movement transmition mechanisms

1. Mecanismes de
transmissió del
moviment
Tecnologia 3r ESO

2. Què aprendrem?
 A identificar i descriure les propietats més importants
del mecanismes de transmissió del moviment
 A resoldre càlculs elementals de velocitats, relació
de transmissió, moments i potència en els
mecanismes estudiats
 A elaborar i interpretar esquemes de mecanismes
realitzats amb simbologia normalitzada.

3. Eines, màquines i mecanismes
 EINES: objectes que serveixen per actuar
manualment sobre els materials
 MÀQUINES: tenen per funció bàsica suplir, estalviar
o multiplicar l’esforç humà necessari per a la
realització d’un treball. Necessiten energia per a
funcionar.
 MECANISMES: són les parts o dispositius de les
màquines motrius que s’encarreguen de transmetre
les forces i els moviments per a la realització d’un
treball.

4. 1. Màquina - Mecanisme
Màquina
Està formada per una sèrie de
mecanismes, que permeten
aprofitar, transformar, dirigir o
regular l’acció d’una força, per tal
d’ajudar les persones a realitzar
tasques
Mecanisme
Conjunt de peces (barres, politges,
guies...) que bàsicament fan funcions
de guiatge i transmissió del
moviment relacionat amb les forces
que actuen en una màquina

5. Parts d’una màquina
 MECANISME: conjunts
d’elements mecànics que
desenvolupen i transmeten
moviments i forces. Exemples:
caixa de canvis, engranatges...
 ESTRUCTURA: element o
conjunts d’elements que actuen
com a suport de les forces.
Exemple: cos metàl·lic de la
bicicleta.
 MÀQUINA: conjunt de
mecanismes que transformen
l’energia en treball útil. Contenen
mecanismes que aporten forces i
transmeten moviment. Exemple:
trepant, màquina de cosir,
premsa.

6. Mecanismes
 A les màquines hi ha multitud de mecanismes que
s’encarreguen de la transmissió i/o transformació del
moviment.
TRANSMISSIÓ DEL MOVIMENT:
 Politges i corretges
 Rodes dentades i cadenes
 Engranatges rectes
 Engranatges cònics
 Vis-sens-fi
TRANSMISSIÓ I TRANSFORMACIÓ DEL MOVIMENT:
 Biela – manovella
 Cremallera
 Lleva i excèntrica

7. 2. Mecanismes de transmissió del moviment
 Sempre hi ha un element d’entrada del mecanisme
(element motriu) que transmet el moviment a un
element de sortida (element conduït).

8. 2. Mecanismes de transmissió del moviment
 Funció: transmetre el moviment modificant-ne el
valor o la forma. 2 tipus:
 Transmissió del moviment de rotació: moviment circular
tant d’entrada com de sortida. P. e.: engranatges.
 Transmissió del moviment de translació: moviment lineal
tant d’entrada com de sortida. P. e. :palanca.

9. Exemples

10. 2.1. Transmissió del moviment de rotació.
Estudi del moviment
 El moviment de rotació es transmet des d’un eix o
arbre (element motriu) a un altre (element conduït),
a través de rodes o politges.
 Per exemple: politges, engranatges.

11. 2.1. Transmissió del moviment de rotació.
Magnituds físiques
 Freqüència o velocitat de rotació: número de voltes
que fa el mecanisme per unitat de temps (min -1, s-1, rpm)
 Velocitat angular (ω): és la velocitat de rotació
mesurada en radiants per segon (rad/s). Cal tenir en
compte:
1 volta = 2 π radiants
1 volta/min = 1min-1 = 2π rad/min
1 min-1= 2π /60 rad/s
1s-1= 2π rad/s
 Relació de transmissió (i1→2): relació entre la velocitat
de rotació de la roda conduïda (n2) i la conductora o
motriu (n1):

12. 2.2. Transmissió del moviment de rotació.
Tipus.
2.2.1. Transmissió per politges
2.2.2. Transmissió per engranatges
2.2.3. Transmissió per cadena dentada

13. 2.2.1. Transmissió per politges
 Les politges unides
mitjançant corretges
permeten la transmissió
de moviment rotatori d’un
eix a un altre
 Mecanisme senzill per
transmetre el moviment a
distàncies relativament
grans (p.e. embarrats
antigues torneries)
 Inconvenient: lliscament
de la corretja: fa que la
politja no giri a la velocitat
adequada

14. 2.2.1. Transmissió per politges
 Si n1 i n2 són les velocitats
de rotació de la politja
motriu i la conduïda, i D1 i
D2 els seus respectius
diàmetres:
n1 · D1 = n2 · D2
 Relació de transmissió:

15. 2.2.1. Transmissió per politges
 Con de politges:
conjunt de politges
(generalment 5), amb
diàmetres creixents i
unides entre elles. A
l’arbre conduït s’hi fixa
un altre con idèntic però
en posició invertida.
Permet obtenir fins a 5
relacions de transmissió
diferents canviant la
corretja de posició.

