Mecanismos y elementos de máquinas 4º ESO (1)

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1 Mecaismos y elemetos de máquias 4º ESO () MECANISMOS Y ELEMENTOS DE MÁQUINAS E este tema vamos a revisar y ampliar lo apredido sobre mecaismos e cursos ateriores. Además, estudiaremos otros compoetes que forma parte importate de las máquias. Nuestro objetivo será lograr eteder y maejar los siguietes coteidos: Defiició de mecaismo. Image geeral de los mecaismos segú su forma de trasformar el movimieto. Repaso de la polea simple, el polipasto y el husillo (torillo como mecaismo) Los mecaismos de trasmisió de giro: Trasmisioes mediate poleas y correas. Estudio de las velocidades y efecto e el par. Trasmisioes de egraajes. Tipos de egraajes. Estudio de las velocidades y efecto e el par. Trasmisioes si fi coroa. Estudio de las velocidades y efecto e el par. Los mecaismos que trasforma el tipo de movimieto: El mecaismo biela-maivela. El mecaismo piñó-cremallera. Las levas. Otros elemetos de la máquias: triquete, embrague, freos, acoplamietos. Estudio geeral de los mecaismos. Defiició de mecaismo. U mecaismo es u cojuto de elemetos fijos y móviles (elemetos de soporte y elemetos que geera el movimieto), cuya misió cosiste e trasformar algú tipo de movimieto e otro de distita aturaleza o características, para utilizarlo como fuete de movimieto y eergía útil e ua máquia. Ejemplos de mecaismos que ilustra la defiició. Observa el mecaismo de la fotografía. Es u cojuto de trasmisioes polea-correa como las que tiee u taladro de columa (está dibujadas de perfil). E ua de las poleas está coectado u motor y la otra servirá para mover algú tipo de herramieta (e este caso la broca que hace el agujero). Cuado la polea coducida sea más grade que la del motor, girará más letamete. Por lo tato, tedremos u mecaismo que trasforma u movimieto circular (MC) e otro movimieto circular pero de distitas características (meor velocidad). Observa este segudo mecaismo. Es u sistema piñócremallera. Si giramos el eje de avace (gracias a las palacas), la cremallera desplaza el eje vertical e líea recta y e ua úica direcció (el mecaismo perteece a u taladro de columa como el del taller). Operador de salida (polea coducida) Operador de etrada (polea coductora) Por lo tato, estamos ate u mecaismo que trasforma u movimieto circular (MC) e u movimieto rectilíeo uidireccioal (MRU). Es u mecaismo que trasforma u movimieto e otro de distita aturaleza. Operador o elemeto de etrada (piñó) Operador o elemeto de salida (cremallera) Los tipos de movimietos e los mecaismos. Veamos los tipos de movimieto que puede iterveir e los mecaismos y que os servirá de base para aalizarlos y clasificarlos. Movimieto Circular (MC): como ya sabes, es cualquier movimieto de giro. Realiza este movimieto las poleas, los egraajes y cualquier elemeto que esté motado sobre u eje. Movimieto rectilíeo uidireccioal (MRU): es u movimieto e líea recta pero e ua sola direcció (siempre que o cambie otros elemetos del mecaismo). Realiza este movimieto la cremallera, el cable que utilizamos e los sistemas de poleas y polipastos y tambié la tuerca fija que esté motada sobre u husillo giratorio (torillo). Movimieto rectilíeo alterativo (MRA): cosiste e u movimieto e líea recta pero que cambia de setido por la acció de otro elemeto del mecaismo Mecaismos reversibles e irreversibles Se dice que u mecaismo es reversible si al aislarlo de otros compoetes (motores o máquias) podemos mover el elemeto de salida provocado además el movimieto del elemeto de etrada (es como accioarlo al revés). El primer ejemplo aterior es u mecaismo reversible porque si apagamos el motor, podemos mover la trasmisió de polea correa girado a mao el eje coducido. U mecaismo es irreversible cuado resulta imposible mover el operador de salida y provocar co ello el movimieto del elemeto u operador de etrada. Por ejemplo, si teemos u husillo co ua casquillo roscado fijo (tuerca), su fucioamieto ormal cosiste e que el husillo gire para que la tuerca se desplace letamete. Por mucho que empujemos la tuerca el la direcció del husillo (si girarla) o lograremos que éste gire. No es posible hacer que fucioe al revés, por tato, es u mecaismo irreversible.

