RESUMEN TEMA 10: ELEMENTOS MECÁNICOS TRANSFORMADORES DEL MOVIMIENTO Y DE UNIÓN 1.- Elementos mecánicos transformadores del movimiento: Son los elementos encargados de transformar o cambiar el tipo de movimiento de entrada y el movimiento de salida de la máquina. Vamos a distinguir entre cuatro tipos de movimiento: Movimiento lineal: la máquina se mueve en línea recta en un solo sentido. Ejemplo: puerta de garaje. Movimiento alternativo: la máquina se mueve en línea recta alternativamente en ambos sentidos. Ejemplo: máquina de coser Movimiento circular: la máquina gira en un solo sentido. Ejemplo: taladro Movimiento de vaivén: la máquina describe un arco en ambos sentidos. Ejemplo: limpiaparabrisas de un coche. Mecanismos transformadores de movimiento Aplicaciones Transformación de movimiento circular en movimiento lineal y/o viceversa Transformación de movimiento circular en movimiento alternativo y/o viceversa Transformación de movimiento circular en movimiento circular Transformación de movimiento circular en movimiento de vaivén Piñón-cremallera Tornillo- tuerca Excéntrica Leva Pistón-Biela-manivela Cigueñal Trinquete Rueda libre Articulaciones Apertura y cierre de puerta automáticas Prensas para vino, y aceites, gato de coche etc Sierras mecánicas de vaivén Apertura y cierre de válvulas de motores Motores de combustión interna Impide el giro en un sólo sentido Permite la transmisión en un solo sentido Limpiaparabrisas de coche 2.- Transformación de movimiento circular en movimiento lineal: Piñón cremallera: Consiste en la transmisión de movimiento desde una rueda dentada llamada piñón a otro engranaje rectilíneo llamado cremallera. Los dientes de la cremallera son trapezoidales. Transforma el movimiento rotativo del engranaje piñón en movimiento lineal de la cremallera. Cuando el elemento motriz es la cremallera se transforma el movimiento lineal en rotativo. 1
Fórmulas Símbolo mecánico módulo m primitivo Z Paso =distancia entre dos dientes= p = m. π (mm) Avance= d cremallera (mm) = m. π. Z p. n piñón = = p. Z p. n piñón Velocidad= V cremallera (mm/min) = m. π. Z p. n piñón = = p. Z p. n piñón Z = número de dientes del piñón. n = vueltas del piñón n = velocidad de rotación del piñón en rpm. Ventajas Sistema suave y preciso. Puede transmitir potencias mecánicas elevadas. Dirección de coches Taladro de columna Puertas de garaje Sacacorchos Aplicaciones Tornillo y tuerca: Transforma el movimiento de giro en rectilíneo cuando a uno de los dos elementos tornillo o tuerca se le impide girar o desplazarse o ambas cosas a la vez. Se dan los siguientes casos: Tuerca fija (no gira ni se desplaza), el tornillo a la vez que gira se desplaza. Tornillo fijo (no gira ni se desplaza), la tuerca a la vez que gira se desplaza. Tuerca impedida en el giro y el tornillo impedido el desplazamiento, el tornillo gira y la tuerca se desplaza. Esta es la aplicación más utilizada. Tornillo impedido en el giro y la tuerca impedida en el desplazamiento, la tuerca gira y el tornillo se desplaza. La principal aplicación es el movimiento de cargas y la sujeción de objetos. Fórmulas Avance= d t (mm) = p. n t Velocidad= V t (mm/min) = p. n t p =Paso tornillo =distancia entre dos filetes n = vueltas del tornillo o tuerca n = velocidad de rotación del tornillo o tuerca (rpm). El paso es igual a la longitud que avanza el tornillo o tuerca en cada vuelta Ventajas Inconvenientes Aplicaciones Muy reductor del movimiento (el tornillo gira a gran velocidad y la tuerca avanza lentamente). Consigue grandes fuerzas de empuje Gran ajuste y precisión en el desplazamiento. El sistema no es reversible (no podemos aplicarle un movimiento longitudinal y obtener uno giratorio). Tornillo de banco Desplazamientos de mesas de máquinas (torno, fresadoras, ) Prensas Gatos de coches Mecanismos de grifos 2
