Máquinas Simples y Mecanismos de Transmisión

Máquinas

Están formadas por un conjunto de elementos que interactúan entre sí para realizar un trabajo o producir un efecto determinado. Normalmente exigen una fuerza menor, es decir, proporcionan ventaja mecánica.

Máquina, mecanismo y operador

Las máquinas están formadas por mecanismos y estos, por operadores de diferentes tipos.

Operadores mecánicos

Se clasifican de acuerdo con la actividad que realizan:

• Acumuladores de energía: resortes
• Transmisores del movimiento: Palancas, Poleas, Ruedas, Engranajes

Operadores mecánicos: Transformadores del movimiento: Piñón-cremallera, Biela-manivela, Fuso-porca

Palancas

Son máquinas simples capaces de vencer una resistencia multiplicando la fuerza aplicada.

Están formadas por una barra rígida que oscila sobre un punto de apoyo también llamado fulcro.

Elementos de las palancas

• Resistencia (R)
• Brazo de la resistencia (BR)
• Fuerza (F)
• Brazo de la fuerza (BF)
• Punto de apoyo

Clasificación de las palancas

• Palancas de 1º grado: El punto de apoyo está entre la resistencia y la fuerza.
• Palancas de 2º grado: La resistencia está entre el punto de apoyo y la fuerza.
• Palancas de 3º grado: La fuerza está entre el punto de apoyo y la resistencia.

Masa y peso

La MASA mide la cantidad de materia contenida en un cuerpo, mientras que el PESO es la fuerza con la que el cuerpo se ve atraído debido a la gravedad. Un cuerpo tendrá la misma MASA en la Tierra y en la Luna pero su peso cambiará porque en la Tierra la aceleración de la gravedad tiene un valor 6 veces mayor que en la Luna.

Los cuerpos pesan 6 veces más en la Tierra que en la Luna!!!

La unidad de medida de la masa es el kg mientras que la unidad de medida del peso es el Newton (N).

Ley de la palanca

En una palanca en equilibrio se cumple que la fuerza por su brazo es igual a la resistencia por su brazo:

F.BF = R.BR

Polea

Una polea es una rueda acanalada que gira alrededor de un eje. Permite elevar una carga con mayor comodidad porque cambia la dirección de la fuerza aplicada pero NO proporciona ventaja mecánica:

F = R

Mecanismos de transmisión

El movimiento se inicia en un elemento (motriz) y se transmite al otro elemento (conducido). Analizaremos:

Poleas

• Rodas de fricción
• Correa:
  • Correa abierta
  • Correa cruzada

Engranajes

• En contacto
• Con cadena

Transmisión por ruedas de fricción

La rueda motriz está en contacto permanente con la rueda conducida. Cuando la rueda motriz gira, la conducida también gira.

Transmisión por ruedas de fricción

Cada una de las ruedas de fricción está caracterizada por dos magnitudes:

• Velocidad angular (ω): Es la velocidad con la que gira la rueda. Se mide en revoluciones por minuto (rpm).
• Diámetro (D): Longitud de la cuerda máxima de la rueda. Se mide en centímetros (cm).

Relación de transmisión

La relación entre las velocidades de las poleas conducida y motriz se denomina RELACIÓN DE TRANSMISIÓN:

La relación entre las velocidades de las poleas conducida y motriz se denomina v=wc/wm

Transmisión por correa

ωm Dm = ωc Dc

Transmisión por engranajes

Cada una de las engranajes está caracterizada por dos magnitudes:

• Velocidad angular (ω): Es la velocidad con la que gira la rueda. Se mide en revoluciones por minuto (rpm).
• Número de dientes (z): No tiene unidades, solo escribimos el valor numérico.

Relación de transmisión

Si la velocidad de la rueda conducida es menor que la velocidad de la rueda motriz ωc < ωm entonces μ < 1 y decimos que el sistema es REDUCTOR.

Si la velocidad de la rueda conducida es mayor que la velocidad de la rueda motriz ωc > ωm entonces μ > 1 y decimos que el sistema es MULTIPLICADOR.

Transmisión por engranajes

En cualquier sistema formado por dos engranajes, se cumple que:

ωm zm = ωc zc donde m hace referencia a la engranaje motriz y c a la conducida.

Esta relación nos permite calcular una magnitud conocidas las otras tres.

Tipos de movimientos

• LINEAL: es aquel que se produce a lo largo de una línea recta. Tiene una única dirección y un único sentido.
• LINEAL ALTERNATIVO: es aquel que se produce a lo largo de una línea recta (dirección única) y cambia de sentido cada cierto tiempo.
• CIRCULAR: es aquel que se produce a lo largo de una circunferencia, por lo que cambia de dirección en cada instante pero nunca cambia de sentido.
• CIRCULAR ALTERNATIVO: es aquel que se produce a lo largo de una circunferencia (por lo que cambia de dirección en cada instante) y cambia de sentido cada cierto tiempo.

Transformaciones del movimiento

Para analizar una transformación debemos:

• Identificar el elemento motriz (el que inicia el movimiento).
• Identificar el tipo de movimiento que realiza: lineal, lineal alternativo, circular o circular alternativo.
• Identificar el elemento conducido (el que recibe el movimiento).
• Identificar el tipo de movimiento que realiza: lineal, lineal alternativo, circular o circular alternativo.

Piñón-cremallera

Es un sistema de transformación formado por una engranaje (piñón) y una barra con dientes (cremallera).

El giro del piñón (movimiento circular) produce un desplazamiento lineal de la barra (movimiento lineal). Se trata de un mecanismo reversible ya que la cremallera también puede actuar como elemento motriz, aunque no es habitual.

Porca-parafuso

Mecanismo de transformación formado por una barra roscada y una porca.

El movimiento circular de la porca hace que ella misma se desplace a lo largo de la barra roscada o parafuso con un movimiento lineal (rectilíneo).

Transformación: circular-lineal. En la figura podemos ver un gato mecánico.

Biela-manivela

Mecanismo de transformación formado por dos barras acopladas mediante una unión articulada. El movimiento circular de la manivela se transforma en movimiento lineal alternativo en el extremo de la biela (o viceversa porque es reversible).

Leva-seguidor

Mecanismo de transformación formado por una rueda con un resalte y una barra recta que apoyada en la leva de manera permanente.

El resalte de la leva hace que el seguidor realice un movimiento lineal alternativo cuando esta gira.

Transformación: circular-lineal alternativo.