Guia Completa de Mecanismes: Tipus, Transmissió i Transformació

Tipus de Mecanismes segons la Transmissió de Moviment

Segons el tipus de transmissió de moviment, tenim els mecanismes següents:

• Transmissió directa
• Rodes de fricció
• Engranatges
• Transmissió per corretja o cadena

Elements de Mecanismes de Transmissió Directa

Els elements dels mecanismes de transmissió directa són:

• Eix: suport generalment fix que subjecta altres elements mecànics.
• Arbre de transmissió: barra cilíndrica que transmet el moviment de gir.
• Acoblament: element que uneix dos arbres o eixos per transmetre el moviment.

La junta de Cardan (o junta universal) s'utilitza en els automòbils per transmetre el moviment de la caixa de canvis a l'eix de les rodes, permetent variacions angulars.

Rodes de Fricció

Les rodes de fricció són corrons o discs amb la llanda llisa que estan en contacte directe. Poden transmetre moviment i petits esforços gràcies a la força de fregament entre elles. Són sensibles al lliscament.

Engranatges

Un engranatge és un mecanisme format per dues o més rodes dentades que encaixen entre si, transmetent un moviment circular i, generalment, gran potència sense lliscament.

La roda dentada que transmet el moviment s'anomena conductora o motriu, i la que el rep s'anomena conduïda.

Classificació d'Engranatges

Els engranatges es classifiquen segons la disposició dels seus eixos en:

• Cilíndrics rectes: eixos paral·lels i dents rectes, paral·leles a l'eix de gir.
• Cilíndrics helicoïdals: eixos paral·lels i dents inclinades (en forma d'hèlix).
• Cònics: eixos que es tallen (generalment perpendiculars) i dents que poden ser rectes o corbes, tallades sobre una superfície cònica.

Relació de Transmissió en Engranatges

Per saber les voltes que fa una roda dentada que rep el moviment d'una altra, cal conèixer la relació de transmissió (i). Si z1 és el nombre de dents de la roda conductora i z2 el de la conduïda, i n1 i n2 les seves respectives velocitats de gir: i = n2/n1 = z1/z2.

Transmissió per Corretja

La transmissió per corretja està formada per dues o més politges (rodes acanalades) unides mitjançant una corretja, que és una cinta tancada de material flexible (com cuir, cautxú, materials sintètics, etc.).

Les corretges poden ser de secció plana (rectangular), rodona, trapezoïdal (en V) o dentada (síncrona). S'utilitzen en electrodomèstics, motors de cotxes, trepants de peu, etc.

Relació de Transmissió (Corretja)

El sistema de transmissió format per dues politges unides amb una corretja té una relació de transmissió (i). Si D1 és el diàmetre de la politja conductora i D2 el de la conduïda, i n1 i n2 les seves respectives velocitats de gir: i = n2/n1 = D1/D2.

Transmissió per Cadena

La transmissió per cadena està formada per dues rodes dentades (pinyons o plats) unides mitjançant una cadena metàl·lica articulada que engrana amb les dents, evitant el lliscament. S'utilitza en bicicletes, motocicletes, motors i altra maquinària industrial.

Relació de Transmissió (Cadena)

La relació de transmissió (i) en el cas de dues rodes dentades unides mitjançant una cadena, si z1 és el nombre de dents del pinyó conductor i z2 el del conduït, i n1 i n2 les seves respectives velocitats de gir, és: i = n1/n2 = z2/z1. (Nota: aquesta definició de 'i' és la inversa de l'emprada per a engranatges i politges si es manté la nomenclatura 1=conductora, 2=conduïda).

Tipus de Mecanismes segons la Transformació de Moviment

Segons el tipus de transformació de moviment, tenim els mecanismes següents:

• Biela-manovella
• Lleves i excèntriques
• Pinyó-cremallera
• Cargol sense fi i corona
• Creu de Malta

Mecanisme Biela-Manovella

El mecanisme de biela-manovella transforma el moviment rectilini alternatiu en moviment circular continu (p. ex., en motors d'explosió, compressors de pistó) o viceversa (p. ex., en premses mecàniques, bombes de pistó, màquines de cosir).

Components principals:

• L'èmbol o pistó: peça cilíndrica que es desplaça amb moviment rectilini alternatiu dins d'un cilindre.
• La biela: barra rígida amb articulacions als extrems (cap i peu) que uneix el pistó amb la manovella. El cos és la part central.
• La manovella (o cigonyal, quan n'hi ha diverses en un mateix eix): palanca que gira al voltant d'un eix fix i està connectada a la biela.

