Esquema de la Unidad

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IES. CAÑADA DE LA ENCINA
CURSO 11-12
UU.DD. 3 LOS MECANISMOS
DPTO. DE TECNOLOGÍA
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1.- Introducción

• Para realizar cualquier tarea, los seres humanos
  pueden utilizar simplemente la fuerza de sus
  músculos o emplear
• determinados dispositivos que disminuyan la
  fuerza necesaria para llevar a cabo dicha tarea.
  Por ejemplo, para
• transportar una carga pesada, se puede utilizar
  directamente la fuerza de los brazos o una
  carretilla, con lo que el
• esfuerzo que se tiene que hacer es menor.
• Por tanto, una máquina es un instrumento que
  transforma las fuerzas que sobre ella se aplican
  a fin de disminuir el
• esfuerzo necesario para llevar a cabo una tarea.
• El hombre ha usado las máquinas
• desde la antigüedad. Máquinas
• como la rueda eran conocidas por
• el hombre desde
• hace más de 5000 años.
• De ello dan muestra figuras como
• la que se presenta que pone de
• manifiesto que la industria del
• juguete es más antigua de lo que
• se cree ya que desde hace varios
• milenios, ya se usaba la rueda en
• los juguetes de los niños

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También los romanos usaron máquinas simples. Una
de ellas, que todavía se emplea en la actualidad
es la báscula denominada romana. Está basada
en una palanca y es muy similar a un balancín,
cuyos brazos son desiguales. En el más corto hay
un platillo donde se pone la mercancía a pesar.
El más largo tiene una pesa que puedes deslizar
sobre él y lleva marcadas las unidades de peso.
Su funcionamiento es el siguiente una vez
puesta en el plato la mercancía a pesar, con una
mano se sujeta la romana por el punto de giro de
la palanca y con la otra mano se mueve la
pesa deslizante hasta lograr que la barra quede
perfectamente horizontal. Cuando se queda quieta,
se hace la lectura sobre la escala que lleva
grabadas las unidades de peso.
Las modernas y complejas máquinas de nuestros
días nos asombran por su capacidad de trabajo.
Sin embargo, no son nada más que la hábil e
inteligente combinación de un conjunto de
elementos más simples.
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2.- Palancas
Una palanca es un dispositivo muy sencillo que
consiste en una barra rígida que puede girar en
torno a un punto determinado, el cual recibe el
nombre de punto de apoyo o fulcro. En una palanca
podemos distinguir los siguientes elementos el
punto de apoyo o fulcro, la potencia, la
resistencia, el brazo de potencia y el brazo de
resistencia.
R
Potencia
P
Resistencia
Apoyo
Brazo de potencia
Brazo de resistencia
A
Bp
Br

• La fuerza que se aplica al extremo de la palanca
  se llama potencia (P). Es la fuerza que debemos
  aplicar

• El peso que se va a levantar se llama resistencia
  (R).

• El punto donde se apoya la palanca se llama punto
  de apoyo o fulcro (A).

• La longitud de la palanca desde el punto de apoyo
  hasta donde se aplica la potencia se llama brazo
  de potencia (Bp).

• La distancia entre el punto de apoyo y el punto
  donde se aplica la resistencia se llama brazo de
  resistencia (Br).