2 Mecaismos y elemetos de máquias 4º ESO (2) Aálisis y clasificació de los mecaismos. Nombre Polea simple Operadores (elemetos) Polea y cable de trasmisió Figura Movimieto etrada / salida MRU (del cable del que se tira) MRU (de la carga ascediedo) Rev Irrev Reversible Fucioamieto y utilizació Al tirar del cable, logramos u asceso de la carga co u movimieto hacia abajo lo que hace más cómodo el trabajo (tambié co u motor). No se logra ua dismiució de la fuerza ecesaria para elevar la carga. La vetaja obteida cosiste e la mayor comodidad para la elevació. Esto quiere decir que la fuerza ecesaria para elevar ua carga utilizado ua polea simple será siempre igual al peso de la carga. Polipasto Poleas fijas, móviles y cable de trasmisió Irreversible El cable arrollado y coducido por las poleas fijas, obliga a elevarse al sistema de poleas móviles del que cuelga la carga. Para que la carga ascieda ua pequeña altura, debemos recoger ua catidad cosiderable de cable. E cambio, se logra ua reducció cosiderable del esfuerzo ecesario para elevar la carga. Tambié podría decirse que el esfuerzo aplicado (pequeño) se multiplica al poder elevar cargas grades. Para coocer el ahorro de esfuerzo que logramos co el polipasto debemos aplicar la siguiete fórmula: P=R/N P (e Newto) es la potecia aplicada maualmete o co u motor. R (e Newto) es la resistecia o peso de la carga. N es el úmero total de poleas (fijas + móviles). Observa por ejemplo, que si u polipasto tiee e total 4 poleas, la fuerza que hay que realizar para elevar ua carga será P=R/4, sólo la cuarta parte. Husillo Trasmisió polea-correa simple Trasmisió polea-correa compuesta Al girar el husillo mediate u motor, el casquillo roscado avaza liealmete. Este efecto se utiliza para desplazar elemetos de ua máquia a velocidad reducida. Como el paso del husillo es la distacia que avaza o retrocede el casquillo roscado por cada vuelta y suele ser ua medida pequeña, para que haya u avace a cierta velocidad, el husillo debe girar co bastate rapidez. Si el husillo gira a velocidad (e r.p.m.) y el paso es p (e mm), el casquillo roscado avazará a ua velocidad: v = x p Es decir, si u husillo gira a 00 rpm co u paso de 2 mm, el casquillo roscado avazará 00x2=200 mm e u miuto. El giro de la polea coductora se trasmite al de la polea coducida mediate ua o varias correas de trasmisió, altamete flexibles. Seleccioado adecuadamete los diámetros de las dos poleas podemos aumetar o dismiuir la velocidad y la fuerza (par). Los cambios de velocidad se debe al distito diámetro de las poleas. Como la correa o desliza, la logitud que se desplaza la correa es igual a la logitud de desplazamieto del cotoro de las dos poleas (cotoro vuelta = π x Diámetro). Por tato, si e miuto, la polea coductora da vueltas ( rpm) y la coducida da 2 vueltas (2 rpm), la correa se desplaza: Desplazamieto de la correa = x π x D = 2 x π x D 2 Esta relació os permitirá hacer cálculos de velocidades más adelate. Combiado varias trasmisioes polea correa, podemos lograr mayores reduccioes o icremetos de velocidad. Además, el giro puede trasmitirse a gra distacia. Trasmisió simple de egraajes Trasmisió de egraajes compuesta Gracias al egrae de los dietes de dos ruedas detadas (ecaja uos co otros), podemos trasmitir el giro de u motor co gra precisió y si pérdida de eergía. El icoveiete de los egraajes es que so de fabricació más costosa por la gra precisió que requiere el tallado de los dietes. Seleccioado adecuadamete el úmero de dietes de cada egraaje podemos aumetar o dismiuir la velocidad y la fuerza (par). Los cambios de velocidad se debe al distito úmero de dietes de cada rueda (se suele simbolizar co la letra Z). Como los dietes o puede saltar, e u tiempo cualquiera, el úmero de dietes de cada rueda que pasa por el puto de egrae e siempre el mismo. Por tato, si e miuto, el egraaje coductor (el del motor co Z dietes) da vueltas ( rpm) y el coducido (el de salida co Z2 dietes) da 2 vueltas (2 rpm), se cumplirá: Dietes que pasa = x Z = 2 x Z 2 Esta relació os permitirá hacer cálculos de velocidades más adelate. Combiado varias trasmisioes por egraajes, podemos lograr mayores reduccioes o icremetos de velocidad, siempre co ua pérdida de eergía muy baja y gra precisió e el giro. Por esta última razó se utiliza e los mecaismos iteros de gra catidad de máquias rotativas.

3 Mecaismos y elemetos de máquias 4º ESO (3) Trasmisió si fi-coroa Teemos u mecaismo compuesto por u egraaje (coroa) y u torillo si fi. El si fi, es u torillo u poco especial que puede teer, 2 o hasta 3 hilos e su cotoro. Al girar, el hilo o filete del si fi desliza sobre los dietes de la coroa, por lo tato, este es u mecaismo que debe estar bie lubricado (egrasado) para evitar caletamietos. El mecaismo de trasmisió si fi-coroa puede cosiderarse como u tipo especial de trasmisió por egraajes. Auque e este caso, existe la particularidad de que el si fi es como u egraaje de, 2 ó 3 dietes segú los hilos que tega e su cotoro. La cosecuecia más iteresate de cosiderar el si fi como u egraaje de ta pocos dietes, es que el mecaismo si fi-coroa es fuertemete reductor. Para verlo co claridad, podemos haceros la siguiete preguta: cuátas vueltas tiee que dar u si fi de u hilo para que la coroa dé ua sola vuelta? (te e cueta que por cada vuelta del si fi, la coroa avaza u diete, sería dos o tres si el si fi es de 2 ó 3 hilos). Pues tatas vueltas como dietes tega la coroa. Biela-maivela Piñó-cremallera Leva-seguidor Por ejemplo, si u si fi de hilo se mota sobre ua coroa de 60 dietes, el si fi debe dar 60 vueltas para que la coroa dé solamete. La velocidad se reduce espectacularmete. Imagia que haces girar ua maivela co tu mao. Si cosideras a tu brazo como parte del mecaismo, el cojuto estará