Fundamentos de Máquinas Simples y Mecanismos de Transmisión de Movimiento

Estática Básica y Máquinas Simples

En las máquinas se pueden distinguir tres características que definen su comportamiento:

1. Generadoras de movimiento, objeto o algún tipo de prestación.
2. Capaces de transformar y aprovechar fuentes de energía de manera que sean utilizables para efectuar trabajos.
3. Cierto grado de autonomía que les permita realizar operaciones por sí mismas. El automatismo implica capacidades de adelantarse a circunstancias cambiantes. Esto puede hacerse en dos sentidos: o haciendo que el comportamiento de la máquina permanezca constante frente a las variaciones del medio, o haciendo que la máquina adapte su comportamiento de forma adecuada a las variaciones del medio.

Ante una máquina cabe preguntarse: ¿Qué hace o produce? ¿Qué tipo de energía procesa o transforma y cómo lo hace? ¿Qué tipo y nivel de automatismo o inteligencia maneja en lo referente a la organización de su funcionamiento?

Máquinas Simples

Las máquinas simples son aquellas de una sola pieza. Desde la antigüedad se hablaba de cinco tipos: el plano inclinado, la cuña, la palanca y la rueda. Las tres primeras están relacionadas, al igual que la palanca y la rueda. Las máquinas simples son básicamente dos: la palanca y el plano inclinado, y de estas derivan las otras. Las máquinas simples permiten disminuir el esfuerzo para realizar un trabajo, pero toda disminución de la fuerza necesaria para realizar un trabajo va acompañada por un aumento recíproco.

Elementos de una Palanca

• F (potencia)
• R (resistencia)
• bp (brazo de potencia)
• br (brazo de resistencia)

Géneros de las Palancas

Se distinguen tres géneros de palancas:

• Primer género: Tienen un punto de apoyo (fulcro) entre la fuerza (F) y la resistencia (R). La ventaja es mayor mientras más próximo esté el punto de apoyo del punto donde actúe la resistencia (R-O-P).
• Segundo género: El punto donde actúa la resistencia (R) se encuentra entre el punto de apoyo (O) y la fuerza (F) (O-R-F).
• Tercer género: La fuerza (F) se encuentra entre el apoyo (O) y el punto donde actúa la fuerza resistente (R) (O-F-R).

Plano Inclinado

Es una máquina simple que se utiliza para reducir el esfuerzo necesario para levantar un cuerpo. Esta fuerza será mayor cuanto menor sea la relación entre la altura del plano y la longitud del mismo.

Cuña

Cuerpo de forma prismática de sección rectangular. Se basa en el mismo principio que el plano inclinado.

Tornillo

Deriva del plano inclinado. La fuerza de avance de este es siempre mayor que la fuerza aplicada.

Polea

Cuando el dispositivo se mantiene fijo, hablamos de Polea Fija (aplicación directa de la palanca de primer género, F=R). Cuando el dispositivo se puede deslizar, estando soportado por la cuerda, hablamos de Polea Móvil (palanca de segundo género en la que sobre el fulcro actúa la mitad de la resistencia E=R/2).

Polipasto

Para disminuir aún más el esfuerzo frente a la resistencia, se utilizan combinaciones de poleas. Cada par de poleas posibilita dividir por dos el esfuerzo necesario para equilibrar o vencer la resistencia. Este dispositivo se llama polipasto.

Torno

Cilindro alrededor del cual se arrolla una cuerda, cable o cadena cuyo extremo actúa como resistencia (R).

Mecanismos de Transmisión y Transformación de Movimientos

A continuación, se describen algunos mecanismos clave:

• Tornillo/Tuerca

  • Movimiento original: Rotación.
  • Movimiento transmitido: Lineal.
  • Aplicaciones tecnológicas: Morsa de banco.

• Piñón/Cremallera

  • Elementos: Barra dentada - Piñón.
  • Movimiento original: De rotación a traslación.
  • Movimiento transmitido: De traslación a rotación.
  • Aplicaciones tecnológicas: Automóvil (dirección).

• Biela/Manivela

  • Elementos: Manivela - Árbol motor - Biela.
  • Movimiento original: Rectilíneo de vaivén.
  • Movimiento transmitido: Rotación sobre el árbol motor.
  • Aplicaciones tecnológicas: Compresores, motores de combustión.

• Leva

  • Elementos: Disco giratorio.
  • Movimiento original: De rotación.
  • Movimiento transmitido: Vaivén.
  • Aplicaciones tecnológicas: Temporizadores electromagnéticos, válvulas de motor.