Forma de la leva Forma del seguidor Departamento de Tecnología. IES Nuestra Señora de la Almudena Mª Jesús Saiz 3.- Transformación de movimiento circular en movimiento alternativo: Leva y excéntrica: Una pieza es excéntrica cuando su eje de giro no coincide con su centro geométrico. Leva: Es una pieza metálica o de plástico, generalmente excéntrica con una forma determinada, sujeta a un eje, que al moverse produce el desplazamiento de una varilla o seguidor, que se adopta al contorno de la leva Fórmulas r 2 Carrera = r 2 r 1 1 rev leva 1 ida y vuelta del seguidor o varilla r 1 Seguidor periférico El movimiento del seguidor será lineal alternativo adaptándose a la forma de la leva Seguidor oscilante El movimiento del seguidor es de vaivén Leva de disco La leva tiene forma de disco y son las más empleadas. utilizan en la apertura de válvulas en los motores de explosión Leva cilíndrica La leva se adapta al contorno de un cilindro y el seguidor se desplaza de forma longitudinal Ventajas Inconvenientes Aplicaciones Desplazamiento suave en el seguidor. Sistema no reversible. Apertura y cierre de válvulas Biela y manivela: Se trata de un mecanismo capaz de transformar el movimiento circular en movimiento alternativo o viceversa. Dicho sistema está formado por un elemento giratorio denominado manivela 3
que va conectado con una barra rígida llamada biela, de tal forma que al girar la manivela la biela se ve obligada a retroceder y avanzar, produciendo un movimiento alternativo del pistón al que va unido. Longitud manivela Manivela Biela Guía Émbolo o Pistón Carrera Fórmulas 1 vuelta manivela =1 ida y vuelta del émbolo o pistón Carrera de la biela = 2. L manivela El ejemplo actual más común se encuentra en el motor de combustión interna de un automóvil, en el cual el movimiento lineal del pistón producido por la explosión de la gasolina se trasmite a la biela y se convierte en movimiento circular en el cigüeñal. Cigüeñal: Es un caso particular aplicado a varias bielas-manivelas que funcionan de forma simultánea. Cuando la biela produce el movimiento motriz (como en el caso de un "pistón" en el motor de un automóvil), la manivela se ve obligada a girar. Al producirse la explosión en el cilindro, debido a la quema de combustible (gasolina, gasóleo, queroseno, etc.) mezclado con oxígeno, el pistón se desplaza y provoca medio giro de la manivela. Los siguientes tres giros (de 90º cada uno) se encargan de hacerlos los otros tres pistones, en orden 4
secuencial. El elemento que coloca adecuadamente cada pistón en el lugar que le corresponde es el cigüeñal. El cigüeñal está formado por un árbol acodado donde se colocan las bielas. Este elemento trabaja a flexión y torsión. 4.- Transformación de movimiento circular en movimiento circular: Trinquete: Es un mecanismo que permite a un engranaje girar hacia un lado, pero le impide hacerlo en sentido contrario, ya que lo traba con dientes en forma de sierra Los trinquetes se pueden clasificar en: Reversibles. Permiten variar el sentido del bloqueo según interese en cada momento. No reversibles. Siempre bloquean el sentido de giro en la misma dirección. Los trinquetes pueden ser exteriores, interiores y frontales. Trinquetes Exteriores Interiores Frontales Rueda libre: Consiste en un sistema instalado en un eje que permite que los piñones giren libremente en una dirección y se mantengan solidarios en la dirección contraria. Se utilizan unos trinquetes que empujados por un muelle para que, en la dirección de giro en la que se realiza la transmisión, se engranen con el resto del mecanismo para transmitir la potencia. En la dirección contraria los trinquetes son empujados hacia el eje y el resto del mecanismo gira libremente. En las bicicletas, este proceso produce el clásico ruido de carraqueo de la bicis cuando se deja de pedalear. Aplicaciones: Rueda trasera de bicicletas. 5
Motor de arranque de automóviles. Permite transmitir el movimiento desde el motor de arranque al motor térmico. Una vez que el motor térmico está en marcha y su velocidad de giro supera a la del motor de arranque, se desacopla para que las altas revoluciones alcanzadas no dañen el motor eléctrico. 5.- Transformación de movimiento circular en movimiento de vaivén: Articulaciones: Una articulación mecánica es un tipo de enlace entre dos sólidos que obliga a que ambos se muevan compartiendo un punto en común, trasladándose juntos pero dejando libre algunos de los grados de libertad de orientación entre ambos. 6.