16. 2.2.1. Transmissió per politges
 Tren de politges
 Els trens de mecanismes són la unió de diversos
mecanismes simples.
 Quan volem reduir la velocitat d’un motor, podem fer-ho
amb unes quantes politges unides amb una corretja. Per
exemple:

17. 2.2.1. Transmissió per politges
 La politja 1 mou les politges 2 i 3,
que són solidàries; és a dir, que
comparteixen l'eix.
 Al seu torn, la politja 3 mou la politja
4. D'aquesta manera es transmet el
moviment de l'eix 1 al 2, i de l'eix 2 al
3, reduint-se la velocitat
progressivament en cada eix; és a
dir, que n3 és més baixa que n2, i
n2 és més baixa que n1.
 Més endavant veurem com l’energia
transmesa és sempre la mateixa, és
a dir, que en reduir la velocitat
augmenta la força.
 Per tant, l’eix 3 serà el més lent, però
també el més fort.

18. 2.2.2. Transmissió per engranatges
 Els engranatges estan
constituïts per rodes
dentades.
 Les dents de l’una
s’insereixen dins les de
l’altra.
 En girar l’engranatge
conductor, l’engranatge
conduït gira en sentit
contrari.

19. 2.2.2. Transmissió per engranatges
 En funció del número
de dents de
l’engranatge d’entrada
(z1) i el de sortida (z2)
es pot modificar la
velocitat de rotació i la
força d’entrada i de
sortida del mecanisme.
Relació de transmissió:

20. 2.2.2. Transmissió per engranatges
 Propietats dels engranatges
 No hi pot haver lliscament entre les rodes.
 El gir sincronitzat aporta gran precisió.
 Transmissió de forces elevades.
Animació sobre el funcionament del
canvi de marxes d’un cotxe.

21. 2.2.2. Transmissió per engranatges
 Aplicacions
 Canvis de marxes dels automòbils
 Rellotges
 Màquines eines: per exemple el trepant

22. 2.2.2 Transmissió per engranatges
 Tipus d’engranatges:

23. 2.2.2. Transmissió per engranatges
 Engranatges rectes
Rodes dentades amb les dents
rectes, que formen sistemes de transmissió
robustos.
 Engranatges cònics
Dues rodes dentades de dents obliqües,
que treballen sobre eixos perpendiculars.
 Corones dentades
També s’anomenen engranatges planetaris o epicicloïdals.
Uns engranatges “satèl·lits” o planetes giren dins d’una “òrbita”
que al mateix temps gira sobre el seu propi eix.

24. 2.2.2. Transmissió per engranatges
 Vis sense fi
Aquest sistema permet la transmissió de
Moviment entre eixos que es tallen i que
acostumen a tenir una diferència de 90º.
Fan girar fàcilment els engranatges acoblats, però aquests
difícilment faran girar el vis sense fi. Això ens pot servir com a
“sistema de fre i seguretat”.
 Cremallera
El conjunt està format per una barra dentada i una
roda dentada.
Permet la conversió de moviment rotatori en lineal,
i viceversa.
El cremallera de Núria funciona amb aquest sistema

25. 2.2.2. Transmissió per engranatges
 Tren d’engranatges
 Mecanisme compost per diversos engranatges
 Es pot determinar la relació de transmissió considerant
parelles d’engranatges (motriu – conduït).
 En un tren d’engranatges una mateixa
roda pot ser alhora motriu i conduïda,
ja que primer rep el moviment i després
el transmet.
 Les rodes dentades que giren sobre el mateix eix són
solidàries. Per tant, tenen la mateixa velocitat de
rotació.
 http://www.xtec.cat/~ccapell/engranatges/

26. 2.2.3. Transmissió per cadena o corretja
dentada
 Combina els avantatges de les rodes dentades i els
de les politges.
 Sistema format per unes rodes dentades enllaçades
per una cadena metàl·lica.
 Les dents de la roda s’introdueixen dins de les
baules de la cadena. Així s’evita que la corretja
patini.
 Giren en el mateix sentit.
 La roda de diàmetre més gran és el PLAT. La roda
de diàmetre més petit és el PINYÓ.

27. 2.2.3. Transmissió per cadena o corretja
dentada
Animació sobre els mecanismes d’una bicicleta:

28. 2.2.3. Transmissió per cadena o corretja
dentada
 El càlcul de velocitats es fa a partir del nombre de
dents del plat i del pinyó.
 La relació de transmissió també depèn del nombre
de dents:

29. 2.2.3. Estudi del moviment de transmissió
per cadena o corretja dentada
 Si un plat te 32 dents i un pinyó en te 24 i fem 45
pedalades per minut, quantes voltes farà el pinyó?
 A quina velocitat anirà la bicicleta?
 En una pujada posem el plat petit i el pinyó gran.
Quina explicació teòrica té això?
 Si per cada volta del plat el pinyó en fa 5, podem
saber el nombre de dents del plat i el pinyó?

30. 2.3. Transmissió de força i potència
 En quin mecanisme farem més força per aixecar la
caixa?
 En quin dels dos la caixa pujarà més ràpidament?

