Unidad 6: Mecanismos

Transcripción

1 Unidad 6: Mecanismos INTROUIÓN Si observamos a nuestro alrededor, observaremos que estamos rodeados de objetos que se mueven o tienen capacidad de movimiento. Los elementos de la transmisión por cadena de la bicicleta, los engranajes de un reloj, una polea para elevar un peso son algunos de los mecanismos más sencillos que se encuentran formando parte de muchos objetos. Los mecanismos son elementos destinados a transmitir y transformar fuerzas y movimientos desde un elemento motriz (motor) a un elemento receptor. Permiten al ser humano realizar determinados trabajos con mayor comodidad y menor esfuerzo. Según su función, los mecanismos se pueden clasificar en mecanismos de transmisión del movimiento y en mecanismos de transformación del movimiento. MENISMOS E TRNSMISIÓN EL MOVIMIENTO Transmiten el movimiento, la fuerza y la potencia producidos por un elemento motriz (motor) a otro punto. TRNSMISIÓN LINEL Polea Es una rueda ranurada que gira alrededor de un eje, estando éste sujeto a una superficie fija. Por la ranura de la polea se hace pasar una cuerda, cadena o correa, que permite vencer una resistencia R, aplicando una fuerza F. Polea fija. Se encuentra en equilibrio cuando la fuerza F es igual a la resistencia R, que representa a la carga; es decir, cuando F=R. Sirve para cambiar la dirección del esfuerzo y nos permite subir o bajar cargas con facilidad, aunque el esfuerzo aplicado es igual que el peso del objeto que se levanta. Polea móvil. Es un conjunto de dos poleas, una fija, y otra que puede desplazarse linealmente. Se encuentra en equilibrio cuando F=R/2, es decir, el esfuerzo que necesitamos es la mitad que el peso a levantar. cambio, si tiramos de un metro de cuerda, la carga sólo se levanta medio metro. 2 60

2 Polipasto. Es un tipo especial de montaje constituido por dos grupos de poleas: fijas y móviles. medida que aumenta el número de poleas, el mecanismo se hace más complejo, pero el esfuerzo necesario para vencer la resistencia disminuye. on el polipasto, es posible levantar cargas muy elevadas. Palanca La palanca es una barra rígida que gira en torno a un punto de apoyo o articulación, también llamada fulcro. En un punto de la barra se aplica una fuerza F con el fin de vencer una resistencia R, que actúa en otro punto de la misma. La palanca se encuentra en equilibrio cuando el producto de la fuerza F por su distancia al fulcro, d es igual al producto de la resistencia R por su distancia al fulcro, r. Esta es la denominada ley de la palanca, que matemáticamente se expresa así: F d = R r Hay tres tipos de palanca: de primer, segundo y tercer grado: 3 61

3 Transmisión circular Ruedas o poleas Son sistemas de dos o más ruedas que se encuentran en contacto bien directamente o a través de correas. Las ruedas de fricción son que se encuentran en contacto directo. Una de la ruedas se llama motriz o de entrada y al girar provoca el movimiento de la rueda conducida o de salida, en sentido contrario. Los sistemas de poleas con correas son conjuntos de poleas o ruedas situadas a cierta distancia, que giran simultáneamente por efecto de una correa. Si tenemos una rueda motriz con un diámetro 1 que gira a una velocidad N1 y una rueda conducida con un diámetro 2 que gira a una velocidad N2, se cumple que: o lo que es lo mismo: 1 N1 = 2 N2 i = 1/2 = N2/N1 (relación de transmisión) En la igualdad anterior, los diámetros se expresan en unidades de longitud (normalmente milímetros) y las velocidades en revoluciones por minuto (r.p.m.) Si la rueda motriz es más pequeña que la conducida, la segunda rueda gira más despacio que la primera. Se dice entonces que el mecanismo es reductor. Si la rueda motriz es más grande que la conducida, la segunda rueda gira más rápido que la primera. Se dice entonces que el mecanismo es multiplicador. Engranajes Son juegos de ruedas que poseen salientes denominados dientes, que encajan entre sí, de modo que unas ruedas arrastran a las otras. Todos los dientes han de tener la misma forma y tamaño. 4 62

