Mecanismos y componentes mecánicos: palancas, biela-manivela, levas y sistemas de frenado

Palanca

Palancas son barras rígidas que giran sobre un punto de apoyo, denominado fulcro. Permiten levantar pesos (resistencia) aplicando una fuerza en un punto de la barra (potencia). Según el lugar donde estén situados el fulcro, la potencia y la resistencia, las palancas se clasifican en:

• Palancas de primer grado
• Palancas de segundo grado
• Palancas de tercer grado

Biela-manivela

El mecanismo biela-manivela está formado por una barra rígida (biela) articulada en uno de sus extremos y unida a una manivela. En su otro extremo, la biela suele ir unida a un pistón o émbolo.

Este mecanismo permite la transformación del movimiento circular de la manivela en movimiento lineal alternativo para el émbolo. Es reversible; es decir, la manivela puede accionar la biela (como en el caso de una máquina de coser) o la biela puede hacer girar la manivela (como en el caso del motor de un automóvil).

Se denomina carrera la longitud recorrida por el pie de la biela cuando la manivela ha girado 180°; esta longitud se corresponde con el doble de la longitud de la manivela.

Cigüeñal

En algunas ocasiones se necesita que se muevan varias bielas accionadas a la vez. En este caso, todas las manivelas de las bielas se sustituyen por un eje acodado denominado cigüeñal, que permite transmitir el movimiento a todas las bielas cuando se requiere.

Leva

La leva es una pieza de contorno especial, generalmente ovoide, que está en contacto con un elemento denominado seguidor por medio de un muelle. Cuando la leva gira, acciona el seguidor y transforma el movimiento circular de la leva en movimiento lineal alternativo en el seguidor.

Este mecanismo se utiliza en programadores de lavadoras, carretes de pesca, motores de combustión interna para abrir y cerrar válvulas, etc.

Excéntrica

La excéntrica es un mecanismo muy parecido en su funcionamiento a la leva. En este caso, la forma de la excéntrica es circular, pero su eje de giro no coincide con su centro geométrico.

Este mecanismo transforma el movimiento circular de la excéntrica en movimiento lineal alternativo. Podemos encontrar este mecanismo en las máquinas de coser de pedal.

Tipos de uniones

Podemos distinguir tres tipos de uniones:

Uniones fijas

Las uniones fijas se utilizan cuando no va a ser necesario cambiar o reponer elementos o piezas de la máquina o cuando, por motivos de seguridad, es necesaria una gran estabilidad. Para unir de forma fija los elementos de las máquinas se pueden utilizar pegamentos o soldaduras. Si la unión es entre elementos o piezas de poco espesor, se pueden usar remaches.

Uniones desmontables

Las uniones desmontables sirven para poder separar los elementos de las máquinas. Se utilizan cuando va a ser necesario reponer algún componente de la máquina o limpiarlo regularmente. Si bien existen muchas formas de unir temporalmente los elementos mecánicos, los más utilizados en la industria son los elementos roscados (tornillos, pernos, bulones...).

Disipadores energéticos

Los disipadores energéticos permiten parar el movimiento de una máquina, cuando es necesario, disipando la energía, generalmente por rozamiento, y transformándola en calor. Los más utilizados son los frenos de tambor y los frenos de disco.

Frenos de tambor

El tambor es una pieza móvil que gira junto con la rueda. Cuando se quiere detener el movimiento, unas piezas denominadas zapatas entran en contacto con el tambor y detienen el giro de la rueda. Las zapatas tienen forma de media luna, son de acero y están recubiertas en su cara externa por los ferodos, que efectúan el frenado por fricción con el tambor.

Los frenos de tambor son efectivos y de gran duración. Sin embargo, ante altos esfuerzos pierden eficacia debido a que sufren calentamientos elevados.

Freno de tambor. En amarillo se observan las zapatas de frenado. En su cara más externa se encuentran los ferodos.

Frenos de disco

En este sistema existe un disco que gira solidario a la rueda. Cuando se quiere detener el movimiento, dos piezas simétricas denominadas pastillas entran en contacto con el disco por sus dos caras y detienen el giro de la rueda.

Los frenos de disco son capaces de disipar rápidamente el calor y, por ello, son muy eficaces en la frenada.

Para evitar sobrecostes, los coches más económicos suelen incorporar frenos de disco en las ruedas delanteras, donde las exigencias de frenada son mayores, y frenos de tambor en las ruedas traseras.