DEPARTAMENTO DE TECNOLOGÍA TECNOLOGÍA 3º E.S.O. I.ES. SIERRA DE LÍJAR. OLVERA

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1 DEPARTAMENTO DE TECNOLOGÍA TECNOLOGÍA 3º E.S.O. I.ES. SIERRA DE LÍJAR. OLVERA MECANISMOS QUE TRANSMITEN MOVIMIENTO MECANISMOS QUE TRANSFORMAN MOVIMIENTO ACTIVIDADES DE REFUERZO PROFESOR: ANTONIO J. SALAS MANCIO

2 MECANISMOS INTRODUCCIÓN Los mecanismos son un conjunto de elementos que se disponen de tal manera que el movimiento de uno de ellos provoca el movimiento de todos los demás. Suelen estar en las máquinas, pero a muchos se les ha conocido desde siempre, aisladamente, como soluciones a problemas que requieren multiplicar la fuerza o el movimiento. MECANISMOS QUE TRANSMITEN MOVIMIENTO Los mecanismos que transmiten movimiento se emplean, como su propio nombre indica, para comunicar movimiento de un eje a otro. Esto puede conseguirse mediante poleas y correas, mediante un sistema de engranajes, un sistema de piñones y cadena o mecanismo de tornillo sinfín y rueda helicoidal 1. Sistemas de transmisión por poleas Una polea es una rueda de cierto grosor, hecha de material resistente (llanta), con una hendidura en la periferia (canaladura), por donde se ajusta la correa de transmisión. Para que transmita el movimiento debe estar tensada. Los sistemas de transmisión por poleas están formados por dos o más poleas conectadas, dos a dos, mediante correas flexibles. Se emplean para cambiar las fuerzas y modificar la velocidad de rotación del eje donde se encuentran. Así, cuando se utiliza una polea grande (motriz) para arrastrar de una polea más pequeña (arrastrada), la polea pequeña girará más rápido que la grande, consiguiendo de esta forma una multiplicadora. Por el contrario, si es la polea pequeña (motriz) la que tira de la grande (arrastrada), conseguiremos una velocidad más pequeña en el eje de la polea grande denominando a este montaje reductora. Las ventajas principales de este tipo de transmisión son: Permiten transmitir movimiento entre ejes situados a cierta distancia Poder modificar la velocidad de rotación cambiando los diámetros de las poleas Su funcionamiento es silencioso y no necesitan lubricantes (engrases) Página 2

3 Los principales inconvenientes son: La correa puede patinar entre las poleas dejando de transmitir movimiento. Polea Reductora Hay numerosos casos (taladro, coche...) en los que el motor debe funcionar a distintas velocidades. Para conseguirlo se recurren a los mecanismos de reducción de velocidad. Esto se puede hacer de varias maneras, aunque no obstante, nosotros seguiremos más de cerca el que utiliza el mecanismo de transmisión mediante poleas y correas denominado polea reductora. Es por tanto un mecanismo formado por un motor y una polea doble, unidos mediante correas, que convierte el movimiento muy revolucionado y con poca fuerza del motor en otro movimiento de menor velocidad pero con mayor fuerza en la polea. ACTIVIDADES Y EJERCICIOS INVESTIGA: Si observas el panel posterior de la lavadora de tu casa, comprobarás que el movimiento del motor se transmite al tambor por medio de una correa y dos poleas. Sabiendo que el motor gira a 500 r.p.m. cuando efectúa el lavado y a 3000 r.p.m. cuando centrifuga, hallar: 1. La relación de velocidades del sistema. 2. La velocidad a que gira el tambor cuando centrifuga. 3. La velocidad a que gira el tambor cuando lava. EXPERIMENTA: Vamos a realizar el montaje de un sistema de poleas. Desde el eje A, que nosotros moveremos con una manivela, y mediante una polea doble, vamos a transmitir movimiento a los ejes B (multiplicando la velocidad) y C (reduciendo la velocidad). Prepara un peso adecuado que colgaremos sucesivamente de los ejes B y C. En qué eje es más fácil subir el peso? Ha habido problemas de deslizamiento?, es decir, patina?. Página 3

