de los mecanismos más importantes y sencillos. Consiste en una barra rígida que puede
oscilar sobre un punto de apoyo. Las palancas tienen seis usos:
· Transmitir movimientos.
· Transformar un movimiento en otro de sentido contrario.
· Transformar fuerzas grandes en fuerzas pequeñas.
· Transformar fuerzas pequeñas en fuerzas grandes.
· Transformar un movimiento pequeño en otro mayor.
· Transformar un gran movimiento en uno pequeño.
· Tipos De Palanca:
− En toda palanca tenemos tres elementos fundamentales:
· La potencia, que se aplica.
· El punto de apoyo, donde se sostiene la barra.
· La resistencia, que queremos vencer.
− Según cómo están colocados estos tres elementos, se pueden distinguir tres tipos de palancas:
· La palanca de primer género: Tiene el punto de apoyo colocado entre la potencia y la resistencia.
· La palanca de segundo género: Tiene el punto de apoyo en un extremo, aplicándose la potencia en el
extremo opuesto y quedando la resistencia en el medio.
· La palanca de tercer género: Al igual que el segundo género, tiene el punto de apoyo en un extremo,
3
situándose la resistencia en el otro extremo y quedando la potencia entre ambas.
· Combinación De Palancas:
− Se pueden combinar dos o más palancas para que trabajen en conjunto. Otra forma de combinar palancas es
la que se utiliza en los mecanismos de barras articuladas. En estos dispositivos, el movimiento se transmite de
una palanca a otra a través de una articulación móvil.
· La Ley De La Palanca:
− Cuando se quiere vencer una resistencia, el punto sobre el que se apoya la palanca es tan importante como la
potencia que se aplica. Se puede mover el mismo peso con una potencia menor, siempre que dicha potencia se
aplique más lejos del punto de apoyo.
− La relación que existe entre la potencia, la resistencia y las distancias de ambas al punto de apoyo se conoce
como principio o ley de palanca:
− El producto de la potencia por su distancia al punto de apoyo es igual al producto de la resistencia por la
distancia entre ella y dicho punto.
4. Ruedas, Levas Y Poleas:
· El Eje Y La Rueda:
− Se basa en el mismo que la palanca: una fuerza pequeña aplicada a lo largo de una gran distancia produce
los mismos efectos que una fuerza grande aplicada a lo largo de una distancia pequeña.
− Con este mecanismo se multiplica la fuerza: aplicando una fuerza: aplicando una fuerza en el borde de la
rueda se genera una fuerza mucho mayor en el eje.
· La Rueda Excéntrica Y La Leva:
· Rueda excéntrica: Es una rueda que gira sobre un eje que no pasa por su centro.
· Leva: Rueda excéntrica con forma especial que gira solidariamente con su eje.
· La Polea:
− La polea es un mecanismo compuesto de un eje y de una rueda. La polea se emplea para cambiar la
dirección en la que actúa una fuerza:
· Polea Fija: Es una polea que no se mueve al desplazarse la carga, solamente gira alrededor de su eje.
· Polea Móvil: Es una polea que se mueve al desplazarse la carga.
· Polipastos:
− Si combinamos dos o más poleas, además de cambiar la dirección, multiplicaremos la fuerza. A esa
combinación de poleas se le llama polipasto. El aumento de fuerza que se consigue es tanto mayor cuanto
mayor sea el número de poleas que se combinan.
− Al aumentar el número de poleas, también tendremos que incrementar la longitud de la cuerda que pasa por
4
ellas. Al aumentar la distancia conseguimos multiplicar la fuerza.
5. Sistemas De Transmisión:
− Los sistemas de transmisión son mecanismos que se emplean para comunicar movimiento de un eje a otro.
Esto puede conseguirse de varias maneras.
· Transmisión Mediante Ruedas De Fricción:
− Son mecanismos formados por dos o más ruedas que están en contacto, de modo que, cuando gira una
rueda, la que está en contacto con ella gira en sentido contrario.
− Los ejes a los que van unidas estas ruedas deben estar muy próximos. Pueden ser ejes paralelos o se pueden
cortar; aunque en este último caso se suelen sustituir las ruedas por conos.
· Transmisión Mediante Poleas Y Correa:
− Estos mecanismos están formados por dos o más poleas, conectados mediante correas flexibles.
− Permiten conectar ejes que están alejados. Según cómo se coloquen las poleas y la correa de transmisión,
estos ejes girarán en el mismo o en distinto sentido.
− Se emplean para cambiar las fuerzas y modificar la velocidad de giro del eje donde se encuentran.
· Transmisión Mediante Piñones Y Cadena:
− Estos mecanismos están compuestos por dos ruedas dentadas conectadas entre sí mediante una cadena que
se engrana en los dientes de las ruedas. Sirven para conectar dos ejes que se encuentran muy alejados.
· Transmisión Mediante Engranajes:
− Estos mecanismos están formados por ruedas o barras que tienen dientes y están engarzadas entre sí, de
manera que, al girar o desplazarse una de ellas, la otra gira o se desplaza en el sentido contrario. Se emplean
para aumentar o disminuir las fuerzas, para cambiar su dirección y para aumentar o reducir la velocidad de
rotación de un eje. Hay cuatro tipos básicos de engranajes:
· Las ruedas rectas: Se emplea para aumentar o reducir la velocidad de giro, según coloquemos en el eje
motor la rueda dentada grande o la pequeña, y para cambiar el sentido de giro.
· Ruedas cónicas: Transmite el movimiento a un eje que se encuentra en ángulo recto con el eje motor.
· El tornillo sin fin: Transmite el movimiento a un eje que se encuentra en ángulo recto con el motor, reduce
muchísimo su velocidad de giro.
· La cremallera y el piñón: Se utilizan para convertir un movimiento giratorio en uno lineal o viceversa.
6. La Relación De Transmisión:
· La Relación De Transmisión:
− En todos los sistemas de transmisión, el aumento o la disminución de fuerza y velocidad que se consiguen
dependen de la relación de transmisión.
5
− En el caso de la transmisión por poleas y correa, la relación de transmisión es el cociente entre el diámetro
de la rueda arrastrada y el diámetro de la rueda motriz. Y se cumple la siguiente igualdad:
d1 = n2
d2 n1
− En el caso de la transmisión por engranajes, y por piñones y cadena, la relación de transmisión es el
cociente entre el número de dientes del engranaje arrastrado y el número de dientes del engranaje motor. Y se
cumple la igualdad:
z1 = n2
z2 n1
· El Reductor De Velocidad:
− El reductor de velocidad es un mecanismo que se emplea cuando tenemos un motor cuyo eje gira muy
deprisa pero con poca fuerza y lo que necesitamos es un movimiento de rotación lento y con mayor fuerza.
− Se constituyen combinando entre sí mecanismos de transmisión como poleas, engranajes o tornillos.
7. Manivelas Y Bielas:
· La Manivela:
− Una manivela es una barra rígida que está unida a un eje de tal manera que, cuando se gira la manivela, el
eje gira también. La manivela es, por tanto, un mecanismo que sirve para hacer girar un eje con menos
esfuerzo. Tiene otras aplicaciones, aunque no son tan fáciles de apreciar.
− Al igual que en el mecanismo del eje y la rueda, existe una relación entre la distancia que hay del eje a la
barra de la manivela y el esfuerzo: cuanto mayor es esta distancia, tanto menor es el esfuerzo que tenemos que
hacer.
· El Cigüeñal:
− Un cigüeñal es un conjunto de manivelas que están colocadas sobre un mismo eje.
− Se utiliza cuando queremos dar movimiento a varios elementos de forma alternativa, como ocurre con los
caballitos de tiovivo.
− Se puede conseguir el efecto contrario, es decir, hacer que gire un eje empleando varios elementos con
movimiento alternativo.
· La Biela:
− Un a biela es una barra rígida que está conectada a un cuerpo que gira. A medida que el cuerpo gira, la biela
avanza y retrocede en cada una de las vueltas.
− Se emplea para convertir un movimiento de giro en un movimiento de avance y retroceso. Moviendo una
biela hacia delante y hacia atrás se puede conseguir que un cuerpo gire. Los pistones del motor de explosión
transmiten movimiento al cigüeñal por medio de bielas. Puede servir para transmitir el movimiento giratorio
6
de una rueda a otra.
· El Sistema De Biela−Manivela:
− La biela y la manivela suelen utilizarse juntas, formando un sistema de biela−manivela. Por ejemplo, las
ruedas de los trenes de vapor, el pedal de la bicicleta.
Actividades:
Página 79:
1. Existen infinidad de artefactos que utilizan mecanismos de tornillo para conseguir mayor precisión y
fuerza. Intenta encontrar el mayor número posible de ellos a tu alrededor (en casa, en el coche, en el
aula−taller, etc.). Haz una lista e indica en qué casos se desplaza el tornillo y en cuáles la tuerca.
− Un reloj (Las agujas): Rotativo.
− La aguja de una máquina de coser: Alternativo.
− Ventilador: Rotativo.
− Columpio: Oscilante.
− Al abrir y cerrar un cajón: Lineal.
− Al correr el pestillo de un cerrojo: Lineal.
− Las aspas de un molino: Rotativo.
− Péndulo de un reloj: Oscilante.
− Ruedas de un coche: Rotativo.
Página 81:
1. Analiza las siguientes palancas: la anilla de abrir latas de refrescos, las pinzas de depilar, el cascanueces. Di
también si son palancas simples o combinaciones de palancas.
Anilla: Palanca de primer género.
Pinzas: Palanca de tercer género.
Cascanueces: Palanca de segundo género
Página 93:
1. Copia y completa la siguiente tabla, en la que se resumen los distintos mecanismos y el efecto que se
consigue con cada uno de ellos.
Mecanismo
Palanca
Efecto
Transmitir movimiento.
7
Eje y rueda
Leva
Polea simple
Polea compuesta
Multiplicar la fuerza.
Multiplica la fuerza.
Transforma un movimiento circular en uno
alternativo.
Al girar hace subir y bajar a otro componente.
Para levantar cosas pesadas con menos esfuerzo.
Para levantar cosas pesadas con más esfuerzo.
2. Si unimos varias poleas, de distintos radios, en un eje único, al ir bajando la correa de transmisión de la
polea mayor a la menor:
a) ¿Aumentamos, o reducimos la velocidad de giro del eje de la polea escalonada?
− Reducimos
b) ¿Aumentamos, o disminuimos la fuerza?
− Aumentamos
3. Indica dónde se encuentra el punto de apoyo, la resistencia y la potencia de las siguientes palancas:
a) Balancín.
b) Tijeras.
c) Cascanueces.
d) Pinzas.
e) Carretilla.
4. Las bicicletas con marchas tienen un sistema de piñones y cadena. Explica cómo funciona. ¿Qué
combinación de piñones habrá qué seleccionar para subir una cuesta? ¿Y para bajarla? ¿Por qué?
− Están compuestos por dos ruedas dentadas conectadas entre sí mediante una cadena que se engrana en los
dientes de las ruedas
− La cremallera y el piñón, porque se utiliza para convertir un movimiento giratorio en uno lineal o viceversa
− El tornillo sin fin, porque transmite el movimiento a un eje que se encuentra en ángulo recto con el motor,
reduce muchísimo su velocidad de giro.
5. ¿Qué potencia se necesita para sostener la carretilla del dibujo?
6. ¿Por qué el volante de los camiones es de mayor tamaño que el de los coches?
− Porque el eje es más grande.
7. Tenemos dos poleas de radios 8 cm. y 24 cm., respectivamente. Si la polea grande tira de la pequeña, ¿cuál
será la relación de transmisión? ¿Cuál será la velocidad de giro de la polea pequeña si la polea grande gira a
8
60 revoluciones por minuto?
− La relación de transmisión es el cociente entre el diámetro de la rueda arrastrada y el diámetro de la rueda
motriz.
24 = Pp = 24 = 20 Revoluciones será la velocidad de giro de la polea pequeña.
8 60 480 (Pp: Polea pequeña).
8. ¿En qué consisten los <<puntos muertos>> en el sistema de biela−manivela de una máquina de vapor?
− Transmite el movimiento de pistones de vapor a las ruedas.
9. Clasifica cada uno de estos movimientos:
a) El movimiento de la aguja de una máquina de coser. Alternativo.
b) El movimiento de los pedales de una bicicleta con respecto a la calzada. Rotativo.
c) El movimiento de los pedales de una bicicleta con respecto al cuadro. Oscilante.
d) El péndulo de un reloj. Oscilante.
e) El martillo de la campana de un reloj de torre. Lineal.
10. ¿Qué tipo de mecanismo crees que es el que consigue que una de las mandíbulas de la llave inglesa se
desplace?
− Mecanismo de tipo oscilante.
11. El tornillo de Arquímedes es un dispositivo para elevar el agua desde ríos y canales, en lugares de poca
altitud. Investiga cómo es este invento, cómo funciona y qué usos tiene.
− El tornillo de Arquímedes es una máquina utilizada para elevación de agua, harina o cereales. Fue
supuestamente inventado en el siglo III a.C. por Arquímedes, del que recibe su nombre, aunque existen
hipótesis de que ya era utilizado en Egipto.Se basa en un tornillo que se hace girar dentro de un cilindro
hueco, situado sobre un plano inclinado, y que permite elevar el agua situada por debajo del eje de giro. Desde
su invención hasta ahora se ha utilizado para el bombeado de fluidos.
9