Según la colocación del punto de apoyo, hay tres tipos o géneros de palanca

Transcripción

1 MECANISMOS QUE TRANSMITEN MOVIMIENTO Mecanismos de transmisión lineal: La palanca Consiste en una barra rígida que se articula denominado punto de apoyo (o fulcro), que hace posible que la barra gire. La fuerza que se sea vencer con la palanca se denomina Resistencia (R), mientras que la fuerza motriz aplicada recibe el nombre de potencia (F). Las distancias de las líneas de acción de estas dos fuerzas al punto de apoyo se conocen como brazo de resistencia (br) y brazo de potencia (bf), respectivamente. Cuando la palanca está en equilibrio, la expresión que define su comportamiento se denomina Ley de la Palanca, que se puede enunciar así: La potencia por su brazo es igual a la resistencia por el suyo. Así, si aumentamos la longitud del brazo de la potencia, la potencia que debemos aplicar para vencer una resistencia será menor (el esfuerzo no será tan grande). Lo mismo sucede si disminuimos la longitud del brazo de la resistencia. Según la colocación del punto de apoyo, hay tres tipos o géneros de palanca La polea La polea es un disco que puede girar alrededor de su eje y que dispone en el borde de una acanaladura por la que se hace pasar una cuerda, un cable o una correa. La función que desempeña una polea fija es modificar la dirección de la fuerza aplicada. Las poleas pueden ser: Fijas: si su eje de rotación permanece fijo. En este caso, los valores de la potencia y la resistencia son iguales. F F = R M Móviles: si su eje de rotación se puede desplazar de forma lineal. En este caso la potencia que es necesario aplicar es igual a la mitad de la resistencia que se trata de vencer. - Polipastos. combinación de poleas fijas y móviles dando lugar a mecanismos más complejos. Entre ellos tenemos:

2 Polipasto potencial: está formado por una serie de poleas, la mitad fija y la otra mitad móviles. Por el canal de todas ellas, pasa una única cuerda. F = R M 2. n n = número poleas móviles En caso de que el número de poleas sea impar la fórmula será: F = R M n n = número total de poleas Polipasto exponencial: por cada polea móvil pasa una cuerda diferente. Cada una de las cuerdas tiene un punto fijo el otro móvil. Mecanismos de transmisión circular Ruedas de fricción

3 RELACIÓN DE TRANSMISIÓN Es la relación de velocidades entre la rueda conducida (o receptor) y la rueda conductora (o motriz), o lo que es lo mismo, entre la rueda de salida y la rueda de entrada. Donde i = n 2 n 1 n2 es la velocidad de la rueda conducida n1 es la velocidad de la rueda motriz i es la relación de transmisión TIPOS - Ruedas de fricción exteriores: Tienen forma cilíndrica. En ellas, el contacto se produce entre sus superficies exteriores. Estas ruedas giran en sentido inverso una de la otra. - Ruedas de fricción interiores: también de forma cilíndrica, el contacto se produce entre la superficie interior de la rueda mayor y la exterior de la rueda menor. Ambas giran en el mismo sentido. -Ruedas de fricción troncocónicas: Tienen forma de tronco de cono y el contacto se produce entre sus superficies laterales. Se utilizan cuando los árboles de transmisión no son paralelos. Como en el caso de las ruedas exteriores, también producen la inversión de giro Polea con correa Transmite un movimiento giratorio de un eje a otro, pudiendo modificar sus características de velocidad y sentido. Normalmente los ejes tienen que ser paralelos, pero el sistema también puede emplearse con ejes que se cruzan a 90º

4 DESCRIPCIÓN El sistema se compone, básicamente, de dos ejes (conductor y conducido), dos poleas (conductora y conducida) y una correa; a los que se les puede añadir otros operadores como poleas locas o tensores cuya finalidad es mejorar el comportamiento del sistema. La finalidad de cada operador es la siguiente: El Eje conductor es el eje motriz, el que dispone del movimiento que tenemos que transmitir al otro eje. El Eje conducido es el eje que tenemos que mover. Polea conductora es la que está unida al eje conductor. Polea conducida es la que está unida al eje conducido. La Correa es un aro flexible que abraza ambas poleas y transmite el movimiento de una a otra. Puede resultar interesante observar que los dos tramos de la correa no se encuentran soportando el mismo esfuerzo de tensión: uno de ellos se encuentra bombeado (flojo) mientras que el otro está totalmente tenso dependiendo del sentido de giro de la polea conductora (en la figura anterior el tramo superior estaría flojo mientras el inferior estaría tenso) CARACTERÍSTICAS Este sistema de transmisión de movimientos tiene muchas ventajas: mucha fiabilidad, bajo coste, funcionamiento silencioso, no precisa lubricación, tiene una cierta elasticidad... Por estas razones es tan usado en aparatos electrodomésticos (neveras, lavadoras, lavavajillas...), electrónicos (aparatos de vídeo y audio, disqueteras...) y en algunos mecanismos de los motores térmicos (ventilador, distribución, alternador, bomba de agua...). Su principal desventaja consiste en que cuando la tensión es muy alta la correa puede llegar a salirse de la polea, lo que en algunos casos puede llegar a provocar alguna avería más seria RELACIÓN DE VELOCIDADES La transmisión de movimientos entre los dos ejes está en función de los diámetros de las dos poleas, cumpliéndose en todo momento: Donde:

5 D 1 = Diámetro Polea conductora N 1 = Velocidad de giro Polea conductora D 2 = Diámetro Polea conducida. N 2 = Velocidad de giro Polea conducida. Empleando poleas y correas también es posible invertir el sentido de giro de los dos ejes sin más que cruzar las correas TREN DE POLEAS Un tren de un sistema de poleas con correa consiste en la combinación de más de dos poleas. Veamos un ejemplo: Se puede observar el movimiento circular se va reduciendo más a medida que añadimos más poleas y más correas, pues el tren de poleas lo constituyen en realidad tres reductores. n1 = velocidad de la polea motriz 1 n2 = velocidad de la polea conducida 1 = velocidad de la polea motriz 2 n3 = velocidad de la polea conducida 2 =velocidad de la polea motriz 3 n4 = velocidad de la polea conducida 3 La relación de transmisión del sistema es i = n4 / n1 Se puede hallar esta relación de transmisión a partir de la relación de transmisión de cada par de poleas: i = i1 i2 i3

6 siendo i 1 = n 2 / n 1 = d 1 / d 2 i 2 = n 3 / n 2 = d 2 / d 3 i 3 = n 4 / n 3 = d 3 / d 4 Si solo tenemos los diámetros de las poleas, se puede calcular la relación de transmisión con la expresión: Ejes y árboles i = D 1.D 3. Producto poleas conductoras = D 2.D 4. Producto poleas conducidas Un eje es un elemento, normalmente cilíndrico, que gira sobre sí mismo y sirve para sostener diferentes piezas. Atendiendo a la forma de trabajo, los ejes pueden ser: Ejes fijos: Permiten el giro de los elementos mecánicos situados sobre ellos, pero no giran solidariamente con ellos, es decir, los elementos mecánicos giran libremente sobre ellos. Ejes giratorios: pueden girar solidariamente con algunos de los elementos situados sobre ellos. Un árbol es un elemento de una máquina, cilíndrico o no, sobre el que se montan diferentes piezas mecánicas, por ejemplo, un conjunto de engranajes o poleas, a los que se transmite potencia. Pueden adoptar diferentes formas (rectos, acodados, flexibles ). Los arboles (también llamados árboles de transmisión) giran siempre junto con los órganos soportados. Como consecuencia de su función, están sometidos fundamentalmente a esfuerzos de torsión y flexión. La diferencia esencial entre los ejes y los arboles es la siguiente: Los primeros son elementos que sustentan (sostienen o soportan) los órganos giratorios de las máquinas y no transmiten potencia (se dice que no están sometidos a esfuerzos de torsión), mientras que los árboles son elementos que transmiten potencia y si están sometidos a esfuerzos de torsión.

7 Engranajes y tren de engranajes Se conoce con el nombre de tren de engranajes al conjunto de dos o más ruedas dentadas que tienen en contacto sus dientes de forma que, cuando gira una, giran las demás. Tienen las siguientes ventajas: Las ruedas no pueden resbalar una con respecto a la otra. Transmiten grandes esfuerzos La relación de transmisión se conserva siempre constante. Al engranaje que transmite el movimiento se le denomina piñón, y al que lo recibe, rueda. Este sistema de transmisión (como el de ruedas de fricción) invierte el sentido de giro de dos ejes contiguos, cosa que podemos solucionar fácilmente introduciendo una rueda loca o engranaje loco que gira en un eje intermedio. Para el cálculo de la relación de transmisión entre engranajes se tiene en cuenta el número de dientes de cada rueda en vez de su diámetro: i = n 2 n 1 = Z 1 Z 2 i = relación de transmisión n 2 = número de vueltas rueda conducida n 1 = número de vueltas rueda conductora Z 1 = número de dientes engranaje conductor Z 2= número de dientes engranaje conducido Para un tren de engranajes: i = i1 i2 i3... siendo i1 = n2 / n1 = Z1 / Z2 i2 = n3 / n2 = Z2 / Z3 i3 = n4 / n3 = Z3 / Z Usando engranajes se puede transmitir el movimiento de dos modos, según como se dispongan los ejes: Entre ejes paralelos, que pueden ser: o Engranajes entre dientes rectos. o Engranajes entre dientes helicoidales. Entre ejes perpendiculares, que pueden ser o Transmisión entre ejes que se cortan. o Transmisión entre ejes que se cruzan