4 El movimiento del eje motriz se transmite al eje conducido a través de los engranajes. En este caso, la relación de transmisión i, depende del número de dientes de cada rueda, al que denominamos con la letra Z. sí, se umple siempre que: Transmisión por cadena Z1/Z2 = N2/N1 Es una mezcla de la transmisión por correa y los engranajes. Permite transmitir movimiento entre ejes que están separados entre sí. Evita los resbalamientos de las correas, por lo que permite transmitir más potencia. Tornillo sinfin - corona Es un mecanismo que sirve para transmitir un movimiento circular entre dos ejes que se cruzan perpendicularmente. Un tornillo gira engarzado a un engranaje (corona o piñón) de forma que se produce una gran reducción de velocidad. Es un mecanismo no reversible, ya que si gira el tornillo, también lo hace el engranaje, pero si intentamos hacer girar esta último, el mecanismo permanece bloqueado. En el sinfín-corona de la figura, la relación de transmisión es igual al número de dientes de la corona, ya que para que ésta dé una vuelta, el sinfín tiene que dar tantas como dientes tenga. Ejemplo: si la corona tiene 16 dientes, el sinfín deberá dar 16 vueltas para que la corona dé una. 5 63

5 MENISMOS E TRNSFORMIÓN EL MOVIMIENTO Son aquellos mecanismos que transforman un movimiento circular en rectilíneo, o viceversa. onjunto manivela-torno Una manivela es una barra que está unida a un eje al que hace girar. La fuerza necesaria para que el eje gire es menor que la que habría que aplicarle directamente. El mecanismo que se basa en este dispositivo es el torno, que consta de un tambor que gira alrededor de su eje a fin de arrastrar un objeto. on él, transformamos un movimiento circular en rectilíneo. Un torno está en equilibrio cuando se cumple la igualdad que puedes ver en el dibujo. e esta forma, cuanto más larga sea la manivela y menor el diámetro del tambor, mayor será la fuerza que podremos vencer. Piñón cremallera Se trata de un mecanismo en el que hay una rueda dentada angarzada a una cremallera, es decir una barra recta dentada, uando la rueda dentada gira, la cremallera se desplaza con un movimiento rectilíneo. Este macanismo es reversible, es decir, que si se desplaza la cremallera, hacemos girar el piñón, con lo que estamos transformando un movimiento rectilíneo en circular. Se utiliza en direcciones de automóviles, sacacorchos, puertas de corredera, taladradoras, etc. 6 64

6 iela-manivela Está formado por una manivela y una barra denominada biela. Ésta se encuentra articulada por un extremo con dicha manivela y, por el otro, con un elemento que describe un movimiento alternativo. l girar la rueda, la manivela transmite un movimiento circular a la biela que experimenta un movimiento de vaivén. Este sistema también funciona a la inversa, es decir, transforma un movimiento rectilíneo alternativo de vaivén en un movimiento de rotación. Su importancia fue decisiva en el desarrollo de lallocomotora de vapor, y en la actualidad se utiliza en motores de combustión interna, limpiaparabrisas, máquinas herramientas, etc. OTROS MENISMOS Trinquete Es un dispositivo de seguridad que permite el giro en un sentido y lo impide en el contrario. Se utiliza en relojería, como elemento tensor de cables de seguridad en máquinas elevadoras, frenos, etc. 7 65

7 1. uántos tipos de palancas conoces? Pon al menos dos ejemplos de cada tipo. 2. qué distancia del punto de apoyo deberá colocarse na para equilibrar el balancín con su hermano Javier? 3. qué distancia del punto de apoyo deberá colocarse María (25 kg) para equilibrar el balancín con su hermano Álvaro (50 kg)? 4. En este balancín el punto de apoyo no está en el centro. En el brazo más corto se sienta un chico que pesa 45 kg. uánto deberá pesar la chica para levantarlo? El chico está sentado a 0,5 m del punto de apoyo, y la chica a 1 m. 5. ibuja, siguiendo el esquema, los dos grupos de palancas que faltan y di sus nombres. 66