comportádose como u mecaismo bielamaivela. Además, tu atebrazo será el elemeto que hace la fució de biela. Como resultado de esto, el codo tedrá u movimieto alterativo. Para u mejor etedimieto, tambié podemos pesar e u ciclista pedaleado. El pedal y la barra que lo ue al eje de la catalia hace las veces de maivela (muchas veces mal llamada biela). La parte iferior de la piera sería el elemeto que hace la verdadera fució de biela. Como resultado, la rodilla se mueve co u movimieto alterativo. El mecaismo biela-maivela se ecuetra e los motores de los vehículos para mover u eje (mira la figura) auque u mecaismo casi idético se utiliza al revés, moviedo el eje mediate u motor eléctrico para comprimir aire detro del cilidro. Haciedo girar u pequeño egraaje (piñó) sobre u aplaca detada (cremallera), se puede lograr cortos desplazamietos lieales para provocar la colocació de otros elemetos e el iterior de ua máquia. Este mecaismo se ecuetra e la direcció de los coches y, como ya se ha visto, e los taladros de columa para geerar el desplazamieto vertical de la broca. La leva es u elemeto giratorio que tiee u saliete e ua parte de su cotoro. Cuado ese saliete se ecuetra co el empujador o seguidor, lo mueve provocado u desplazamieto de avace. Al pasar completamete la leva, u muelle devuelve al seguidor a su posició iicial. Este mecaismo se utiliza para accioar las válvulas que da etrada al aire y combustible (admisió) e los motores de explosió así como las que deja salir los gases del combustible quemado (escape). E los motores de los vehículos, todo el sistema de levas que accioa las válvulas de admisió y escape se llama sistema de distribució. Lee deteidamete las defiicioes de la primera págia y las descripcioes de cada tipo de mecaismo. Después completa los apartados de la tabla que esté vacíos. ACTIVIDADES BÁSICAS.. Defie mecaismo. 2. Qué dos efectos o cambios e el movimieto de u elemeto puede lograrse mediate u mecaismo? 3. Eumera co su ombre completo y abreviatura los tres tipos de movimieto que vamos a tratar e los mecaismos. 4. Explica por qué el mecaismo piñó cremallera es reversible. 5. Explica la vetaja de combiar poleas móviles combiadas co poleas fijas. Cómo se llama este dispositivo? 6. Se quiere elevar ua carga de 20 kg co u polipasto como el de la figura de la derecha. Será posible hacerlo co uestra propia fuerza? (kg = 9,8 N) 7. Explica lo que es el paso de u torillo. 8. Ua husillo, co u paso de,2 mm, gira a ua velocidad de 58 rpm. Calcula lo que avazaría ua tuerca e u miuto si estuviera eroscada e la varilla.

4 Mecaismos y elemetos de máquias 4º ESO (4) Trasmisioes polea correa. Estos mecaismos está formados por varias poleas que se trasmite el movimieto uas a otras a través de la correa. Se emplea para trasmitir movimieto de rotació y fuerza de rotació (par) etre ejes. Depediedo de los tamaños de las poleas, el este mecaismo de trasmisió será multiplicador o reductor. Es multiplicador si la polea de salida gira a más velocidad que la de etrada y es reductor cuado la de salida gira más letamete. Además, cuado la trasmisió es multiplicadora, la fuerza de la polea de salida (par de salida) es meor que la de la etrada, ocurriedo a la iversa co la trasmisió reductora (aumeta el par). E estas dos trasmisioes polea-correa simples, decir si so multiplicadoras o reductoras e idicar tambié si hay aumeto o dismiució del par e la polea de salida. Haciedo cambios e el motaje de la correa puede lograrse otro efecto iteresate. Co el motaje e correa abierta, las dos poleas gira e el mismo setido, pero si motamos la correa cruzada, lograremos que la polea de salida gire e setido cotrario. Dibuja esquemáticamete dos trasmisioes simples polea-correa co motaje e correa abierta y cruzada (utiliza el recuadro de la derecha). Relació de trasmisió e sistemas de poleas. Es ua expresió que se deriva de la presetada e la págia 2 (repasar la fórmula). Aquella, plateaba que el desplazamieto de la correa era igual al desplazamieto del cotoro de las dos poleas. Simplificado y reordeado los térmios se puede obteer lo siguiete: relació de trasmisió (si uidades). D = diámetro de la polea motriz o coductora. D 2 = diámetro de la polea coducida. = 2 = velocidad de giro de la rueda motriz expresado e rpm (revolucioes por miuto). 2 = velocidad de giro de la rueda coducida expresado e rpm (revolucioes por miuto) D D 2 E realidad, so dos fórmulas que puede usarse por separado D2 D De esta fórmula, sacamos ua iteresate coclusió. Si la trasmisió es reductora, el valor de i será mayor que ( > 2 ) y si la trasmisió es multiplicadora, i será meor que ( 2 > ) Vamos a aalizar a cotiuació u ejemplo cocreto de ua trasmisió simple, dode la polea motriz (movida por u motor) tiee u diámetro de 8 cm y la coducida 24 cm. El motor gira a ua velocidad de 500 rpm. a) Haz u pequeño dibujo de cómo es la trasmisió aproximadamete: b) Desplazamieto de la correa e miuto (revisa la fórmula de la pag. 2): 2 c) Relació de trasmisió i: d) Velocidad de la polea coducida (despeja 2 ) : e) El mecaismo es multiplicador o reductor (revisa el valor calculado de i): f) El par el la polea de salida habrá aumetado o dismiuido: Las trasmisioes polea-correa compuestas. Si combiamos dos o más trasmisioes polea-correa simples, obteemos u mecaismo compuesto e el que acumulamos los efectos de aquellas. Por ejemplo, si combiamos dos trasmisioes reductoras, obtedremos ua trasmisió compuesta más reductora. El par aumetara tambié e mayor medida respecto a si utilizamos ua de las dos trasmisioes simples. La figura de la derecha preseta ua trasmisió compuesta de tres trasmisioes simples. Las poleas 2 y 3 gira solidariamete (está uidas) y tambié las poleas 4 y 5 (que además, casualmete, so del mismo diámetro).

