Máquinas y mecanismos

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1 Máquinas y mecanismos Las máquinas Una máquina es un conjunto de mecanismos que transforman un tipo de energía o de trabajo en energía útil. Estos mecanismos aprovechan la acción de una fuerza para producir unos efectos determinados, u otras fuerzas, normalmente superiores. En general, la función de las máquinas es reducir es esfuerzo necesario para realizar un trabajo. Las máquinas que realizan su trabajo en un solo paso son llamadas máquinas simples. Por ejemplo, unas tijeras donde sólo debemos juntar nuestros dedos. Las máquinas que realizan su trabajo encadenando distintos pasos son llamadas máquinas complejas. Por ejemplo, un cortauñas realiza su trabajo en dos pasos: una palanca le transmite la fuerza a otra que es la encargada de apretar los extremos en forma de cuña Mecanismos Los mecanismos son las partes de las máquinas encargadas de transmitir o transformar la energía que proporciona la fuerza motriz al elemento motriz para que pueda ser utilizada por los elementos conducidos de salida que hacen que las máquinas funcionen. Los tipos de movimientos habituales son: Movimiento lineal, en el que la pieza del mecanismo se mueve en una única dirección, normalmente a lo largo de una linea recta. Movimiento rotativo, propio de los mecanismos con piezas giratorias. Movimiento alternativo, en el que el mecanismo se mueve en línea recta y en ambos sentidos. Movimiento oscilante, que, al igual que el movimiento alternativo, actúa en ambos sentidos pero mediante giros. Mecanismos de transmisión Son aquellos en los que el elemento motriz (o de entrada) y el elemento conducido (o de salida) tienen el mismo tipo de movimiento. Por ejemplo, el mecanismo de la bicicleta es de transmisión puesto que el elemento motriz tiene movimiento circular (los pedales) y el elemento conducido tiene también movimiento circular (la 1

2 rueda trasera). La palanca Esta formada por una barra rígida y un punto de apoyo o soporte. Al realizar un movimiento lineal de bajada en un extremo de la palanca, el otro extremo experimenta un movimiento lineal de subida. Por tanto, la palanca nos sirve para transmitir fuerza o movimiento lineal. Cuanto mayor sea la distancia de la fuerza aplicada al punto de apoyo, menor será el esfuerzo a realizar para vencer la resistencia Poleas y polipastos Una polea es una rueda que gira alrededor de un eje y que tiene en la parte exterior un canal por el que se hace pasar una cuerda o cable. Esta cuerda permite vencer de forma cómoda una resistencia (R) aplicando una fuerza (F). La polea es útil porque aporta un cambio de sentido o la dirección de la fuerza motriz, y es más fácil hacer fuerza hacia abajo que en cualquier otra dirección. Un polipasto es un sistema compuesto por varias poleas fijas y móviles. Las poleas fijas se emplean para modificar la dirección de la fuerza que ejercemos sobre la resistencia, mientras que las poleas móviles reducen el esfuerzo a aplicar. Este tipo de sistema se encuentra en grúas, montacargas, ascensores... 2

3 Sistema de poleas con correa La transmisión por correa permite transmitir el movimiento giratorio a cierta distancia cuando los ejes de giro son paralelos. Se utiliza en electrodomésticos, en el ventilador de los coches, etc. En un sistema de poleas es importante conocer la relación de transmisión. Ésta se define como el cociente entre la velocidad de giro de la rueda conducida y la velocidad de giro de la rueda motriz. Dicha relación depende del tamaño relativo de las ruedas y se expresa mediante la siguiente ecuación: Donde D 1 y D 2 son los diámetros de las ruedas 1 y 2, n 1 y n 2 son las velocidades de las ruedas motriz y conducida, expresadas en revoluciones por minuto (rpm) Así podemos tener sistemas reductores (cuando la velocidad de la rueda conducida es menor que la de la motriz), sistemas multiplicadores (cuando la velocidad de la rueda conducida es mayor que la de la motriz), o sistemas en los que la velocidad no se modifica. Sistema de engranajes Un engranaje es el conjunto formado por ruedas dentadas que se acoplan entre sí. Para que dos ruedas engranen, los dientes deben tener la misma forma y la misma medida. Muchas veces los engranajes forman sistemas de dos o más engranajes, llamados trenes de engranajes; o, formando sistemas de engranajes unidos por una cadena. Las aplicaciones de los engranajes son múltiples y muy variadas, incluyendo relojes, bicicletas, coches, motocicletas, batidoras, juguetes. La relación de transmisión entre las velocidades de giro depende en este caso del tamaño relativo de los engranajes; y por tanto, de la relación entre el número de dientes. Donde Z 1 y Z 2 son los números de dientes de las ruedas 1 (motriz) y 2 (conducida), n 1 y n 2 son las velocidades de los engranajes motriz y conducido, expresadas en revoluciones por minuto (rpm). 3

4 Tornillo sin fin El tornillo sin fin está compuesto por dos elementos: el tornillo, que actúa como elemento motriz y la rueda dentada, que actúa como elemento de salida. Se emplea en mecanismos que necesiten una gran reducción de velocidad, ya que por cada vuelta del tornillo, la rueda dentada avanza un diente: reductores de velocidad para motores eléctricos, manivelas para andamios, cuentakilómetros. Mecanismos de transformación Son aquellos en los que el elemento motriz y el conducido tienen distinto tipo de movimiento. Por ejemplo, el mecanismo que hace subir una persiana con una manivela es de transformación, puesto que el elemento motriz (la manivela) tiene movimiento circular, pero el elemento conducido (la persiana) tiene movimiento lineal. El torno manivela El mecanismo torno-manivela consiste en un cilindro horizontal y una manivela que lo hace girar. El cilindro está unido a una cuerda o cable, que se enrolla o desenrolla según el sentido de giro. 4

5 Sistema Piñón cremallera Este mecanismo está formado por una rueda dentada (piñón) que engrana con una barra también dentada llamada cremallera. Cuando el piñón gira sobre su eje, la cremallera se desliza en un sentido o en otro en función del sentido del giro del piñón. Podemos ver ejemplos de su aplicación en puertas correderas de garajes, trípodes, sacacorchos, Tornillo tuerca La asociación de estos dos elementos permite que, si hacemos girar el tornillo evitando que la tuerca gire, el tornillo se desplaza linealmente. Es el caso del sargento. En cambio, si giramos el tornillo evitando que se desplace linealmente, es la tuerca la que se desplaza, como en el tornillo de banco. Biela manivela y cigüeñal Este mecanismo se basa en la unión de dos elementos articulados: la manivela y la biela. La manivela es una barra unida a una rueda que gira. La biela es una barra recta, que se articula con la manivela. El movimiento de rotación de la rueda implica un movimiento de vaivén de la biela. El cigüeñal es un sistema biela-manivela múltiple. Se trata de un eje con codos en el que se articulan las bielas. Cada codo actúa como una manivela. Su uso más extendido es en los motores de combustión de los coches. 5

6 Leva seguidor El sistema leva-seguidor es un mecanismo que permite obtener un movimiento rectilíneo discontinuo a partir de uno circular. La leva es un elemento ovoide (en forma de huevo) sujeto a un eje. Cuando el eje gira, el contorno de la leva empuja el seguidor. 6

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