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2.1.- Tipos de palancas
Existen tres tipos de palancas. Se diferencian
entre sí por la situación de los elementos que
las componen (fulcro, potencia y resistencia)
Potencia
Resistencia
Apoyo
Resistencia
Potencia
Apoyo
Potencia
Resistencia
Apoyo
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2.2.- Ley de equilibrio de la palanca
Un dato muy importante cuando trabajamos con
palancas es la distancia a la que está situado
cada peso del punto de giro de la palanca. En un
balancín, cuyo punto de giro está en el centro de
la barra, la persona de mayor peso levantará a la
más ligera, pero si pudiéramos aumentar la
longitud de la barra donde está sentada la
persona más ligera, sucedería lo contrario, la
ligera levantaría a la pesada.
P Bp R Br
La ley de equilibrio de la palanca establece que
la potencia por su brazo es igual a la
resistencia por el suyo.
Ejm Juan pesa 80 Kg y está a 1m del punto de
giro del balancín, y Luis, que pesa 40 Kg, está
situado a 2 m del punto de giro. En este caso, la
palanca está equilibrada, ya que 80x1 es igual a
40x2. Qué sucederá si Luis se aleja del punto
de giro del balancín?. Llegará un momento en que
conseguirá levantar a Juan, aunque pesa mucho
menos.
Tanto en las palancas de 1er como de 2º género se
ahorra esfuerzo, por ejm. en un balancín se
pueden montar dos chicos uno con mayor peso que
otro. Para que puedan balancearse el chico de
mayor peso tendrá que situarse más cerca del
punto de apoyo, es decir, disminuir el brazo de
resistencia y aumentar el brazo de potencia. De
la misma manera, en una carretilla el brazo de
potencia es mayor que el de resistencia, con lo
que conseguiremos, una vez más, transportar
grandes cargas con menos esfuerzo. En el caso de
las palancas de 3ergénero no se aumenta el efecto
de la potencia aplicada, pues el brazo de
potencia siempre es menor que el brazo de
resistencia.
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3.- Poleas y Polipastos
Las poleas son operadores mecánicos formados por
una rueda acanalada por la que pasa una cuerda
denominada correa. La polea gira alrededor de un
eje que la atraviesa por el centro. Existen dos
tipos básicos fijas y móviles. Además, al
conjunto formada por poleas fijas y móviles se le
conoce con el nombre de polipasto
La polea fija consiste en una rueda con un canal
en su periferia por donde pasa una cuerda. En un
extremo de la cuerda se coloca un peso, que será
la resistencia R, y en el otro se aplica la
fuerza necesaria para elevarlo o potencia P. En
realidad, la polea, es un caso especial de
palanca. En ella, el brazo de potencia y el de
resistencia son radios de la circunferencia de la
polea. El fulcro es el eje alrededor del cual
gira la polea. Según la ley de equilibrio de la
palanca P x a R x b Siendo a y b el radio de
la polea, por lo que P x r R x r Por tanto
P R Lo que supone que no ahorramos
esfuerzo. Por tanto, la utilidad de la polea fija
reside en que para elevar una carga se puede
cambiar la dirección del esfuerzo. La fuerza se
ejerce hacia abajo y no hacia arriba, con lo que
se aprovecha el peso del propio cuerpo y resulta
más cómodo elevar la carga, aunque el esfuerzo es
el mismo. Es decir, las poleas fijas no reducen
el esfuerzo necesario, pero facilitan el trabajo.
F
R
F R
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El polipasto más sencillo consta de dos poleas
una fija sujeta a un soporte por medio de un
gancho y una móvil conectada a la primera
mediante una cuerda. La potencia es la fuerza que
se aplica en el extremo libre de la cuerda, y la
resistencia es el peso que se trata de elevar con
este dispositivo y que cuelga del eje de la polea
móvil. Si consideramos que las cuerdas son
paralelas, podemos observar que cuando el extremo
en el que aplicamos la fuerza P baja una
distancia H, la polea móvil se desplaza una
altura H/2, dado que la distancia inicial H se
reparte entre los dos ramales de la cuerda que
sostienen la polea móvil. Aplicando la ley del
equilibrio de las máquinas simples Trabajo del
motor Trabajo resistente, tendremos que P x H
R x H/2 Despejando Y por lo tanto Con el
polipasto se puede levantar el doble de peso
haciendo el mismo esfuerzo.
F
R
F
R
2
P
R x H
2 x H
Poleas fijas
R
P
2
Poleas móviles
En el caso general de cualquier polipasto la
fuerza necesaria para subir una carga (Potencia)
se obtiene dividiendo el peso de la carga
(Resistencia) entre el doble del número de poleas
móviles.
R
F
2n
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3.1.-Transmisión de fuerza y movimiento