5 Mecaismos y elemetos de máquias 4º ESO (5) E esta y cualquier trasmisió compuesta, se cosidera coductoras a aquellas poleas que impulsa a otra mediate ua correa. Por el cotrario, será coducidas aquellas que so impulsadas por otra gracias a ua correa que tira directamete de ellas. E la figura aterior so coductoras (mueve ua correa) las poleas, 3 y 5. Por el cotrario, so coducidas (ua correa tira de ellas) las poleas 2, 4 y 6. Además, la velocidad de las poleas que gira e el mismo eje so iguales. E cualquier caso, la primera polea del mecaismo es, evidetemete la polea de etrada y la última, que servirá para mover algú tipo de máquia, será la de salida. Ahora, os dispoemos a hacer cálculos de velocidades e trasmisioes polea-correa compuestas. Para ello utilizaremos uas fórmulas muy similares a las de la trasmisió simple. Para el sistema compuesto de la págia aterior (co tres trasmisioes simples): e = s D2 D4 D D D D Producto de los diámetros de las poleas coducidas Producto de los diámetros de las poleas coductoras E realidad, so dos fórmulas que puede usarse por separado relació de trasmisió (si uidades). D, D 2,... = diámetros de las poleas (todos e las mismas uidades). e = velocidad de giro de la polea motriz o de etrada expresado e rpm (revolucioes por miuto). s = velocidad de giro de la polea de salida expresado e rpm (revolucioes por miuto) e s D2 D4 D D D D Al igual que e la trasmisió simple, si es reductora, el valor de i será mayor que ( e > s ) y si es multiplicadora, i será meor que ( s > e ) Vamos a aalizar u ejemplo cocreto de ua trasmisió compuesta, movida por u motor a ua velocidad de 500 rpm. a) Relació de trasmisió i: b) Velocidad de la polea de salida (despeja s ) : c) El mecaismo es multiplicador o reductor (revisa el valor calculado de i): D = 20 mm D 2 = 360 mm D 3 = 60 mm D 4 = 480 mm d) El par el la polea de salida habrá aumetado o dismiuido: e) Relació de trasmisió sólo para las poleas y 2: f) Velocidad de giro de las poleas 2 y 3 que gira solidariamete: ACTIVIDADES BÁSICAS. 9. Qué problemas o fallos puede darse e ua trasmisió polea-correa? 0. Cuál crees que es la gra vetaja de estas trasmisioes frete a los egraajes?. Averigua tres casos de máquias (de tu etoro) que utilice ua trasmisió polea-correa y explica cocretamete su fució. 2. Teemos u motor eléctrico que fucioa a ua velocidad de rpm y ecesitamos mover ua máquia a ua velocidad de 700 rpm. Escoge los diámetros que debe teer las dos poleas de la trasmisió. Te e cueta que el motor y la máquia so de pequeñas dimesioes y las poleas o debe ser de más de 0 cm. 3. Para estas dos trasmisioes, realizar los mismos cálculos que e el problema resuelto como ejemplo. Trasmisió A: = 600 rpm D = 200 mm D 2 = 50 mm D 3 = 300 mm D 4 = 00 mm Trasmisió B: =.500 rpm D = 00 mm D 2 = 20 mm D 3 = 40 mm D 6 = 80 mm

6 Mecaismos y elemetos de máquias 4º ESO (6) Trasmisió mediate egraajes. Los sistemas de trasmisió de poleas y correa puede teer deslizamieto, es decir, que la correa patie sobre la polea. Para evitar este icoveiete, se suele utilizar los egraajes. Los mecaismos de egraaje simples so pares de ruedas detadas que está egarzadas etre sí (mira la figura del marge) de maera que al girar ua de ellas la fuerza que ejerce su diete sobre el diete de egarce, de la otra rueda, la empuja haciédola girar e setido cotrario. Los mecaismos de egraaje compuestos so ua combiació de dos o más mecaismos simples (mira la figura del marge). La rueda detada acoplada al elemeto motriz (motor eléctrico o de otro tipo) se deomia rueda motriz o coductora y la rueda empujada rueda coducida. El úmero de dietes de cada rueda se represeta por la letra Z seguida de u subídice para idetificarla (por ejemplo Z, Z 2, Z 3,...) Mecaismo de egraaje simple Mecaismo de egraaje compuesto (hay dos mecaismos simples) Tipos de egraajes. Egraaje recto. Se utiliza para trasmitir movimieto etre ejes paralelos. Sus dietes so rectos y paralelos al eje de la rueda. Egraaje cóico. Se utiliza para trasmitir movimieto giratorio etre ejes que se corta. Sus dietes forma e cojuto ua forma cóica. Egraaje helicolidal. Se utiliza para trasmitir movimieto giratorio etre ejes paralelos o etre ejes que se cruza. Su fucioamieto es más suave y silecioso que los egraajes rectos. Los dietes está icliados e el cato del egraaje formado ua líea helicoidal. Depediedo del úmero de dietes de cada ua de las rueda que lo compoe, el mecaismo de egraajes será multiplicador o reductor. Es multiplicador si la rueda de salida gira a más velocidad que la de etrada y es reductor cuado la de salida gira más letamete. E u mecaismo simple, si la rueda de etrada tiee meos dietes, tedrá que girar varias vueltas para que la de salida dé ua sola vuelta, etoces, la de salida gira más letamete (mecaismo reductor). E u mecaismo simple, si la rueda de etrada tiee más dietes, co ua sola vuelta hará girar varias a la de salida, etoces la de salida gira más rápidamete (mecaismo multiplicador de la velocidad). Además, cuado la trasmisió es multiplicadora, la fuerza de la polea de salida (par de salida) es meor que la de la etrada, ocurriedo a la iversa co la trasmisió reductora (aumeta el par). a) Idetifica los tipos de egraajes presetes. Po Re, Co o He e cada rueda de la figura segú sea recto, cóico o helicoidal. b) E las dos trasmisioes, decir si so multiplicadoras o reductoras e idicar tambié si hay aumeto o dismiució del par e la rueda de salida (escríbelo al lado de cada flecha). Los mecaismos de egraaje simples siempre provoca u cambio de setido de giro e la rueda de salida pero podemos lograr que la rueda de etrada y de salida gire e el mismo setido si itercalamos ua tercera rueda etre la de etrada y la de salida. A esta tercera rueda se le deomia egraaje loco. a) E estos dos mecaismos de trasmisió mediate egraajes localiza el egraaje loco (señálalo e cada figura co ua L ). b) Idetifica además el tipo de egraajes (escríbelo debajo de cada figura o al lado de las flechas). Z= 2 Z2= 50 Z3= 20 Z4= 40 Z5= 30 Siempre que veas tres ruedas detadas egraadas directamete uas co otras, la itermedia será u egraaje loco. Los egraajes locos o ifluye e la velocidad de salida del mecaismo y o hace falta que itervega e los cálculos que haremos e las próximas actividades.