8 6. lasifica los diferentes tipos de palancas según su grado: 67

9 7. ompleta las siguientes frases: a. Una balanza es una palanca de ya que el punto se encuentra situado entre b. Un cortafotos es una palanca de ya que el punto se encuentra situado entre c. Un pedal de la rueda de un afilador es una palanca de ya que el punto se encuentra situado entre 8. Indica hacia dónde se inclina la balanza o si está equilibrada. Justificar cada caso 9. ompleta la siguiente tabla: 10. Observando las palancas representadas en las siguientes figuras: a. Localiza en ellas la situación del fulcro, la potencia y la resistencia y di de qué tipo de palanca se trata. b. qué distancia debe sentarse el niño para poder equilibrar el columpio? c. Qué fuerza habrá que hacer para equilibrar la carga? 68

10 11. ompleta con las siguientes palabras: UMENT POLIPSTO OS MÓVILES ESFUERZO FIJS El conjunto de dos o más poleas se denom ina. Está constituido por grupos de poleas: y. medida que el número de poleas, el mecanismo se hace más complejo, pero el disminuye. a. 12. El polipasto es una combinación de poleas: Indica qué se pretende con ello b. Explica cómo funciona el siguiente polipasto c. ibuja el polipasto más sencillo que se pueda construir 13. uál es la fuerza que hay que ejercer para levantar un peso de 100 N? on un polea on dos poleas on cuatro poleas F= F= F= 14. alcula la fuerza que hay que ejercer para levantar un peso de 80 Kgf en los siguientes casos? on un polea on dos poleas on cuatro poleas F= F= F= 69

11 15. Indica el sentido de giro de todas las poleas, si la polea motriz (la de la izquierda) girase en el sentido de las agujas del reloj. Indica también si se son mecanismos reductores o multiplicadores de la velocidad. E F G 16. Identifica cada uno de los siguientes mecanismos con su nombre e indica con flechas el sentido del movimiento en cada uno de ellos. Escribe además si es un mecanismo de TRNSMISIÓN o de TRNSFORMIÓN de movimiento. 70

12 17. Observa la máquina inventada por Leonardo da Vinci y responde a las siguientes preguntas: (1 punto) a) umenta o disminuye la velocidad? Por qué? b) Varía el ángulo del eje de giro del mecanismo? c) ambia el sentido de giro? d) Varía el tipo de movimiento? e) ómo podrías aumentar la velocidad de las aspas? 18. Si tenemos un motor que gira a 1000 r.p.m. con u na polea de 20 cm acoplada en su eje, unida mediante correa a una polea conducida de 60 cm. a. Representa el sistema de poleas en dos dimensiones, indicando cuál es la polea motriz y la conducida, y los sentidos de giro mediante flechas b. uál es la relación de transmisión i c. Qué velocidad adquiere la polea ONUI en este montaje? d. Se trata de un mecanismo reductor o multiplicador de la velocidad? 19. Si tenemos un motor que gira a 1000 r.p.m. con una polea de 50 cm, acoplada en su eje, unida mediante correa a una polea conducida de 10 cm. a. Representa el sistema de poleas en dos dimensiones, indicando cuál es la polea motriz y la conducida, y los sentidos de giro mediante flechas b. uál es la relación de transmisión i c. Qué velocidad adquiere la polea ONUI en este montaje? d. Se trata de un mecanismo reductor o multiplicador de la velocidad? 71

13 20. Si tenemos un motor que gira a 1000 r.p.m. con una polea de 40 cm, acoplada en su eje, unida mediante correa a una polea conducida de 40 cm. a. Representa el sistema de poleas en dos dimensiones, indicando cuál es la polea motriz y la conducida, y los sentidos de giro mediante flechas b. uál es la relación de transmisión i c. Qué velocidad adquiere la polea ONUI en este montaje? d. Se trata de un mecanismo reductor o multiplicador de la velocidad? 21. En el siguiente mecanismo, a. alcula la relación de transmisión b. Si la motriz da 100 vueltas uántas vueltas da la polea conducida? 22. partir de los datos de la figura, calcular la velocidad con la que girará la polea de mayor diámentro. = 2 cm (motriz) b =8 cm (conducida) n = 160 r.p.m. (motor) 72

