Elementos mecanicos

En Mesopotamia en el año 3500 a.c. los antiguos filósofos ya conocían las cinco maquinas simples: cuña, plano inclinado, rueda y palanca. Todas las máquinas empleadas se fabricaban a partir de estas o mediante una combinacion de ellas. La ley de las maquinas simples: la fuerza motriz por su brazo es igual a la fuerza resistente por el suyo.
Cuando una fuerza actua sobre un objeto tiende a deformarlo. La deformación depende de la dirección, el sentido y el punto de aplicación donde este colocada esa fuerza. Los elementos de las máquinas están sometidos a una serie de esfuerzos: Traccion-(alargamiento) Compresion-(reducción) actua de perpendicularmente a la superficie que lo sujeta Flexion-(curvamiento) Torsion-(rotacion o giro) actua paralelamente a la superficie de fijacion Cortadura-actua paralelamente a la superficie que se rompe y pasa por ella.
El momento de una fuerza respecto de un punto es el producto de la fuerza por la distancia del punto a la fuerza. M=F×R. P=M×R. El momento de una fuerza provoca una rotación o giro. P-potencia(w) M-momento torsor(n.m) W-velocidad angular.
Hachette en 1811 hace una clasificación funcional de todos los mecanismos conocidos hasta entonces ordenados por la tarea que realizan dentro de la maquina a la que pertenece (mecanismos de las máquinas): Receptores-reciben el movimiento de un motor primario Comunicadores- transmiten el movimiento Modificadores-transforman el tipo de movimiento Reguladores-regulan o controlan el movimiento Soportes-alojan y soportan elementos de giro Operadores-producen el efecto final.
Máquina: es un conjunto combinado de mecanismos para producir un efecto final. 1.Maquinas motrices(suministran la energía necesaria para que se produzca el movimiento)-Motores primarios (no suministran energía directamente a la maquina, la transforman generalmente en energía eléctrica, para ser utilizada como un motor secundario) Motores secundarios(su energía de salida acciona las maquinas directamente):Energia muscular: procede de animales y personas, se usa en actividades de transporte de cargas Energia térmica(Motores de combustión externa: la locomotora de vapor, se basa en producir vapor de agua a gran presión que desplazara un piston, transformando la energía calorífica en mecánica y Motores de combustión interna:la combustión se produce en el interior de un cilindro, se clasifican en 4 tiempos diesel: motores de explosión, motor diesel, turbinas de gas y turborreactores) y Energia eléctrica: los mas conocidos son el motor eléctrico y el electroimán. 2.Maquinas operadoras (aprovechan la energía eléctrica para producir un efecto) -Transportadores(cintas transportadoras), Modificadores de forma(fresadora y torno) y Otras clases(calculadoras y ordenadores.
Eje: elemento de una maquina, normalmente cilíndrico, que sirve de soporte a piezas que giran(flexion, cizalladura , debido al rozamiento), pero no transmiten potencia. 1.Ejes fijos: no giran, pero permiten el giro de las piezas que soportan. 2.Ejes giratorios:giran con algunas de las piezas. 1.Macizos: con esfuerzos de flexion graduales se deforman. 2. Huecos: aguantan mejor los esfuerzos de flexion.
Arbol: es el elemento cilíndrico o no sobre el que se montan diferentes piezas y que pueden transmitir potencia y momentos tensores (torsion y flexion). Acoplamiento entre arboles:1.Rigidos(alineados)-Mediante bridas: se basa en colocar dos medias bridas en los extremos de los dos arboles de forma que al apretar los tornillos que las unen aprisionan los ejes, impidiendo que se muevan uno con respecto al otro -Mediante platillos:apretando dos piezas conicas entre si, se comprime la pieza conica contra los dos arboles de forma que al girar uno de los arboles, arrastrara al otro. 2.Moviles(no alineados)-Juntas elásticas:es un acoplamiento elástico, generalmente de caucho, goma o neopreno que absorbe pequeñas irregularidades de giro y permite una variación máxima de 15º de desalineación entre ejes -Juntas cardan o universales: se utiliza para transmitir el movimiento entre dos arboles no alineados con angulos menores de 45º. En los extremos del eje se colocan dos horquillas que se unen mediante una cruz o cruceta. Para permitir el giro entre la cruceta y la horquilla, se colocan unos rodamientos. Debido a las oscilaciones que producen estas juntas, se colocan siempre dos en el mismo árbol. -Juntas homocinéticas: no producen oscilaciones. Se emplea principalmente en la industria del automóvil y en la transmisión del movimiento a las ruedas. -Juntas Oldham: en ambos extremos van colocados los discos solidarios a los arboles. Para la transmisión del movimiento entre ambos arboles se coloca otro disco. Se utiliza para transmitir movimiento entre dos arboles paralelos, separados por muy poca distancia. -Eje estriado deslizante: este tipo de acoplamiento permite que el árbol pueda variar su longitud.