7 Mecaismos y elemetos de máquias 4º ESO (7) Relació de trasmisió e u mecaismo de egraajes simple Viee dada por la expresió: Z 2 = relació de trasmisió (si uidades). 2 Z Z = úmero de dietes de la rueda motriz. Z 2 = úmero de dietes de la rueda coducida. E realidad, so dos fórmulas que puede usarse por separado = velocidad de giro de la rueda motriz expresado e rpm (revolucioes por miuto). 2 = velocidad de giro de la rueda coducida expresado e rpm (revolucioes por miuto). 2 Z Z Al igual que e las trasmisioes polea correa, si es reductora, el valor de i será mayor que ( > 2 ) y si es multiplicadora, i será meor que ( 2 > ). Vamos a aalizar a cotiuació u ejemplo cocreto de ua trasmisió por egraajes simple, dode la rueda motriz (rueda úmero ) tiee 40 dietes y la coducida o de salida tiee 50 (rueda úmero 2). El motor gira a ua velocidad de 500 rpm. a) Expresa los datos mediate las letras y subídices apropiados: 2 c) Relació de trasmisió i: d) Velocidad de la rueda coducida (despeja 2 ) : e) El mecaismo es multiplicador o reductor (revisa el valor calculado de i): f) El par el la rueda de salida habrá aumetado o dismiuido: Relació de trasmisió e u mecaismo de egraajes compuesto. E las trasmisioes compuestas, los cálculos so aálogos a los plateados co las trasmisioes polea-correa, el úico cambio cosiste e que ahora utilizamos los valores del úmero de dietes e vez de los diámetros. Tambié e este caso, deberemos idetificar previamete las ruedas que so coductoras y las que so coducidas (y las ruedas locas, si las hay). Coductoras: Coducidas: Z= Z2= Z3= Z4= Z5= Z6= Idetifica las ruedas coductoras y coducidas y averigua su úmero de dietes (todas las ruedas grades y las pequeñas so iguales etre si) Ahora, os dispoemos a hacer cálculos de velocidades e trasmisioes compuestas. Para el sistema compuesto de la figura aterior (co tres trasmisioes simples): e = s Z2 Z Z Z 3 Z6... Z Producto del º de dietes de las ruedas coducidas Producto del º de dietes de las ruedas coductoras relació de trasmisió (si uidades). Z, Z 2,... = º de dietes de las ruedas. e = velocidad de giro de la rueda motriz o de etrada expresado e rpm. s = velocidad de giro de la rueda de salida expresado e rpm. E realidad, so dos fórmulas que puede usarse por separado e s Z2 Z4 Z6... Z Z Z... Al igual que e la trasmisió simple, si es reductora, el valor de i será mayor que ( e > s ) y si es multiplicadora, i será meor que ( s > e ) Vamos a aalizar la trasmisió compuesta de la figura aterior, movida por u motor a ua velocidad de 800 rpm. a) Relació de trasmisió i: 3 5 b) Velocidad de la rueda de salida (despeja s ) : c) El mecaismo es multiplicador o reductor (revisa el valor calculado de i): d) El par el la rueda de salida habrá aumetado o dismiuido: e) Relació de trasmisió sólo para las ruedas y 2: f) Velocidad de giro de la rueda 2:

8 Mecaismos y elemetos de máquias 4º ESO (8) E el espacio e blaco de la seguda actividad de la págia 6, calcula la relació de trasmisió de los dos mecaismos de egraajes al lado de las flechas que los señala (recuerda lo dicho sobre las ruedas locas). Vetajas e icoveietes e el uso de las trasmisioes mediate egraajes. Vetajas: Trasmite grades fuerzas de rotació. No ecesita elemeto de elace (correa, cadea). Se evita el deslizamieto. Icoveietes: Trasmisió de giro a pequeñas distacias. Necesita lubricació o egrase costate. Costes de fabricació altos. ACTIVIDADES BÁSICAS. 4. Los egraajes helicoidales fucioa co más suavidad y eficiecia que los rectos. por qué etoces se sigue utilizado los rectos para muchas aplicacioes? 5. Averigua tres máquias o compoetes de máquias (o vale el coche) que utilice egraajes como elemeto pricipal e su fucioamieto. 6. Busca iformació sobre compoetes del coche que utilice pricipalmete egraajes y averigua para los dos más importates: a) Nombre b) Tipo de egraajes que utiliza pricipalmete. c) Fució que cumple e el coche 7. Qué es el par? 8. Escoge, para las siguietes aplicacioes, la trasmisió que creas más apropiada (polea-correa o egraajes): a) Accioamieto de ua cita trasportadora de mierales. b) Accioamieto de ua herramieta de corte circular de precisió (u toro). c) Trasmisió de movimieto de rotació e el mecaismo de u reloj. d) Accioamieto de ua máquia trituradora de alimetos mediate u motor eléctrico. 9. Si u motor hace girar ua rueda de 20 dietes y la de salida es de 00 dietes, cómo será la velocidad de salida respecto a la de etrada. Haz u dibujo aproximado de las ruedas co u tamaño que tega que ver co los respectivos úmeros de dietes (o hace falta que dibujes los dietes, basta que sea dos círculos tagetes) 20. Si ua rueda detada que tiee 44 dietes empuja a otra rueda detada que tiee 48 dietes, cuátas vueltas tiee que dar la primera para que la seguda dé 30 vueltas? El mecaismo es multiplicador o reductor? Haz u dibujo aproximado de las ruedas. 