14 23. Si tenemos un motor que gira a 100 r.p.m. con una polea de 40 cm, acoplada en su eje, unida mediante correa a una polea conducida de 10 cm. a. Representa el sistema de poleas en dos dimensiones, indicando cuál es la polea motriz y la conducida, y los sentidos de giro mediante flechas b. uál es la relación de transmisión i c. Qué velocidad adquiere la polea ONUI en este montaje? d. Se trata de un mecanismo reductor o multiplicador de la velocidad? 24. Un motor que gira a r.p.m. tiene montado en su eje un piñón de 20 dientes y está acoplado a otro engranaje de 60 dientes. a. ibujar el esquema del mecanismo b. alcular la relación de transmisión. c. alcular las revoluciones por minuto a las que gira el eje de salida 25. Observa el siguiente dibujo y sabiendo que el engranaje motriz tiene 14 dientes y gira a 4000 rpm y el conducido 56. a. Se trata de una transmisión que aumenta o reduce la velocidad?, justifica tu respuesta. b. alcula el número de revoluciones por minuto de la rueda conducida. c. Si la rueda motriz gira en el sentido de las agujas del reloj, en qué sentido girará la rueda conducida? 26. Tenemos el siguiente sistema de transmisión formado por dos engranajes. El engranaje (motriz) tiene 15 dientes y gira a 120 rpm. El engranaje (conducido) tiene 60 dientes. alcula: a) La velocidad de giro del engranaje. b) Las vueltas que dará al cabo de 1 hora. c) Si gira a la derecha, dibuja el sentido de giro de. ómo podrá conseguirse que y girasen en el mismo sentido? 73

15 27. Un motor que gira a 100 r.p.m. tiene montado en su eje un engranaje de 60 dientes y está acoplado a otro engranaje de 20 dientes. a. ibujar el esquema del mecanismo b. c. alcular la relación de transmisión. alcular las revoluciones por minuto a las que gira el engranaje conducido d. Se trata de un mecanismo reductor o multiplicador? 28. Si tenemos un motor que gira a 900 r.p.m. con una polea de 12 cm acoplada en su eje, unida mediante correa a una polea conducida de 36 cm. a. Representa el sistema de poleas en dos dimensiones, indicando cuál es la polea motriz y la conducida, y los sentidos de giro mediante flechas b. uál es la relación de transmisión i c. Qué velocidad adquiere la polea ONUI en este montaje? d. Se trata de un mecanismo reductor o multiplicador de la velocidad? 29. Tenemos un motor que gira a 3000 r.p.m. con un engranaje de 45 dientes acoplado en su eje. Sabiendo que el engranaje conducido posee 15 dientes: a. Indica cuál es el motriz y el conducido, y los sentidos de giro mediante flechas b. uál es la relación de transmisión i c. Qué velocidad adquiere el engranaje ONUIO en este montaje? d. Se trata de un mecanismo reductor o multiplicador de la velocidad? 30. La figura representa un plato y un piñón de una bicicleta. l dar una vuelta al pedal observamos que el piñón da tres vueltas. a) uál es la relación de transmisión? b) Si pedaleamos a 50 rpm, a qué velocidad girará la rueda? 31. Observa el engranaje de la figura en el que la rueda motriz gira (movimiento de entrada) a 40 rpm y la rueda de salida a 120 rpm. a) uál es la rueda de entrada y la de salida? b) Se trata de un mecanismo multiplicador o reductor de velocidad? c) uál es su relación de transmisión? 74

16 d) Si la rueda motriz gira a 100 r.p.m., a qué velocidad gira la rueda de salida? 32. Observa el mecanismo de la figura en el que el motor gira a 15 rpm y la rueda de salida gira a 5 rpm: a) Se trata de un mecanismo multiplicador o reductor de velocidad? b) uál es su relación de transmisión? c) Si motor girara a 90 rpm, a qué velocidad gira la rueda de salida? d) Si volvemos a variar la velocidad del motor y vemos que la rueda de salida gira a 120 rpm, a qué velocidad gira ahora el motor? 33. Observa el mecanismo de la figura en el que la velocidad del motor se reduce en dos etapas. Los dos engranajes son idénticos y la relación de transmisión de cada uno de ellos es de 1/3. a) Si el motor gira a 45 rpm, a qué velocidad gira la rueda de salida? b) uál es la relación de transmisión del conjunto? 75