Ruedas de friccion: se transmite el movimiento por rozamiento. Debe existir una fuerza axial que impida que las ruedas se deslicen. Transmite el movimiento: rueda motriz, rueda conductiva y normal es la mas pequeña (piñon), sus parámetros los letras minúsculas. Recibe el movimiento: rueda resistente, conducida o simplemente rueda, sus parámetros con letras mayúsculas. Fx=60×p/2ðnrµ. P-potencia a transmitir(w) n-velocidad angular del piñon(rpm) r-radio del piñon(m) µ- coeficiente de rozamiento(0-1) Fx-fuerza(N).
Ruedas de friccion exteriores: esta formado por dos discos que están en contacto entre las superficies exteriores. Este contacto se realiza por presión. Giran en sentidos contrarios. La distancia entre los ejes es: E=R+r=D+d/2. Relacion de transmisión(L):es el cociente entre la velocidad angular de la rueda y la velocidad angular del piñon: L= N/n. L>1(N>n)-Multiplicador de velocidad, L<1(N<n)-Reductor de velocidad, L=1(n=N). La velocidad tangencial de las ruedas es la misma v=V n×r=N×R i=N/n=r/R=d/D. 1.Ruedas de friccion interiores: esta formado por dos discos que están en contacto entre la superficie exterior de una y la interior de otra. Giran en el mismo sentido. La distancia entre los ejes es: E=R-r=D-d/2. Relacion de transmisión(L):es el cociente entre la velocidad angular de la rueda y la velocidad angular del piñon: i=N/n=r/R=d/D. 2.Ruedas de friccion tronconicas: transmiten el movimiento entre ejes cuyas prolongaciones se cortan. Tienen la forma de tronco de cono, en cualquier punto de contacto de amabas ruedas, su velocidad tangencial es idéntica: i=N/n=r/R=d/D=Tg â.
Polea: es la rueda acanalada que se utiliza en las transmisiones por medio de correa y Correa: es la cinta o cuerda flexible unida a sus extremos que sirve para transmitir el movimiento de giro entre una rueda y otra. La transmision por correa: es el mecanismo que une dos poleas y transmite el movimiento de una a otra. Se emplea mas que en las ruedas de friccion porque tienen mayor superficie de friccion y puede transmitir mayores esfuerzos. Para que el rendimiento sea optimo, las correas deben estar tensadas adecuadamente, ejerciendo la fuerza axial adecuada. Su relación de transmisión es i=N/n=r/R=d/D.

Seccion: -Trapezoidal (están formadas de caucho y adquieren grandes velocidades, usos industriales) -Plana o rectangular (están formadas de cuero y adquieren grandes potencias, en el interior de casetes o para transmitir el movimiento entre ejes no paralelos) -Redondas o circulares (adquieren pequeñas fuerzas, en las maquinas de coser antiguas o para transmitir el movimiento entre ejes no paralelos).
Engranajes: se emplean para transmitir grandes potencias y como consecuencia grandes momentos torsores. Consta de dos ruedas dentadas. La rueda conductora se llama piñon y la conducida, rueda. Dientes: -Rectos (son paralelos al eje de la rueda. Son ruidosos, producen vibracion, pero son economicos. Tienen un perfil característico llamado perfil de envolvente, que hace que la fuerza de empuje lleve la misma dirección y que la relación de transmisión sea constante. Se emplean cuando la potencia que se va a transmitir y el numero de revoluciones con que giran no es muy grande.) -Helicoidales (están inclinados con respecto al eje. Son poco ruidosos y producen poca vibración, pero son my caros. Se emplean cuando la potencia que se va a transmitir y el numero de revoluciones con que giran es muy grande) -Engranajes en v (para compensar las fuerzas axiales, se emplean dos engranajes cuyos dientes forman un angulo complementario.
Parametros de una rueda dentada: -Diametro primitivo(dp): es el diametro que correspondería a una rueda de friccion que tuviera la misma relación de transmisión. Para que dos ruedas engranen, sus circunferencias primitivas tienen que ser tangentes. -Diametro exterior(de): es el que le corresponde a la circunferencia exterior de los dientes. -Diametro interior(di) es el que le corresponde a la circunferencia interior de los dientes. Modulo(m): es el cociente entre el diametro primitivo y el numero de dientes m=dp/z. Esta normalizada(se mide en mm). -Paso circular(p): es el arco medido sobre la circunferencia primitiva entre dos lados homologos de los dientes consecutivos. Esta normalizada(se mide en mm). Para que dos ruedas engranen, han de tener el mismo modulo. L=Lp/2=ðdp/2=mð de=dp+2m di=dp-2,5m Lp-longitud de la circunferencia primitiva. Altura addendum: h1=re-rp=m Altura decentum: h2=rp-ri=1,25m Altura diente: h=h1+h2 Longitud diente: b=10m Grueso diente: S=19/40p Hueco del diente: W=21/40p.