- Elementos mecánicos de unión: Los mecanismos y piezas de una máquina se unen entre sí mediante los elementos mecánicos de unión, que pueden ser desmontables o fijos. Uniones desmontables: cuando las piezas pueden separarse con facilidad, sin romper el medio de unión. Elementos roscados: Tornillo pasante y tuerca Prisioneros Espárragos Pernos Tornillos roscachapa Tornillos tirafondos Mecanismo de tornillo que enrosca en una tuerca. Los elementos a unir no van roscados Dispositivo mecánico con rosca, con o sin cabeza, que sirve para impedir el giro o movimiento entre piezas, tales como un eje y un collar. El tornillo prisionero pasa por la rosca de la primera pieza y tiene una punta que se presiona firmemente contra la segunda pieza, impidiendo de esta manera el movimiento. Es un elemento que posee rosca en sus dos extremos, donde uno de ellos entra en una pieza roscada previamente y en el otro se coloca una tuerca, con el objeto de realizar una unión. Elemento roscado sólo en una zona que se aprieta o afloja mediante una tuerca Son tornillos de rosca cortante o autorroscantes. Van realizando la rosca a medida que son introducidos. La punta del tornillo es en forma de cono. Se usan para metales, maderas y plásticos. Se utilizan para madera. A medida que se introduce el tornillo, se va realizando la rosca. La parte roscada supone ¾ partes de su longitud. 6
Pasadores Chavetas Lengüetas Guías Otros elementos de unión: Son piezas de forma cilíndrica o cónica que sirven para sujetar elementos de máquinas. No suelen transmitir grandes esfuerzos Son piezas prismáticas que se interponen entre dos piezas para unirlas e impedir el giro de una pieza respecto a la otra. Son piezas prismáticas que se utilizan para unir dos piezas, pero pueden permitir el desplazamiento entre ambas piezas Elementos de sujeción que permiten el desplazamiento de una pieza respecto a la otra Chaveta Lengüeta con tornillo Uniones fijas: para que las piezas se separen es necesario romper el elemento de unión, y a veces, se deterioran las piezas.. Remaches: Los remaches son varillas cilíndricas con una cabeza en un extremo que sirven para unir varias chapas o piezas de pequeño espesor de manera permanente. Se fabrican de metales blandos, como acero suave, aluminio, latón, etc. Roblones: Son remaches cuyo diámetro es mayor de 10 mm Ajuste a presión: Se denomina ajuste a presión, o ajuste con aprieto, a aquel que se realiza cuando el eje es más grande que el agujero donde se va a colocar. Dependiendo de la diferencia entre medidas, el aprieto será más fuerte o más débil. Cuando se requiere un aprieto fuerte, es necesario calentar previamente la pieza donde está el agujero para que se dilate; seguidamente se introduce el eje y, finalmente, se deja enfriar todo el conjunto. Este es el método que se emplea para fijar el bulón a la biela y al pistón. Si el aprieto es débil, la pieza se introducirá en el agujero a presión, manualmente o mediante prensas. Adhesivos: Sirven para unir dos superficies, interponiendo una capa de un material con alto poder de adherencia 7
Soldadura: Consiste en la unión permanente de dos o más metales, mediante calor en la zona de unión hasta que el material de aportación funda, uniendo así ambas superficies, o cuando el propio material de las piezas se funde y las une. Si el material de aportación es similar al de las piezas, se denomina soldadura homogénea y, si es distinta, soldadura heterogénea. Con la soldadura homogénea se consigue una unión mejor al fundirse las piezas y luego enfriarse. Aquellas piezas que no van a estar sometidas a grandes esfuerzos se pueden unir a temperaturas inferiores, interponiendo un material distinto que tenga menor temperatura de fusión (soldadura heterogénea). Soldadura blanda: se emplea para soldar componentes electrónicos. Como metal de aportación se usa una aleación de estaño y plomo que suele fundir a unos 230ºC. El soldador aporta el calor necesario para fundir la aleación. Soldadura fuerte: la superficie a soldar se recubren con un material antioxidante (bórax). Se aporta calor con un soplete de gas y se añade el fundente (varillas de Cu-Zn ó Cu-Zn_Ag). La temperatura puede llegar hasta los 1000ºC Soldadura oxiacetilénica o autógena: El calor necesario se obtiene de la llama de un soplete por el que sale acetileno y oxígeno.. La temperatura alcanzada puede llegar a los 3.000ºC. Como metal de aportación se emplea un material igual al de las piezas a unir. Soldadura eléctrica: Se emplea para unir piezas metálicas, generalmente de acero. Consiste en hacer saltar un arco eléctrico entre dos electrodos. Con ese calor se funde una porción de las partes de las piezas que se van a unir. 8