31. 2.3. Transmissió de força i potència
 Tant en la transmissió per politges com per
engranatges, una força F genera el moviment de la
roda motriu, que és transmès a la roda conduïda a
través de les dents o de la corretja.
 Moment de la força:
És el producte de la força per la distància entre el punt
on s’aplica la força i el centre de rotació.
M1= F· r1
M2 = F· r2
On r1 i r2 són els radis de les rodes motriu i conduïda.
Com més gran sigui el radi de la roda, més gran serà el seu
moment.
El moment d’una força es mesura en newtons-metre (N· m)

32. 2.3. Transmissió de força i potència
 La relació de transmissió també es pot calcular a
partir del moment de les forces:
 Quan el moment d’una força augmenta, la força serà
més gran, però la velocitat més petita. Si el moment
disminueix, la força serà més petita i la velocitat més
gran.
 Això ho podem veure en els canvis de plat i pinyó
que fem quan anem amb bicicleta.

33. 2.3. Transmissió de força i potència
 Recordem els conceptes de treball i potència:
 TREBALL: és l’acció d’aplicar una o més forces sobre un cos i
provocar o modificar el seu moviment. Es mesura en joules.
 POTÈNCIA: és la rapidesa amb què es duu a terme el treball. Es
mesura en watts.
 En el cas d’un moviment de rotació, la potència es pot expressar en
funció del moment de la força i la velocitat angular.
 Recordem que la velocitat angular es relaciona amb la velocitat de
rotació de la següent manera:

34. 3. Mecanismes de transformació del
moviment
3.1. Mecanisme biela –
manovella
3.2. Lleves i excèntriques

35. 3.1. Mecanisme biela - manovella
 Transforma de manera
il·limitada el moviment circular
en rectilini, i a l’inrevés.
 El moviment rectilini és
alternatiu a dreta i esquerra.
 La posició del pistó més
allunyada del centre de gir del
cigonyal és el punt mort
superior (PMS).
 La posició del pistó més
propera del centre de gir del
cigonyal és el punt mort
inferior (PMI).
 La distància entre PMS i PMI
s’anomena cursa, i correspon
al diàmetre de la
circumferència de gir del
cigonyal.

36. 3.2. Lleves i excèntriques
 Transformen el
moviment circular en
rectilini alternatiu, però
no a l’inrevés.
 L’aplicació de les lleves
més coneguda és en
els motors d’explosió,
per obrir i tancar les
vàlvules d’entrada i
sortida dels gasos del
cilindre (arbre de
lleves).

37. 3.2. Lleves i excèntriques
 La lleva és un element de forma ovoïdal que en girar fa
moure una altra peça (el seguidor) que s’hi troba
recolzada.
 El seguidor es desplaça amunt i avall descrivint un
moviment rectilini alternatiu. Es manté sempre en
contacte amb la superfície de la lleva gràcies al seu propi
pes o per l’acció d’una molla.
 El recorregut vertical màxim que pot efectuar el seguidor
s’anomena cursa.
 Per cada volta de lleva, el seguidor completa 2 curses.

38. 3.2. Lleves i excèntriques
 L'excèntrica és un disc que gira al voltant d'un eix
desplaçat del centre de la circumferència. En aquest
cas el seguidor sempre està en moviment.

39. 3.3. Altres mecanismes de transformació del
moviment
3.3.1. PINYÓ - CREMALLERA
 El mecanisme es compon d'una barra dentada
(cremallera) i un pinyó (corona o roda dentada).
Perquè el mecanisme engrani correctament, el pas
del pinyó i el de la cremallera (distància entre dues
dents veïnes) han de ser iguals.
 Si el pinyó té z dents de pas p, aleshores el
perímetre del pinyó val z · p i és igual a 2 ·
π· r (longitud de la circumferència on r és el radi del
pinyó).
z · p = 2 · π · r
 Exemple: tren cremallera de Núria.

40. 3.3. Altres mecanismes de transformació del
moviment
3.3.2. EL CARGOL O VIS SENSE FI:
 Mecanisme que permet l'acoblament entre una rosca i una
roda dentada.
 La transmissió de moviment circular es fa entre eixos que
s'encreuen i formen un angle de 90º.
 La rosca s'anomena vis sense fi i té el mateix pas p que la roda
dentada, de manera que engranen perfectament.
 El moviment es transmet només en un sentit, però té
l'inconvenient que el fregament provoca un gran desgast dels
dos elements.

41. Embragatges, frens i inversors del gir
 EMBRAGATGE: permet connectar o
desconnectar un eix o arbre motriu
amb un altre eix o arbre conduït per a
aconseguir que tots dos tinguin o no la
mateixa velocitat de rotació.
 Per exemple: entre el motor i la caixa de
canvis de l’automòbil.
 FRENS: són mecanismes dissipadors
d'energia mecànica que permeten reduir
la velocitat d'un mecanisme o una
màquina fins a aturar-lo si cal.
 INVERSORS DE GIR: són mecanismes
que permeten invertir el sentit de gir per
a fer que una màquina funcioni en dos
sentits.
 Estan formats per uns engranatges
especials anomenats engranatges
epicicloïdals o planetaris. Els automòbils
disposen d'aquests mecanismes.