2. U motor eléctrico hace girar a la rueda a ua velocidad de 2500 rpm. a) Idetifica las ruedas coductoras, coducidas y locas. b) Calcula la relació de trasmisió y di si el mecaismo es multiplicador o reductor. c) Calcula la velocidad de la rueda 5. d) Si el motor gira e setido horario, Cuál es el setido de giro de la rueda 5? e) Cómo es el par de la rueda 5 respecto a la rueda? 22. U motor eléctrico mueve la rueda de la trasmisió por egraajes compuesta de la figura. a) Cuátas trasmisioes simples la compoe? b) Hay algua rueda loca? c) Si calcular la relació de trasmisió, di si es multiplicadora o reductora. d) Calcula la relació de trasmisió del mecaismo y comprueba si el resultado coicide co lo cotestado e el apartado g). e) Imagia que o existe las ruedas 3 y 4 y calcula la relació de trasmisió sólo para las ruedas y 2 (llámala i -2 ). f) Imagia que o existe las ruedas y 2 y calcula la relació de trasmisió sólo para las ruedas 3 y 4 (llámala i 3-4 ). g) Multiplica los resultados de los apartados e) y f) y compara co la relació de trasmisió calculada e el apartado c). h) Calcula la velocidad de la rueda 4 si el motor gira a 850 rpm. Z= 6 Z2= 64 Z3= 20 Z4= 50 Z5= 40 Z= 80 Z2= 6 Z3= 55 Z4= U motor eléctrico gira a 800 rpm y se ecesita mover u mecaismo a ua velocidad de 225 rpm. Escoge dos ruedas para formar u egraaje que lo logre y haz u dibujo esquemático del mecaismo icluido el motor (ruedas dispoibles de 20, 25, 60, 85, 20, 60 y 200 dietes).

9 Mecaismos y elemetos de máquias 4º ESO (9) Torillo si fi y el mecaismo si fi-coroa Este mecaismo está formado por dos operadores: u torillo si fi, de uo o varios hilos o etradas de rosca, y ua rueda detada llamada coroa. Se utiliza para trasmitir u movimieto giratorio etre dos ejes e águlo recto. Alguos ejemplos de mecaismo si fi-coroa Este mecaismo fucioa úicamete por giro del si fi, o puede moverse si itetamos girar la coroa (por lo tato es irreversible (cosulta la tabla de mecaismos del comiezo del tema). Por cada vuelta que gira el si fi (co uo, dos o tres hilos), la coroa avaza tatos dietes como hilos tega el si fi. Se tiee u si fi de u solo hilo, acoplado a ua coroa de 50 dietes. Razoa y calcula: Dietes que avaza la coroa cuado el si fi gira ua vuelta: Vueltas que debe girar el si fi para que haga avazar 20 dietes: Vueltas que debe girar el si fi para que la coroa dé ua vuelta completa: Vueltas que debe girar el si fi para que la coroa dé 0 vueltas: Cuatas vuelta por miuto debe dar el si fi para que la coroa dé 00 vueltas e el mismo miuto: El mecaismo de giro es multiplicador o reductor de la velocidad: Qué pasará co el par e la coroa? Se tiee u si fi de dos hilos, acoplado a ua coroa de 80 dietes. Razoa y calcula: Dietes que avaza la coroa cuado el si fi gira ua vuelta: Vueltas que debe girar el si fi para que haga avazar 20 dietes: Vueltas que debe girar el si fi para que la coroa dé ua vuelta completa: Vueltas que debe girar el si fi para que la coroa dé 0 vueltas: Cuatas vuelta por miuto debe dar el si fi para que la coroa dé 00 vueltas e el mismo miuto: Las aplicacioes más importates del si fi-coroa so cuetavueltas, accioamieto de grades válvulas y, e geeral, todos aquellos mecaismos que ecesite ua gra reducció de velocidad de giro. Relació de trasmisió Para cálculos de velocidades, podemos cosiderar el mecaismo si fi-coroa como otro tipo de trasmisió por egraajes (simple) dode la rueda motriz siempre será el si fi y su úmero de dietes será el úmero de hilos: relació de trasmisió (si uidades). s Z s = úmero de hilos o etradas del si fi. = Z c = úmero de dietes de la coroa. c s = velocidad de giro del si fi expresado e rpm. c = velocidad de giro de la rueda coducida expresado e rpm. Observa que las fórmulas so las mismas que para los egraajes Z Z c s Recuerda que so tres formulas que puedes usar por separado Vetajas Relacioes de trasmisió muy altas. Del orde de 50: Fucioamieto silecioso. Icoveietes Costes de fabricació altos. Gra rozamieto etre el si fi y la coroa. Requiere lubricació costate. ACTIVIDADES BÁSICAS. 24. U torillo si fi de dos hilos está acoplado a ua rueda detada de 80 dietes. Calcula la relació de trasmisió y la velocidad de la coroa cuado u motor mueve el si fi a 800 rpm. 25. Necesitamos que u eje gire a ua velocidad de ua vuelta por hora. Se dispoe de u si fi de u hilo acoplado a ua coroa de 20 dietes. Será posible lograr el movimieto deseado del eje úicamete co u motor eléctrico? Razoa la respuesta y aporta ua solució técica. 26. Averigua dos máquias o aparatos que utilice u mecaismo si fi-coroa.

10 Mecaismos y elemetos de máquias 4º ESO (0) Piñó y cremallera Este mecaismo está formado por cos operadores: ua placa detada (cremallera) y por ua rueda detada deomiada piñó. Se utiliza par trasformar u movimieto circular e otro rectilíeo o viceversa. Tato el piñó como la cremallera puede ser la parte motriz del mecaismo, por lo tato estamos ate u mecaismo reversible (recuerda la tabla del comiezo del tema Las aplicacioes más importates de este mecaismo so: soportes de taladros de columa, sistema de direcció de vehículos, puertas de garaje, etc. Mecaismo piñó-cremallera e u taladro de columa Detalle del mecaismo piñó- cremallera de la direcció de u coche ACTIVIDADES BÁSICAS. 27. Explica co tus palabras lo que es u mecaismo de piñó cremallera. 28. Eumera dos aplicacioes de los mecaismos de piñó cremallera La maivela y el mecaismo biela-maivela La maivela es u operador que e el que se añade ua pieza descetrada a u eje para que e su extremo pueda acoplarse otro mecaismo. U cigüeñal es u cojuto de maivelas sobre u mismo eje. Es el elemeto dode va motadas las bielas de u motor de u coche Mecaismo biela-maivela. La barra articulada, acoplada e el extremo de la maivela es lo que llamamos biela. E el otro extremo de la biela se añade u elemeto que sólo pueda moverse de forma guiada e líea recta. El cojuto así formado es el mecaismo biela maivela que trasforma el movimieto circular del eje e u movimieto rectilíeo alterativo. Completa los ombres de los elemetos señalados Cuado la maivela y la biela está alieados, se dice que el mecaismo alcaza sus putos muertos. E estos putos es dode el émbolo que suele ir coectado a la biela cambia de setido e su movimieto alterativo. Esto os lleva a cocluir que si la maivela tiee u radio del giro R, el embolo se desplaza e total ua distacia 2xR. ACTIVIDADES BÁSICAS. 29. Para qué tipo de trasformació de movimieto se emplea el mecaismo de biela-maivela? 30. E qué máquia, muy utilizada por las persoas, existe u cojuto de varios mecaismos pistó-bielamaivela uidos por u cigüeñal? Cuál de los elemetos de esta máquia iicia el movimieto 3. U compresor de pistoes tiee los mismos mecaismos que u motor de u coche (maivelas-cigüeñal, bielas, pistó) Cuál es e este caso el elemeto que iicia el movimieto? 32. E vista de las respuestas de las dos cuestioes ateriores qué coclusió puedes sacar acerca del mecaismo biela-maivela? (quizá tegas que revisar las características de los mecaismos e la pag.).

11 Mecaismos y elemetos de máquias 4º ESO () Las levas Ua leva es ua pieza, geeralmete metálica y sujeta a u eje, que posee u perfil co ua o más zoas salietes que empuja a u elemeto llamado seguidor cuado es alcazado por dichos salietes. Cuado el saliete ha rebasado al seguidor, éste vuelve a su posició iicial gracias a u muelle. Como cosecuecia de este fucioamieto, teemos ua trasformació del giro del eje e u movimieto rectilíeo alterativo del seguidor. La aplicació más habitual de las levas es como mecaismo de empuje de las válvulas de admisió y escape de u coche. Esquema de ua leva Elemetos de u mecaismo leva-seguidor El eje e el que va motadas varias levas recibe el ombre de árbol de levas ACTIVIDADES BÁSICAS. 33. Es reversible o irreversible el mecaismo leva-seguidor? E estas figuras, idetifica todos los elemetos que observes 34. E u apartado aterior se ha citado ua máquia similar a u motor de explosió. Di de qué máquia se trata y razoa para qué deberá teer mecaismos leva-seguidor y árboles de levas. Estos últimos apartados del tema de mecaismos so fudametalmete descriptivos, por lo tato llevaremos a cabo ua labor de ivestigació para ecotrar y seleccioar iformació cocreta sobre sus aspectos más relevates. E cada apartado se te da uas palabras o expresioes clave que debes utilizar e la búsqueda de iformació. Utiliza el buscador web de Google e modo de búsqueda avazada para la búsqueda de iformació textual. Cuado Utiliza el buscador de imágees de Google para buscar ilustracioes que te permita hacer los dibujos pedidos. Otros elemetos de máquias: el triquete. Explicació de lo que es u triquete: Palabras o expresioes clave: triquete, mecaismo Dibujo de u triquete: Aplicacioes del triquete o máquias cocretas que utilice el mecaismo de triquete:

12 Mecaismos y elemetos de máquias 4º ESO (2) Otros elemetos de máquias: los embragues. Explicació geérica la fució de u embrague: Palabras o expresioes clave: embrague, acoplamieto, fricció, hidráulico. Tipos de embragues (explicar someramete cada uo y poer u ejemplo de aplicació): Otros elemetos de máquias: los freos. Explicació geérica de la fució de u freo: Palabras o expresioes clave: freo, fricció, eléctrico. Tipos de freos (explicar someramete cada uo y poer u ejemplo de aplicació): Otros elemetos de máquias: el acoplamieto uiversal carda. Descripció del acoplamieto uiversal carda: Palabras o expresioes clave: carda, acoplamieto, mecaismo Dibuja u acoplamieto carda: Aplicacioes del acoplamieto carda (debe cocretarse la parte de la máquia dode aparece):

13 Mecaismos y elemetos de máquias 4º ESO (3) ACTIVIDADES DE REFUERZO Y AMPLIACIÓN 35. Tomado como referecia el mecaismos de la figura completa la tabla siguiete: Nota: Expresa el setido de giro horario (el de las agujas del reloj) por H y el atihorario por A. Para los desplazamietos, po D o I para idicar derecha o izquierda. Nombre y tipo de elemeto Setido de giro Desplazamieto Elemeto A B C D E F G 36. U motor eléctrico mueve la polea de la trasmisió polea-correa de la figura La polea tiee u diámetro de 8 cm y la polea 2 u diámetro de 24 cm. a) Calcular la relació de trasmisió (i) del mecaismo. b) Si el motor gira a 600 rpm, calcular la velocidad de la polea U motor eléctrico mueve la polea de la trasmisió polea correa de la figura. La polea tiee u diámetro de 40 cm y la polea 2 u diámetro de 8 cm. a) Calcular la relació de trasmisió (i) del mecaismo. b) Velocidad a la que debe girar el motor si queremos que la polea 2 gire a 200 rpm. 38. U motor eléctrico mueve la polea 2 de la trasmisió polea correa de la figura. La polea 2 tiee u diámetro de 5 cm y la polea u diámetro de 45 cm. a) Calcular la relació de trasmisió del mecaismo. b) Si el motor gira a 500 rpm, calcular la velocidad de la polea. 39. U motor eléctrico mueve la rueda detada de la trasmisió por egraajes de la figura e setido horario. a) Calcular la relació de trasmisió del mecaismo (cotar el úmero de dietes e la figura). b) Si el motor gira a 200 rpm, calcular la velocidad de giro de la rueda 2. c) La fuerza de rotació (par) e la rueda detada 2 aumeta o dismiuye. d) El mecaismo es reductor o multiplicador de velocidad. 40. U motor eléctrico mueve la rueda detada de la trasmisió por egraajes de la figura e setido horario. a) Calcular la relació de trasmisió del mecaismo. (cotar el úmero de dietes e la figura). b) Si el motor gira a 800 rpm, calcular la velocidad de giro de la rueda detada 2. c) La fuerza de rotació (par) e la rueda detada 2 aumeta o dismiuye. d) El mecaismo es reductor o multiplicador de velocidad. 4. U motor eléctrico hace girar la polea a 2500 rpm e setido horario. a) Determiar el setido de giro de la rueda detada 2. b) Calcular la velocidad de giro de la rueda detada 2 de la figura. c) El mecaismo es reductor o multiplicador de velocidad. d) El mecaismo es reductor o multiplicador de fuerza de rotació (par). Datos adicioales: Diámetro de la polea : D = 5 cm Diámetro de la polea 2: D 2 = 25 cm Número de dietes de la rueda detada : Z = 0 Número de dietes de la rueda detada 2: Z 2 = 50

14 Mecaismos y elemetos de máquias 4º ESO (4) 42. U motor eléctrico hace girar la rueda detada Z A a 500 rpm e setido atihorario a) Determiar el setido de giro de la rueda detada Z C. b) Calcular la velocidad de giro de la rueda detada Z C. c) El mecaismo es reductor o multiplicador de velocidad. d) Qué fució desempeña la rueda detada Z B? Datos adicioales: Número de dietes de la rueda detada A: Z A = 0 Número de dietes de la rueda detada B: Z B = 40 Número de dietes de la rueda detada C: Z C = U motor eléctrico hace girar la rueda detada Z A a 600 rpm e setido horario (observa que las ruedas B y C gira sobre el mismo eje). a) Determiar el setido de giro de la rueda detada Z D. b) Calcular la velocidad de giro de la rueda detada Z D. c) El mecaismo es reductor o multiplicador de velocidad. d) El mecaismo es reductor o multiplicador de fuerza de rotació (par). Datos adicioales: Número de dietes de la rueda detada A: Z A = 0 Número de dietes de la rueda detada B: Z B = 40 Número de dietes de la rueda detada C: Z C = 2 Número de dietes de la rueda detada D: Z D = U motor eléctrico hace girar la polea a 2500 rpm e setido horario (derecha) a) Determiar el setido de giro de la polea 5. b) Calcular la velocidad de giro de la polea 5. c) El mecaismo es reductor o multiplicador de velocidad. d) El mecaismo es reductor o multiplicador de fuerza de rotació (par). Datos adicioales: Diámetro de la polea : D = 0 cm Diámetro de la polea 2: D 2 = 25 cm Diámetro de la polea 3: D 3 = 5 cm Diámetro de la polea 4: D 4 = 0 cm Diámetro de la polea 5: D 5 = 20 cm