4 Ejercicio: 1. Si unimos varias poleas, de distintos radios, en un eje único, al ir bajando la correa de transmisión gomilla- de la mayor a la menor: Aumentamos o disminuimos la velocidad del eje de la polea escalonada? Aumenta o disminuye la fuerza? 2. Sistemas de transmisión por engranajes Si los ejes entre los que queremos transmitir el movimiento están próximos, podemos recurrir a un sistema de engranajes. Un engranaje es una rueda dentada cuyos dientes encajan, engranan, o endentan, con los de otra, arrastrándola en su movimiento giratorio, de manera que al girar una de ellas la otra gira en sentido contrario. Se emplean para aumentar o disminuir las fuerzas, para cambiar su dirección y para aumentar o reducir la velocidad de rotación del eje en el que se encuentran. Así, si tenemos dos ruedas dentadas de diferente tamaño que están endentadas en el mismo plano, la rueda pequeña siempre dará más vueltas que la rueda grande en el mismo tiempo. De esta manera, y tal como se representa en la ilustración, si la rueda grande (motriz) arrastra a la pequeña (arrastrada), conseguiremos un aumento de velocidad y, por el contrario, si es la rueda pequeña (motriz) la que tira de la grande (arrastrada), conseguiremos una velocidad más pequeña. Existen muchos tipos de engranajes, aunque los más utilizados son: Los engranajes planos (transmiten movimientos entre ejes paralelos) y engranajes cónicos (transmiten movimientos entre ejes perpendiculares). Página 4

5 Engranajes Compuestos. Se basan en la utilización de dos ruedas dentadas acopladas en un mismo eje, que sirven de enlace entre el eje motriz y el eje arrastrado Ventajas e inconvenientes de los engranajes Respecto a las poleas, los engranajes tienen como ventaja más notable el ser más exactos, mas robustos y el no patinar. Como desventajas principales, tienen mayor rozamiento entre los dientes y necesita el uso de lubricantes, y, además sirven para transmitir movimiento entre ejes que están muy próximos entre si. 2. Sistemas de transmisión por cadena Si queremos transmitir movimiento circular entre dos ejes que están separados, pero además necesitamos asegurarnos de que no exista deslizamiento (que no patine), el sistema ideal es el de ruedas dentadas unidas por cadenas de eslabones. Se emplean para lo mismo que los engranajes y las poleas, es decir, para variar la velocidad y la fuerza de un giro. Así pues, la rueda en la que aplicamos la fuerza se denomina motriz, y la que lo recibe se denomina rueda arrastrada. 3. Mecanismo de rueda helicoidal y tornillo sinfín. Hasta ahora hemos visto como transmitimos movimiento entre ejes paralelos (Sistemas de poleas, engranajes y sistemas de cadena y piñones), pero si lo que queremos es transmitir movimiento entre ejes perpendiculares (ejes que forman un ángulo recto o 90º ), tendremos que utilizar el mecanismo de rueda helicoidal con tornillo sinfín (figura adjunta). En realidad el tornillo sinfín funciona como un engranaje que tiene un solo diente. Cada vez que gira un vuelta completa hace avanzar la rueda dentada un diente, por lo que para que la rueda dé una vuelta completa es necesario que el tornillo haya dado tantas vueltas como dientes tenga la rueda. Página 5

6 4. Relación de transmisión o de velocidades. En todos los sistemas vistos hasta ahora, es decir, transmisión por poleas, engranajes y, por cadenas, el aumento o disminución de fuerza y velocidad que se consigue con un sistema de transmisión depende de la relación de transmisión o de velocidades, la cual se define: Relación de transmisión en un sistema de poleas= Diámetro polea arrastrada Diámetro polea motriz Relación de transmisión en un sistema de engranajes = Dientes engra naje arrastrado Dientes en gra naje motriz Dientes rueda arrastrada Relación de transmisión de un sistema de cadena y piñones = Dientes rueda motriz Es decir, si por ejemplo en un sistema de poleas, el diámetro de la polea arrastrada es dos veces mayor que el diámetro de la polea motriz, la velocidad de giro de la segunda polea será la mitad que la de la primera, pero la fuerza que podrá realizar será el doble. Ejercicio: 1. Tenemos dos poleas de radios 8 cm y 24 cm respectivamente. Si la polea grande tira de la pequeña. Cuál será la relación de transmisión?. Cuál será la velocidad de giro de la polea pequeña si la polea grande gira a 60 revoluciones por minuto?. Página 6