Rendimiento de una maquina o mecanismo: no toda la potencia o energía transmitida desde el motor llega al árbol final donde se necesita. Parte de ella se pierde, debido a rozamientos, a deslizamientos y al diseño de los elementos. Cuando el árbol, gira con un par o momento M, estará sentado sobre su base, por tanto, provocara un rozamiento. Fr=MN Mr=Fr×R Mu=M-Mr=M-Fr=M-µNR Pt=Ps=MW Pu=(M- µNR)×W ?=(M- µNR)×W/MW=1-MNR/M. Fr-fuerza de rozamiento(N) N-fuerza normal(N) M-momento torsor(N.M) Mr-momento de rozamiento(N.M) µ-coeficiente de rozamiento(0-1) p-potencia(W) W-velocidad angular(rad/s) R-radio(m). La forma de los dientes de los engranajes rectos provoca que la fuerza que ejerce el piñon sobre la rueda no sea horizontal, sino formando un angulo de 20º llamado angulo de presión. La fuerza a transmitir es Fx=F×cos20º=0,94F Fy=F×sen20º(normal)×rozamiento, el rendimiento por cada par de engranajes es del 94%.
Elementos mecanicos transformadores del movimiento: 1.Piñon-cremallera(circular?rectilineo):es un engranaje que consta de una rueda llamada piñon y otra de radio infinito llamada cremallera, de dientes trapezoidales. -El piñon gira y la cremallera esta fija, el piñon se desplaza. Se utiliza en tornos(maquinas y herramientas. -La cremallera se desplaza y el piñon esta fijo, el piñon gira. Actualmente se usaba en calculadoras mecanicas. -El piñon gira sin desplazarse y la cremallera se desplaza. Se usa en taladradoras de columna, dirección de vehículos y puertas de garaje automaticas. 2.Tornillo-tuerca:el tornillo gira, sujetando la tuerca. Si se enrolla un plano inclinado sobre un cilindro, la rampa forma la hélice del tornillo y si sobre la hélice se pega un triangulo de goma de gran longitud tendremos una rosca. Sus usos son levantar cargas(gato de un coche), sujetar objetos(tornillo de banco) y situar objetos de forma precisa(prismaticos). El momento necesario para levantar una carga es: M=Qp/2ð. M-momento(N.m) p-paso de rosca del tornillo(m) q-carga(N). 3.Excentrica(circular)?(rectilíneo alternativo): es una pieza en forma de disco o cilindro o cilindro que gira alrededor de un eje que no coincide con el eje geométrico. La distancia entre los ejes se llama excentricidad. Producen un suave movimiento continuo en un seguidor llamado movimiento armonico simple. 4.Leva: es una pieza de forma irregular que gira alrededor de un eje y transforma un movimimiento circular en un movimiento rectilíneo alternativo de un seguidor o un vastajo.
Mecanismo biela manivela: la manivela es una pieza que gira alrededor y la biela es una pieza que va unida a la manivela y que efectua un movimiento rectilíneo alternativo. Transforma el movimiento circular en uno lineal o viceversa. Si se gira la manivela, el embolo se desplaza hacia delante y hacia atrás y cuando se empuja o se tira del embolo, la manivela o rueda gira. Motor conducido: MC?MRA MRA?MCU. 1.Biela-manivela-piston: el elemento conductor es la rueda y el conducido, el embolo. Fijo al embolo, se coloca el elemento funcional de la maquina. 2.Biela-manivela-cigüeñal: se usa principalmente en motores de combustión interna. Se divide en 4 tiempos: -Admision: se abre la valvula de admisión(va), el piston pasa del punto muerto superior(pms) al inferior(pmi) arrastrado por el cigüeñal y entra aire. El cigüeñal pasa 180º, acaba la 1ºfase. -El piston pasa del pmi al pms arrastrado el cigüeñal, el aire se comprime y el cigüeñal ha pasado 180º. -Expansion: al llegar el piston pms, salta la chispa, se produce la combustión y los gases empujan el piston hacia abajo: El cigüeñal pasa 180º(hay trabajo). -Escape: el cigüeñal gira 180º y el paso del pmi al pms se abre la valvula de escape(ve) y los gases salen al exterior.
Trinquete: esta formado por una rueda dentada y otra pieza uñeta, que se introducen entre los dientes de la rueda por efecto de un muelle o por su propio peso y que permiten el giro de un eje en un sentido, pero no en el sentido contrario. Hay dos tipos: reversibles (permiten variar el sentido del bloqueo según interese en cada momento) y no reversibles (siempre bloquean el sentido de giro en la misma dirección).
Rueda libre: es un elemento que se coloca en un eje o en un árbol de transmisión para permitir que el eje motriz mueva el eje resistente y no al contrario. Consiste en dos ruedas, una con una serie de rodillos o bolas y unos muelles. Cuando la rueda motriz gira, arrastra a la rueda gracias a los rodillos o bolas se enclavan entre ambas, haciéndolas solidarias. Sus principales usos son: rueda trasera de bicicletas y motor de arranque de automóviles.