1. UU.DD. 3 LOS MECANISMOS DPTO. DE TECNOLOGÍA CURSO 09-10 IES. JOSÉ ISBERT

3. También los romanos usaron máquinas simples. Una de ellas, que todavía se emplea en la actualidad es la báscula denominada “romana”. Está basada en una palanca y es muy similar a un balancín, cuyos brazos son desiguales. En el más corto hay un platillo donde se pone la mercancía a pesar. El más largo tiene una pesa que puedes deslizar sobre él y lleva marcadas las unidades de peso. Su funcionamiento es el siguiente: una vez puesta en el plato la mercancía a pesar, con una mano se sujeta la romana por el punto de giro de la palanca y con la otra mano se mueve la pesa deslizante hasta lograr que la barra quede perfectamente horizontal. Cuando se queda quieta, se hace la lectura sobre la escala que lleva grabadas las unidades de peso. Las modernas y complejas máquinas de nuestros días nos asombran por su capacidad de trabajo. Sin embargo, no son nada más que la hábil e inteligente combinación de un conjunto de elementos más simples.

5. Resistencia Potencia Apoyo Apoyo Resistencia Potencia Apoyo Potencia Resistencia Existen tres tipos de palancas. Se diferencian entre sí por la situación de los elementos que las componen (fulcro, potencia y resistencia) 2.1.- Tipos de palancas Las palancas de segundo género tienen la resistencia entre el punto de apoyo y la potencia. Ejem: carretilla (aquí la potencia es aplicada sobre los mangos de la carretilla. El punto de apoyo estará situado en el eje de giro de la rueda y la resistencia es la carga de la carretilla Son palancas de primer género las que tienen el punto de apoyo entre la potencia y la resistencia. Ejm; alicates (aquí, el punto de apoyo está situado entre la potencia (mangos) y la resistencia (hojas de corte) Las palancas que tienen la potencia entre el punto de apoyo y la resistencia son de tercer género . Ejem: pinzas (aquí, el punto de apoyo está en el extremo que une sus brazos, la resistencia en el extremo donde se sujeta el objeto y la potencia se aplica entre ambos.

6. 2.2.- Ley de equilibrio de la palanca La ley de equilibrio de la palanca establece que la potencia por su brazo es igual a la resistencia por el suyo. P · B p = R · B r Tanto en las palancas de 1 er como de 2º género se ahorra esfuerzo, por ejm. en un balancín se pueden montar dos chicos uno con mayor peso que otro. Para que puedan balancearse el chico de mayor peso tendrá que situarse más cerca del punto de apoyo, es decir, disminuir el brazo de resistencia y aumentar el brazo de potencia. De la misma manera, en una carretilla el brazo de potencia es mayor que el de resistencia, con lo que conseguiremos, una vez más, transportar grandes cargas con menos esfuerzo. En el caso de las palancas de 3 er género no se aumenta el efecto de la potencia aplicada, pues el brazo de potencia siempre es menor que el brazo de resistencia. Un dato muy importante cuando trabajamos con palancas es la distancia a la que está situado cada peso del punto de giro de la palanca. En un balancín, cuyo punto de giro está en el centro de la barra, la persona de mayor peso levantará a la más ligera, pero si pudiéramos aumentar la longitud de la barra donde está sentada la persona más ligera, sucedería lo contrario, la ligera levantaría a la pesada. Ejm: Juan pesa 80 Kg y está a 1m del punto de giro del balancín, y Luis, que pesa 40 Kg, está situado a 2 m del punto de giro. En este caso, la palanca está equilibrada, ya que 80x1 es igual a 40x2. ¿Qué sucederá si Luis se aleja del punto de giro del balancín?. Llegará un momento en que conseguirá levantar a Juan, aunque pesa mucho menos.