7 MECANISMOS QUE TRANSFORMAN MOVIMIENTO Estos mecanismos se caracterizan porque pueden convertir un tipo de movimiento en otro diferente. Así por ejemplo podemos convertir movimientos rotatorios en lineales y viceversa. 1. Mecanismo de biela y manivela. Manivela y cigüeñal Una manivela es un dispositivo que permite comunicar un movimiento de giro a un eje. Se emplea para multiplicar la fuerza. Con una manivela se reduce el esfuerzo necesario para hacer girar un eje. Dicho esfuerzo será tanto menor cuanto mayor sea la distancia del eje a la manivela. Un cigüeñal es un conjunto de dos o más manivelas que están dispuestas sobre un mismo eje. Biela Una biela es una barra rígida que se fija en un punto excéntrico de una rueda y es arrastrada por ella. Un punto excéntrico es cualquier punto que no coincida con el centro de la rueda. A medida que la rueda gira, la biela avanza y retrocede en cada una de las vueltas. Se emplea para transformar un movimiento de giro (el del eje de la rueda) en un movimiento alternativo (el de la barra que es la biela) y también al revés, es decir, un movimiento alternativo (de la biela) o vaivén en otro de giro (el de la rueda). Biela-Manivela La unión de estos dos mecanismos es la que se suele utilizar normalmente cuando lo que queremos es transformar un movimiento de giro (el de la manivela) en otro lineal y alternativo (el de la biela) y viceversa. Así pues, cuando giramos la manivela la biela se ve obligada a retroceder y a avanzar o, cuando producimos un movimiento alternativo en la biela, la manivela se ve obligada a girar (como sucede con el pisón en el motor de un automóvil). Página 7

8 Sistema de biela y manivela Cigüeñal y cilindro de motor de explosión 2. Mecanismo de levas. Una leva es una pieza con una forma especial que gira solidariamente con un eje, con el que está unido directamente o por medio de una rueda. Normalmente las levas más utilizadas tienen forma de ovoide (huevo). Se emplea para transformar un movimiento de giro (el del eje de la leva) en un movimiento alternativo pero nunca al contrario, ya que se trabaría la leva. La leva, al girar, comunica su movimiento a otro mecanismo al que hace subir y bajar, según que esté o no en contacto con ella. 3. Mecanismo de tornillo. El tornillo, es otro mecanismo que transforma el movimiento circular o de giro en lineal, pero nunca al contrario al igual que el mecanismo de levas. En su aplicación para unir piezas, consta de un cilindro en cuya superficie se ha tallado un surco en forma helicoidal. A esto se le llama rosca y para que avance el tornillo debe enroscarse dentro de un agujero también roscado, llamado tuerca. 4. Mecanismo de piñón y cremallera. Es una combinación de una rueda dentada (piñón) y una barra recta que también tiene dientes (cremallera), engranados ambos entre sí. En realidad una cremallera es un engranaje plano y su movimiento, por tanto, es rectilíneo. Puede transformar un movimiento de giro (el del piñón) en otro lineal (el de la cremallera) y también al revés, es decir, un movimiento lineal (el de la cremallera) en otro de giro (el del piñón) Página 8

9 ACTIVIDADES DE REFUERZO 1. Problemas de Mecanismos que transmiten movimiento. PALANCAS Ejemplo: Dónde harías girar la viga para que se pusiera en equilibrio? M 1 = Fuerza. Distancia = 12 (N). 2(cm) = 24 (N.cm) (+) M 2 = Fuerza. Distancia = 4(N). 8(cm) = 32 (N.cm) (-) Calculamos primero los momentos de todas las fuerzas, en nuestro caso, dos fuerzas, implica que tenemos que calcular dos momentos (M 1 y M 2 ) El momento total será suma de los momentos con su correspondiente signo, esto es: M t = M 1 + M 2 = 24 + (-32) = -8 (N.cm) (-) Al salir un momento total negativo, quiere decir que la barra girará hacía la derecha, es decir, a favor de las agujas del reloj. Por tanto para poner la barra en equilibrio, tendré que girarla en sentido contrario, es decir, hacía la izquierda. En la siguiente barra, la distancia entre rayitas es de 1 cm. Calcula: a) El momento que ejerce cada una de las fuerzas representadas respecto del apoyo (O). b) El momento total (suma de todos los momentos anteriores con su correspondiente signo). c) La barra girará hacia algún lado? Qué fuerza hay que aplicar a la palanca en A para poner la carga en equilibrio?. Página 9