17 34. TEST E MENISMOS 1. Una máquina simple que es un cilindro con una rosca helicoidal se llama... a) engranaje helicoidal. b) tornillo. c) rueda. 2. Para que con una palanca nos cueste poco elevar una carga, el punto de apoyo ha de estar... a) cerca de la carga. b) cerca de la fuerza. c) en el centro. 3. En una polea simple, si la carga que se quiere levantar pesa 100 N, se debe estirar con una fuerza... a) mayor. b) menor. c) igual. 4. En un mecanismo formado por dos engranajes rectos, el ángulo del eje de giro... a) varia 90. b) varia 45. c) no varia. 5. En una transmisión por cadena el sentido de giro... a) es el mismo. b) se invierte. c) va de izquierda a derecha 9 Los mecanismos no reversibles son: a) El piñón cremallera y la leva b) Los engranajes cónicos y el tornillo sin fín c) El tornillo sin fin y la leva 10. El mecanismo de la figura corresponde a un... a) Engranaje cónico b) Engranaje cónico helicoidal c) Engranaje recto. 11. Un tornillo sin fin es un mecanismo de... a) transmisión de movimiento. b) transformación de movimiento. c) inversión de movimiento. 12. En el mecanismo de la figura, el movimiento de la rueda superior derecha será... a) horario. b) antihorario. c) de izquierda a derecha. 6. En una cadena de una bicicleta la transmisión del movimiento va... a) del plato al piñón. b) del piñón a la rueda delantera. c) del piñón al plato. 7. En el mecanismo de la figura la relación de transmisión es de... a) Rt = 1 b) Rt = 1/2 c) Rt = 2 8. En el mecanismo piñón-cremallera el movimiento se transmite... a) del piñón hacia la cremallera. b) de la cremallera hacia el piñón. c) en los dos sentidos. 13. Los mecanismos que transforman el movimiento son: a) El piñón cremallera, la leva y la biela-manivela b) Los engranajes cónicos y el tornillo sin fín c) El tornillo sin fin y la leva 14. La velocidad de los engranajes se mide en: a) Revoluciones b) Revoluciones por hora c) Revoluciones por minuto OMPLET EST TL ON L LETR E L SOLUIÓN E PREGUNT EL TEST

18 TEST E MENISMOS 1 2 En el caso de que el engranaje girase en el sentido indicado en la figura Hacia dónde giraría el engranaje?. No se puede determinar. Indistintamente hacia 1 ó 2. Hacia 1. Hacia 2 En qué sentido girará el engranaje en el caso de que el engranaje lo hiciese en el sentido que marca la flecha?. Sentido 1. Sentido 2. No se puede determinar. Indistintamente hacia 1 ó 2 3 uando el engranaje gire en el sentido indicado, en qué dirección girará el engranaje?. No se puede determinar. Indistintamente hacia 1 ó Si el tornillo sinfín gira en el sentido indicado, en qué sentido girará la rueda? No se puede determinar. Indistintamente hacia 1 ó 2 5 Si el piñón gira en el sentido indicado, en qué sentido se moverá la cremallera?. Indistintamente hacia 1 ó No se moverá 6 Si hacemos girar la polea en el sentido indicado, en qué sentido girará el ventilador? Indistintamente hacia 1 ó 2. No se puede determinar 7 En el caso de que la manivela diese una vuelta, cuánto giraría la manivela?. Menos. Más. Igual. epende de la velocidad de giro 77

19 En qué sentido girará el engranaje en el caso de que el engranaje lo hiciese en el sentido que marca la flecha?. Indistintamente hacia 1 ó 2. Sentido 1. Sentido 2. No se puede determinar Qué eje gira más lentamente?. No se puede determinar. Los dos giran a la misma velocidad. Eje 1. Eje 2 En qué sentido girará la polea, en el supuesto de que la polea lo hiciese en el sentido que marca la flecha?. No giraría. Sentido 1. Sentido 2. No se puede determinar 11 Si el engranaje diese una vuelta, cuánto giraría el engranaje?. Igual. No se puede determinar. Más. Menos 12 Hacia dónde se moverá el jugador al girar la manivela en el sentido indicado?. Hacia 1. Hacia 2. No se moverá. Indistintamente hacia 1 ó 2 13 Qué sucederá cuando la polea se mueva en el sentido indicado?. La puerta permanecerá en su posición. La puerta subirá. La puerta bajará. No se puede determinar En qué caso se mueve el camión a menor velocidad?. No se puede determinar. En ambos casos se mueve a igual velocidad