• Las poleas y polipastos nos permiten además de
  ahorrar esfuerzo, transmitir el movimiento entre
  ejes situados a cierta distancia uno de otro. La
  transmisión puede ser por fricción de una polea
  con la otra, (en cuyo caso girarán en sentido
  contrario), o a través de una correa, (en cuyo
  caso giran en el mismo sentido).
• Cualquier mecanismo de transmisión está formado
  por un elemento conductor, que es el que
  introduce el giro en el sistema (elemento de
  entrada), y un elemento conducido (elemento de
  salida), que es el que recibe el giro. Así,
  tendremos una clasificación de los mecanismos de
  transmisión en función de la velocidad del
  elemento de salida
• Mecanismos reductores La velocidad del elemento
  de salida es menor que la del de entrada.
• Mecanismos amplificadores La velocidad del
  elemento de salida es mayor que la del de
  entrada.
• Mecanismos neutros La velocidad del elemento de
  salida es igual que la del de entrada.

Transmisiónpor fricción
Transmisiónpor correa

• Para cambiar el sentido de giro de dos poleas
  unidas por una correa, ésta se coloca cruzada.

Transmisión entre ejes paralelos
Transmisión entre ejes que se cruzan
Correa abierta. Mismo sentido
Correa cruzada. Sentido contrario
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3.1.1.-Relación de transmisión

• En una transmisión de movimiento por poleas el
  diámetro de las mismas influye en la velocidad de
  giro. Las poleas del mismo diámetro giran a la
  misma velocidad, pero si una de las poleas tiene
  un diámetro menor tendrá que dar más vueltas.

• La velocidad de giro de poleas, engranajes y
  demás elementos de revolución se expresa en rpm
  (revoluciones por minuto), y su valor es el
  número de vueltas que da el mencionado elemento
  en un minuto de tiempo.

• La relación de transmisión se puede determinar
  por la siguiente igualdad

Tren de poleas Se trata de un sistemas de poleas
con correas, formado por más de dos ruedas de las
cuales dos de ellas giran solidariamente.
D1 n1 D2 n2
Siendo
n1 Número de rpm de la polea 1
D1 Diámetro de la polea 1
n2 Número de rpm de la polea 2
D2 Diámetro de la polea 2
Que se suele poner de la siguiente manera
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4.-Engranajes

• Al transmitir esfuerzos elevados las poleas
  pueden patinar, con lo que se pierde velocidad de
  giro y esfuerzo de transmisión. Esto se puede
  evitar dotando a las poleas de un dentado
  exterior, con lo cual tendríamos un sistema de
  transmisión de movimiento por ruedas dentadas
  denominadas engranajes.

Engranajesno patinan
Poleaspueden patinar
Rueda
Piñón
Los engranajes son ruedas dentadas en las que los
dientes de la rueda conductora encajan con los de
la conducida, con lo cual se transmite el
movimiento de giro. Los engranajes suelen estar
fabricados de acero, y son sistemas que pueden
transmitir grandes potencias Al elemento mayor se
le denomina rueda y al menor piñón.
Al elemento que transmite el movimiento se le
llama conductor, motriz o impulsor y al que lo
recibe conducido, resistente o seguidor.

• El sentido de giro de los engranajes en
  transmisión directa es contrario uno del otro. El
  sentido de giro de los engranajes en una
  transmisión por correa es el mismo.

Conducido
Sistemas de transmisión por correas
Conductor
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4.1.- Tipos de engranajes

• Cilíndricos helicoidales son ruedas cilíndricas
  provistas de dientes inclinados en forma de
  hélice. Su funcionamiento es más suave y
  silencioso que el de los engranajes rectos. Con
  ellos se puede transmitir movimiento entre ejes
  paralelos o entre ejes que se cruzan. Son los que
  se montan en las cajas de cambio de los
  automóviles.

• Cilíndricos rectos son de forma cilíndrica con
  los dientes rectos respecto al eje del engranaje.
  Se emplean para transmitir movimiento entre ejes
  paralelos. Son capaces de transmitir grandes
  potencias, pero son ruidosos.

• Cónicos su forma es la de un tronco de cono
  dentado en el exterior. Se emplean para
  transmitir movimiento entre ejes que se cruzan.

• Sinfín-corona están formados por un tornillo que
  engrana con una rueda dentada. Se emplean para
  grandes reducciones de velocidad (la relación de
  transmisión que se obtiene es muy alta). Se puede
  transmitir el movimiento del tornillo a la rueda,
  pero no a la inversa.

• De espigas y de tipo linterna son engranajes
  empleados desde la Antigüedad dada su facilidad
  de fabricación comparada con otros tipos. En la
  actualidad están casi en desuso.

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4.2.- Relación de transmisión
Si Rtgt1 gt Sistema multiplicador Si Rtlt1 gt
Sistema reductor
Tren de mecanismos Tanto con las poleas como con
los engranajes es posible modificar la velocidad
de giro entre dos ejes, esto es, modificar la
relación de transmisión, pero si esta
modificación es muy grande, sería preciso
utilizar poleas o engranajes de gran diámetro o
de muchos dientes. En la mayoría de las ocasiones
esto no es posible y hay que recurrir a lo que
llamamos trenes de mecanismos. Se trata de
sucesiones de mecanismos de transmisión, unidos
unos a continuación de los otros, de tal forma
que la relación de transmisión que se logra al
final del mecanismo es muy grande.
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5.1.-Tornillo-tuerca y piñón-cremallera
5.- Mecanismos de transformación de movimiento
A veces es necesario, además de la transmisión de
movimientos, la transformación de los mismos. Las
poleas y engranajes vistos hasta ahora, siempre
se referían al movimiento circular, sin embargo
hay otros mecanismos que transforman el
movimiento circular en rectilíneo o viceversa.
Algunos de ellos son
Piñón-cremallera. Este mecanismo consta de una
rueda dentada (piñón) y de una barra, también
dentada (cremallera), que encaja con el piñón. El
funcionamiento más usual consiste en que el piñón
arrastre a la cremallera, transformando un
movimiento circular en un desplazamiento lineal
En algunos casos la cremallera puede funcionar
como elemento motor. Por esta razón, podemos
decir que es un mecanismo reversible.
Tornillo-tuerca. Transforma el movimiento
circular de rotación del tornillo en un
movimiento lineal del mismo cuando la tuerca está
fija, o en movimiento lineal de la tuerca cuando
es el tornillo el que no se puede desplazar. Se
emplea mucho en sistemas de amarre y sujeción de
piezas y en husillos de máquinas.
Piñón
Avance
Giro
Cremallera
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5.2.-Mecanismo biela-manivela
El mecanismo biela-manivela está compuesto, como
su nombre indica, por dos elementos unidos
mediante una articulación la biela, que es una
barra rígida, y la manivela. Dado que la unión
entre la manivela y el eje de giro es fija y que
la unión entre la biela y manivela es móvil, se
emplea o bien para transformar un movimiento
circular en rectilíneo alternativo (dando vueltas
al eje, la biela generaría un movimiento
rectilíneo alternativo), o bien para transformar
un movimiento rectilíneo alternativo en circular
(empujando con un pistón la biela para hacer
girar el eje) , siendo por tanto un mecanismo
reversible. El giro de la rueda del cigüeñal se
transforma en movimiento rectilínea alternativo
(ida y vuelta) de un pistón que se mueve en el
recorrido marcado por la guía. El pistón tiene
una longitud máxima de recorrido que se conoce
como carrera. Cuando el pistón recorre la
carrera, el cigüeñal da media vuelta.
Similitud de funcionamiento del mecanismo
biela-manivela con el de la pierna del ciclista y
el pedal de la bicicleta.
Manivela
Biela
Cruceta
Patín
Se trata de un mecanismo muy importante con
multitud de aplicaciones en los motores de
explosión de los coches, en las antiguas
locomotoras de vapor, en las máquinas de coser,
en herramientas mecánicas,..etc.
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5.3.-Cigüeñal y excéntrica circular
Cigüeñal. Consiste en una serie de mecanismos
biela-manivela que funcionan de forma simultánea.
Con él se consigue que la transmisión de la
potencia sea más uniforme, ya que se eliminan los
puntos muertos.
Excéntrica circular. Consiste en una rueda cuyo
eje de giro no coincide con su centro geométrico.
Es una variante del mecanismo biela-manivela, que
se emplea para transformar el movimiento circular
en rectilíneo.
C
C
A Apoyos
A
A
C Codos
Eje
A
Biela
C
C
Excéntrica
Cilindro
Volantede inercia
Aplicación del cigüeñalmotor de un cilindro
Pistón
Aplicación del mecanismo excéntrico circular a
una sierra mecánica
Biela
Soportes
Cigüeñal
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5.4.-Levas
Levas. Consisten en resaltes de formas variadas
fijos a un eje. Permiten transformar el
movimiento circular del eje en movimientos
rectilíneos alternativos. El mecanismo completo
está formado por la leva, propiamente dicha, y un
seguidor que transmite el movimiento. La leva es
arrastrada por el eje de giro, al que está unida
solidariamente. De este modo el seguidor, que
está en contacto permanente con la leva,
transforma el movimiento circular en movimiento
rectilíneo alternativo.
Seguidor
Leva
Rueda-guía
Eje
DE DISCO
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6.- Elementos auxiliares.-
Los mecanismos que hemos visto no son los únicos
que podemos encontrar en las máquinas. Hay muchos
otros con formas y características variadas.
Veamos algunos
6.1.- Trinquete. Es una pieza móvil, en forma de
gancho, que permite el giro de una rueda dentada
en un determinado sentido y la bloquea en sentido
contrario. Se emplea en carretes de pesca, para
fijar persianas, etc.