Lleves i Excèntriques

La lleva (que pot ser de disc, de plat, de tambor, etc.) és una peça, generalment amb un perfil perifèric especialment dissenyat, que en girar empeny un element anomenat seguidor. Aquest seguidor, en contacte amb el perfil de la lleva, realitza un moviment alternatiu rectilini o oscil·lant programat.

L'excèntrica és un cas particular de lleva: un disc circular l'eix de gir del qual no coincideix amb el seu centre geomètric. La distància entre el centre geomètric i l'eix de gir s'anomena excentricitat, i determina la carrera (desplaçament màxim) del moviment generat.

Mecanisme de Pinyó-Cremallera

El mecanisme de pinyó-cremallera està format per un pinyó (roda dentada) que engrana amb una barra dentada anomenada cremallera (considerada com una roda dentada de diàmetre primitiu infinit). Transforma el moviment circular del pinyó en moviment rectilini de la cremallera, o viceversa. S'usa en direccions d'automòbils, portes automàtiques, etc.

Cargol Sense Fi i Corona

El mecanisme de cargol sense fi i corona permet obtenir grans reduccions de velocitat en un espai reduït. Està format per un cargol (o vis) que engrana amb una roda dentada helicoïdal anomenada corona. Normalment, el moviment només es pot transmetre del cargol a la corona (irreversibilitat).

Altres Tipus de Mecanismes Importants

A més dels anteriors, existeixen altres tipus de mecanismes fonamentals:

• Embragatges
• Frens
• Inversors de gir
• Trens de mecanismes (incloent caixes de canvi)

Embragatges

Un embragatge és un mecanisme que permet connectar o desconnectar a voluntat un arbre motriu (provinent del motor) d'un arbre conduït (que rep el moviment). Això permet transmetre o interrompre el flux de potència. Existeixen diversos tipus d'embragatges: de fricció (com els de disc o con dels cotxes), de dents, hidràulics, electromagnètics, centrífugs, etc.

Frens

Els frens són mecanismes destinats a reduir la velocitat d'un cos o màquina, o a aturar-lo completament, mitjançant la dissipació d'energia mecànica (normalment en forma de calor per fricció). Poden ser de molts tipus: mecànics (de tambor, de disc, de cinta), electromagnètics, hidràulics, pneumàtics.

En els frens mecànics més comuns, un element fix (sabata o pastilla) frega contra un element mòbil solidari a l'eix (disc o tambor) quan s'acciona el mecanisme de frenada.

Inversors de Gir

Els inversors de gir són mecanismes (sovint basats en la introducció d'un engranatge intermedi addicional en un tren d'engranatges) que permeten canviar el sentit de rotació de l'eix conduït respecte a l'eix motriu. Això fa que una màquina pugui funcionar en dos sentits de gir oposats.

Elements Auxiliars de Transmissió

Entre els elements auxiliars per a la transmissió de moviment trobem:

• Suports (o carcasses): Estructures que sostenen i posicionen correctament eixos i arbres.
• Coixinets (o rodaments): Anells, sovint amb elements rodadors (boles, rodets), que faciliten el gir dels eixos i arbres reduint la fricció.
• Xavetes: Peces petites que es col·loquen en ranures entre un eix i un element muntat sobre ell (politja, engranatge) per assegurar la transmissió de parell i evitar el lliscament relatiu.

Trens de Mecanismes

Els trens de mecanismes són combinacions de diversos mecanismes simples (com engranatges o politges) connectats en sèrie per aconseguir una relació de transmissió total específica. La relació de transmissió total (i_total) és el producte de les relacions de transmissió individuals de cada etapa: i_total = i1 * i2 * ... * in. De forma general, per a un sistema, es pot expressar com i = n_sortida / n_entrada.

La relació de transmissió i per a etapes individuals formades per:

• Politges: i = D1/D2 (on D1 és el diàmetre de la politja conductora i D2 el de la conduïda, resultant en n2/n1).
• Engranatges: i = Z1/Z2 (on Z1 és el nombre de dents de l'engranatge conductor i Z2 el del conduït, resultant en n2/n1).

Caixes de Canvi (Canvi de Marxes)

Els mecanismes de canvi de marxes (p. ex., en cotxes, bicicletes, trepants de taula) són trens d'engranatges que permeten a l'usuari seleccionar diferents combinacions d'engranatges, modificant així la relació de transmissió entre l'eix motriu i l'eix conduït. Això permet ajustar la velocitat de sortida i el parell motor a les necessitats de funcionament.