10 Qué fuerza hay que aplicar a B para poner el columpio en equilibrio?. ENGRANAJES Y SISTEMAS DE CADENAS Y TORNILLO SINFIN Observa la figura. Cuántas vueltas hay que dar a la manivela para conseguir que el limpiaparabrisas vaya y venga una vez?. Suponer que la rueda mayor tiene 70 dientes y las dos más pequeñas 40 dientes cada una. Página 10

11 ACTIVIDADES Y EJERCICIOS EXPERIMENTA: 1. Monta un sistema de engranajes en tres ejes, de forma similar al que hicimos con poleas. Comprueba la posibilidad de subir peso. Ha habido ahora algún problema con el deslizamiento?. 2. Hallar la relación de transmisión del sistema de engranajes del dibujo. Cambia el engranaje intermedio por cualquier otro. Vuelve a hallar de nuevo la relación de transmisión. Qué valor da? A qué conclusión llegas? 3. Tenemos en el aula de Tecnología motores que giran a una determinada velocidad, revoluciones por minuto (r.p.m.). Vamos a montar una reductora que baja esa velocidad 240 veces. Para ello: Utiliza el piecerio de transmisión para realizar el montaje. A qué velocidad gira realmente el motor? ACTIVIDADES Y EJERCICIOS CALCULA Y RAZONA: 1. En una bicicleta con plato de 54 dientes y piñón de 18 dientes, la rueda trasera tiene una circunferencia exterior de 200 cms. Hallar a que velocidad en Km/h circula un ciclista que da 100 pedaladas por minuto. (Se entiende que una pedalada es una vuelta completa de plato). 2. Sabiendo que los diámetros son proporcionales al número de dientes de cada engranaje, tenemos una bicicleta cuyo plato mide 210 mm. De diámetro y los piñones son respectivamente de 100, 90, 80, 70 y 60 mm.. Queremos que cada giro de pedales completo se convierta en tres vueltas de la rueda. Qué piñón debemos engranar?. Página 11

12 2. Problemas de Mecanismos que transforman el movimiento. CALCULA Y RAZONA: 1. El mecanismo pistón-biela-cigüeñal de un motor de explosión, necesita realizar un recorrido (carrera) de 10 cm. Qué diámetro debe tener la excéntrica de la manivela (cigüeñal) para conseguirlo?. Razona tu respuesta. 2. Tenemos un motor industrial que gira a 1500 r.p.m.. Para reducir su velocidad y multiplicar su fuerza, se le ha acoplado al eje un tornillo sinfín y un engranaje helicoidal. Hallar la velocidad de salida del engranaje si este tiene 40 dientes. INVESTIGA: 1. Fíjate en el soporte del taladro de tu aula de Tecnología y observarás que el movimiento de subida y bajada del mismo se consigue con un mecanismo de piñóncremallera. Cuenta el número total de dientes de la cremallera. Este dato te indica algo?. Observa el número de dientes que pasan cuando das una vuelta completa al mecanismo de subida y bajada. Puedes deducir el número de dientes del piñón?. 2. Utiliza el calibre o una regla para contar el número de roscas que tiene un tornillo cualquiera en 1 cm. De longitud. Deduce el paso de rosca en mm. (aproximadamente) y calcula su velocidad de avance lineal si gira a razón de 10 vueltas por minuto. Página 12

13 ANALIZA Y DISEÑA: En el escaparate de una zapatería queremos colocar un muñeco anuncio, parecido al de la figura, que con uno de sus brazos realice un movimiento de subida y de bajada. Diseña, aplicando los mecanismos de transformación de movimiento conocidos, un sistema que solucione este problema y que sea accionado por un motor eléctrico. Cómo construir bielas Página 13