• 6.2.- Frenos. Su misión es reducir la velocidad o
  detener completamente un objeto animado de
  movimiento.
• Tipos
• De zapatas La reducción de la velocidad se
  consigue cuando una o dos zapatas, entran en
  contacto con un tambor de frenada que gira
  simultáneamente con el objeto que queremos
  frenar.
• De disco Constan de unas pastillas y un disco
  acoplado al elemento que desea frenar.
• De cinta Consta de una cinta metálica o fleje
  que presiona un tambor acoplado al eje que desea
  frenar.

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6.3.- Embragues y sistemas de acoplamiento.
Embragues de fricción Permiten el acoplamiento y
desacoplamiento de ejes y árboles de transmisión.
Se realiza por la fricción por de dos superficies
en contacto. Embragues dentados Tiene lugar por
el acoplamiento de los dientes en los dos partes
de lo ejes a unir. Acoplamientos fijos Para unir
ejes y árboles acoplados permanentemente, los
ejes deben de estar perfectamente
centrados. Acoplamientos móviles Para unir
árboles que pueden desplazarse o formar ángulo
entre sí. Ej. Juntas Oldham y Juntas Cardan.
6.3.- Ejes y cojinetes.
Los ejes son elementos cilíndricos que giran y
sobre los que se montan ruedos u otros mecanismos
(engranajes, poleas,.etc). El montaje de los
elementos sobre ellos se puede realizar de forma
que les sean solidarios o a través de cojinetes
para que puedan girar libremente. La mayoría de
los cojinetes están formados por dos cilindros
concéntricos entre los que se colocan unas bolas
o cilindros metálicos.