8 Transmisión entre ejes paralelos Se utiliza para la transmisión entre ejes (o árboles) con poca separación, siendo la forma de los piñones o ruedas dentadas, cilíndrica. Normalmente el tallado de los dientes es sobre la superficie exterior de la rueda, aunque también puede ser interior. Dientes Rectos Son los más sencillos de fabricar y se utilizan en máquinas para transmitir pequeños esfuerzos. Se emplea en maquinaria que utilice ejes cuya velocidad no es muy elevada, ya que es un sistema ruidoso y causa vibración. Además de producir mucho ruido, tiene el inconveniente de transmitir el esfuerzo sólo sobre el diente que está engranado. Para caracterizar una rueda dentada con dientes rectos, es necesario definir una serie de parámetros básicos que son: Diámetro primitivo (d p): es el conjunto de puntos en los que se produciría el contacto si, para la misma relación de transmisión la propagación del movimiento se realizase mediante cilindros de fricción. Diámetro exterior (d e): es el correspondiente a la circunferencia que limita exteriormente los dientes. Diámetro interior (d i): es el que corresponde a la circunferencia que limita interiormente los dientes. Modulo (m): es el cociente entre el diámetro primitivo d p y el número de diente z que posee la rueda, esta magnitud se mide en mm, normalmente. Para que dos ruedas engranen una condición principal es que tengan el mismo módulo. Paso circular (p): es el arco de la circunferencia primitiva limitado entre dos flancos homólogos de dos dientes consecutivos. El paso se puede obtener dividiendo la longitud de la circunferencia primitiva L p entre el número de dientes. Altura de cabeza de diente (h c): es la distancia desde la circunferencia primitiva hasta la parte más exterior del diente. Altura de pie de diente (h f): es la distancia desde la circunferencia primitiva hasta la parte más interior del diente. Espesor del diente (s): es el grosor del diente medido sobre la circunferencia primitiva. Ancho del diente (b): es la longitud del diente en anchura. Tabla de cálculos engranajes dientes rectos: Módulo (mm) m = dp z Paso (mm) Diámetro exterior (mm) Diámetro interior (mm) Altura de la cabeza (mm) Altura del pie (mm) de = dp + 2hc di = dp 2hf hc = 1. m hf = 1,25. m Espesor del diente (mm) Espesor del hueco (mm) Anchura del diente (mm) Distancia entre centros ruedas p = π. m s = p s = p b = 10m dc = D p + d p 2

9 Sistema cadena-piñón Transmite un movimiento giratorio entre ejes paralelos, pudiendo modificar la velocidad, pero no el sentido de giro. Este sistema consta de una cadena sin fin (cerrada) cuyos eslabones engranan con ruedas dentadas (piñones) que están unidas a los ejes de los mecanismos conductor y conducido. Este sistema aporta beneficios sustanciales respecto al sistema correa-polea, pues al emplear cadenas que acoplan en los dientes de los piñones se evita el deslizamiento que se producía entre la correa y la polea. Otras ventajas e inconvenientes de este sistema pueden ser: Presenta la gran ventaja de mantener la relación de transmisión constante (pues no existe deslizamiento) incluso transmitiendo grandes potencias entre los ejes (caso de motos y bicicletas), lo que se traduce en mayor eficiencia mecánica (mejor rendimiento). Además, no necesita estar tan tensa como las correas, lo que se traduce en menores averías en los rodamientos. Presenta el inconveniente de ser más costoso, más ruidoso y de funcionamiento menos flexible (en caso de que el eje conducido cese de girar por cualquier causa, el conductor también lo hará, lo que puede producir averías en el mecanismo motor o la ruptura de la cadena), así como el no permitir la inversión del sentido de giro ni la transmisión entre ejes cruzados; además necesita una lubricación (engrase) adecuada. Dientes helicoidales Tienen la particularidad de que varios dientes están engranados a la vez. Esto da lugar a que el esfuerzo de flexión se reparta entre ellos durante la transmisión, lo que hace que las posibilidades de rotura sean menores. Además, así se disminuye el ruido durante el funcionamiento. El único inconveniente es que al estar inclinados los dientes se produce una fuerza axial (en el sentido de los ejes) sobre los cojinetes de apoyo del eje. Existen los mismos parametros que en los rectos pero se consideran tres pasos y tres módulos: Pc = (π.dp)/z Pn = Pc. cosβ Px = Pn/senβ siendo β=ángulo de la hélice; Pc=paso circunferencial; Pn=paso normal y Px=paso axial

10 Transmisión entre ejes que se cortan Los engranajes suelen ser: a) De dientes rectos: engranajes cónicos. b) De dientes helicoidales: engranajes cónicos helicoidales. Ambos tipos tienen las superficies primitivas troncocónicas. Esta transmisión permite transferir esfuerzos importantes, pero, al mismo tiempo, se generan grandes fuerzas axiales. Transmisión entre ejes que se cruzan Existen dos formas básicas a) Tornillo sinfín y rueda cóncava: Tiene la ventaja de que solamente se puede transmitir el movimiento del tornillo a la rueda cóncava (corona) y nunca al revés, lo que permite que se pueda utilizar en aplicaciones en las que una vez que el motor se ha parado, no sea arrastrado por el propio peso. Permite la transmisión de esfuerzos muy grandes y a la vez tiene una relación de transmisión muy baja. El mecanismo consta de una rueda conducida dentada, y un tornillo, que es la rueda motriz. Ejemplo de ello pueden ser los tornos para sacar agua o subir materiales, ascensores, etc. La relación de transmisión es: i = 1 Z siendo Z el número de dientes rueda dentada b) Engranajes helicoidales: