Conceptos Esenciales de Mecanismos, Transmisión y Cálculo de Máquinas Simples

Conceptos Fundamentales de Mecanismos y Máquinas Simples

Definiciones Clave de Componentes

• Mecanismo: Conjunto de piezas o elementos que, ajustados entre sí y empleando energía mecánica, realizan un trabajo o cumplen una función específica.
• Fulcro: Punto de apoyo de una palanca.
• Polea: Rueda plana de metal que gira sobre su eje y sirve para transmitir movimiento en un mecanismo por medio de una correa.
• Piñón: Es la rueda más pequeña de un par de ruedas dentadas.
• Leva: Elemento mecánico que está sujeto a un eje y cuyo perfil permite transformar el movimiento.
• Palancas: Máquina simple que consiste en una barra que se apoya o puede girar sobre un punto (fulcro) y está destinada a vencer una fuerza (resistencia) mediante la aplicación de otra fuerza (potencia).

Sistemas de Transmisión y Conversión de Movimiento

• Engranaje: Encaje de dos ruedas dentadas entre sí, utilizado para transmitir potencia y movimiento.
• Relación de Transmisión: Es la relación entre dos velocidades de rotación de dos engranajes conectados entre sí, donde uno de ellos ejerce fuerza sobre el otro.
• Polipasto: Máquina formada por dos poleas, una con movimiento y otra que permanece fija, utilizada para reducir la fuerza necesaria para levantar una carga.
• Cigüeñal: Eje que dispone de codos y que, gracias a un mecanismo de biela, logra convertir un movimiento circular uniforme en un movimiento rectilíneo alternativo o viceversa.

Tipos de Mecanismos de Transmisión

Mecanismos de Transmisión Específicos

• Transmisión por Cadena: Sirve para transmitir movimiento de arrastre de una fuerza entre ruedas dentadas (piñones).
• Biela-Manivela: Transfiere un movimiento circular en un movimiento de traslación.
• Piñón-Tornillo sin Fin: Transmite el movimiento entre ejes que son perpendiculares entre sí.
• Ruedas de Fricción: Dos ruedas solidarias con sus ejes, cuyos perímetros se encuentran en contacto directo, transmitiendo movimiento por rozamiento.
• Piñón-Cremallera: Transforma el movimiento giratorio de un eje, en el que va montado un piñón, en movimiento rectilíneo.
• Leva-Seguidor: El giro del eje hace que la leva toque, mueva, empuje o conecte con el seguidor, generando un movimiento específico.

Ejercicios Prácticos de Mecánica Aplicada

Cálculo de Palancas y Equilibrio (Ley de la Palanca)

Problema 1: Determinación de la Posición del Fulcro

Un columpio tiene una barra de 5 metros de longitud, y en ella se sientan dos personas, una de 60 kg y otra de 40 kg. Calcule dónde debe ir el fulcro para lograr el equilibrio.

Datos: P1 = 60 kg; P2 = 40 kg; Longitud total = 5 m.

Resolución:

a + b = 5m > a = 5 - b

60 × a = 40 × b

60 × (5 - b) = 40 × b

300 - 60b = 40b

300 = 100b > b = 3 metros

Respuesta: El fulcro debe situarse a 3 metros de la persona de 40 kg.

Problema 2: Cálculo de Distancia en Palanca

Una persona de 60 kg y otra de 40 kg están sentadas en un columpio, de forma que la primera está situada a 2 metros del fulcro. ¿A qué distancia se sienta la otra persona?

Datos: P1 = 60 kg; d1 = 2 m; P2 = 40 kg; d2 = X.

Resolución:

60 × 2 = 40 × X

120 = 40X

X = 120 / 40

X = 3 metros

Respuesta: La segunda persona debe sentarse a 3 metros del fulcro.

Cálculo de Relación de Transmisión (Poleas)

Problema 3: Determinación del Diámetro de la Polea de Salida

Un motor gira a 1000 rpm y su eje tiene 10 mm de diámetro. Se quiere reducir la velocidad por medio de un sistema de poleas, de forma que el eje de salida gire a 200 rpm. Calcule el diámetro de la polea que hay que acoplar.

Fórmula: N1 / N2 = D2 / D1

Datos: N1 = 1000 rpm; D1 = 10 mm; N2 = 200 rpm; D2 = X.

Resolución:

1000 / 200 = X / 10

5 = X / 10

X = 5 × 10

X = 50 mm

Respuesta: El diámetro de la polea de salida debe ser de 50 mm.