7. 3.- Poleas y Polipastos Las poleas son operadores mecánicos formados por una rueda acanalada por la que pasa una cuerda denominada correa. La polea gira alrededor de un eje que la atraviesa por el centro. Existen dos tipos básicos: fijas y móviles. Además, al conjunto formada por poleas fijas y móviles se le conoce con el nombre de polipasto La polea fija consiste en una rueda con un canal en su periferia por donde pasa una cuerda. En un extremo de la cuerda se coloca un peso, que será la resistencia R, y en el otro se aplica la fuerza necesaria para elevarlo o potencia P. En realidad, la polea, es un caso especial de palanca. En ella, el brazo de potencia y el de resistencia son radios de la circunferencia de la polea. El fulcro es el eje alrededor del cual gira la polea. Según la ley de equilibrio de la palanca: P x a = R x b Siendo a y b el radio de la polea, por lo que: P x r = R x r Por tanto: P = R Lo que supone que no ahorramos esfuerzo. Por tanto, la utilidad de la polea fija reside en que para elevar una carga se puede cambiar la dirección del esfuerzo. La fuerza se ejerce hacia abajo y no hacia arriba, con lo que se aprovecha el peso del propio cuerpo y resulta más cómodo elevar la carga, aunque el esfuerzo es el mismo. Es decir, las poleas fijas no reducen el esfuerzo necesario, pero facilitan el trabajo. R F F = R

8. 2 En el caso general de cualquier polipasto la fuerza necesaria para subir una carga (Potencia) se obtiene dividiendo el peso de la carga (Resistencia) entre el doble del número de poleas móviles. Poleas fijas Poleas móviles R F F = R F = R 2n El polipasto más sencillo consta de dos poleas: una fija sujeta a un soporte por medio de un gancho y una móvil conectada a la primera mediante una cuerda. La potencia es la fuerza que se aplica en el extremo libre de la cuerda, y la resistencia es el peso que se trata de elevar con este dispositivo y que cuelga del eje de la polea móvil. Si consideramos que las cuerdas son paralelas, podemos observar que cuando el extremo en el que aplicamos la fuerza P baja una distancia H, la polea móvil se desplaza una altura H/2, dado que la distancia inicial H se reparte entre los dos ramales de la cuerda que sostienen la polea móvil. Aplicando la ley del equilibrio de las máquinas simples: Trabajo del motor = Trabajo resistente, tendremos que: P x H = R x H/2 Despejando Y por lo tanto: Con el polipasto se puede levantar el doble de peso haciendo el mismo esfuerzo . P = R x H 2 x H P = R 2

13. 4.2.- Relación de transmisión: Tren de mecanismos: Tanto con las poleas como con los engranajes es posible modificar la velocidad de giro entre dos ejes, esto es, modificar la relación de transmisión, pero si esta modificación es muy grande, sería preciso utilizar poleas o engranajes de gran diámetro o de muchos dientes. En la mayoría de las ocasiones esto no es posible y hay que recurrir a lo que llamamos trenes de mecanismos. Se trata de sucesiones de mecanismos de transmisión, unidos unos a continuación de los otros, de tal forma que la relación de transmisión que se logra al final del mecanismo es muy grande. Si Rt>1 => Sistema multiplicador Si Rt<1 => Sistema reductor

14. 5.1.-Tornillo-tuerca y piñón-cremallera Tornillo-tuerca. Transforma el movimiento circular de rotación del tornillo en un movimiento lineal del mismo cuando la tuerca está fija, o en movimiento lineal de la tuerca cuando es el tornillo el que no se puede desplazar. Se emplea mucho en sistemas de amarre y sujeción de piezas y en husillos de máquinas. Piñón-cremallera. Este mecanismo consta de una rueda dentada (piñón) y de una barra, también dentada (cremallera), que encaja con el piñón. El funcionamiento más usual consiste en que el piñón arrastre a la cremallera, transformando un movimiento circular en un desplazamiento lineal En algunos casos la cremallera puede funcionar como elemento motor. Por esta razón, podemos decir que es un mecanismo reversible. Giro Avance Piñón Cremallera 5.- Mecanismos de transformación de movimiento A veces es necesario, además de la transmisión de movimientos, la transformación de los mismos. Las poleas y engranajes vistos hasta ahora, siempre se referían al movimiento circular, sin embargo hay otros mecanismos que transforman el movimiento circular en rectilíneo o viceversa. Algunos de ellos son:

15. 5.2.-Mecanismo biela-manivela El mecanismo biela-manivela está compuesto, como su nombre indica, por dos elementos unidos mediante una articulación: la biela, que es una barra rígida, y la manivela. Dado que la unión entre la manivela y el eje de giro es fija y que la unión entre la biela y manivela es móvil, se emplea o bien para transformar un movimiento circular en rectilíneo alternativo (dando vueltas al eje, la biela generaría un movimiento rectilíneo alternativo), o bien para transformar un movimiento rectilíneo alternativo en circular (empujando con un pistón la biela para hacer girar el eje) , siendo por tanto un mecanismo reversible. El giro de la rueda del cigüeñal se transforma en movimiento rectilínea alternativo (ida y vuelta) de un pistón que se mueve en el recorrido marcado por la guía. El pistón tiene una longitud máxima de recorrido que se conoce como carrera. Cuando el pistón recorre la carrera, el cigüeñal da media vuelta. Similitud de funcionamiento del mecanismo biela-manivela con el de la pierna del ciclista y el pedal de la bicicleta. Manivela Biela Cruceta Patín Se trata de un mecanismo muy importante con multitud de aplicaciones: en los motores de explosión de los coches, en las antiguas locomotoras de vapor, en las máquinas de coser, en herramientas mecánicas,…..etc.

16. 5.3.-Cigüeñal y excéntrica circular Cigüeñal . Consiste en una serie de mecanismos biela-manivela que funcionan de forma simultánea. Con él se consigue que la transmisión de la potencia sea más uniforme, ya que se eliminan los puntos muertos. Excéntrica circular . Consiste en una rueda cuyo eje de giro no coincide con su centro geométrico. Es una variante del mecanismo biela-manivela, que se emplea para transformar el movimiento circular en rectilíneo. A A C C C A C Biela Excéntrica Eje Volante de inercia Cilindro Pistón Biela Soportes Cigüeñal Aplicación del cigüeñal: motor de un cilindro Aplicación del mecanismo excéntrico circular a una sierra mecánica C = Codos A = Apoyos

17. 5.4.-Levas Levas. Consisten en resaltes de formas variadas fijos a un eje. Permiten transformar el movimiento circular del eje en movimientos rectilíneos alternativos. El mecanismo completo está formado por la leva, propiamente dicha, y un seguidor que transmite el movimiento. La leva es arrastrada por el eje de giro, al que está unida solidariamente. De este modo el seguidor, que está en contacto permanente con la leva, transforma el movimiento circular en movimiento rectilíneo alternativo. Seguidor Rueda-guía Eje Leva DE DISCO

19. 6.3.- Embragues y sistemas de acoplamiento. Embragues de fricción: Permiten el acoplamiento y desacoplamiento de ejes y árboles de transmisión. Se realiza por la fricción por de dos superficies en contacto. Embragues dentados: Tiene lugar por el acoplamiento de los dientes en los dos partes de lo ejes a unir. Acoplamientos fijos: Para unir ejes y árboles acoplados permanentemente, los ejes deben de estar perfectamente centrados. Acoplamientos móviles: Para unir árboles que pueden desplazarse o formar ángulo entre sí. Ej. Juntas Oldham y Juntas Cardan. 6.3.- Ejes y cojinetes. Los ejes son elementos cilíndricos que giran y sobre los que se montan ruedos u otros mecanismos (engranajes, poleas,….etc). El montaje de los elementos sobre ellos se puede realizar de forma que les sean solidarios o a través de cojinetes para que puedan girar libremente. La mayoría de los cojinetes están formados por dos cilindros concéntricos entre los que se colocan unas bolas o cilindros metálicos.