Máquinas y mecanismos
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MÁQUINASY
MECANISMOS
TECNOLOGÍA 3º ESO
INDICE1. INTRODUCCIÓN2. PALANCA3. POLEAS Y POLIPASTOS4. PLANO INCLINADO, CUÑA Y TORNILLLO5. MECANISMOS DE TRANSMISIÓN DE
MOVIMIENTO6. MECANISMOS DE TRANSFORMACIÓN DE
MOVIMIENTO
1.- INTRODUCCIÓNLos elementos que nos ayudan en la
realización de una tarea o que transforman un tipo de energía en otro reciben el nombre de operadores.
Existen muchos tipos de operadores: O. Mecánicos: palanca, muelle, rueda… O. Eléctricos: interruptor, lámpara… O. Electrónicos: diodos… O. Neumáticos: bomba de aire… O. Hidráulicos: llave de paso de un grifo…
1.- INTRODUCCIÓNNos centraremos en los operadores
mecánicos. Dos o más operadores mecánicos se
unen entre sí formando un mecanismo y varios mecanismos pueden agruparse para formar una máquina.
La máquina es un conjunto de elementos que interactúan entre sí, capaz de realizar un trabajo o aplicar una fuerza.
2.- PALANCA
“Dadme un punto de apoyo y moveré el mundo.”
Arquímedes, siglo III a. C.
2.- PALANCALa palanca es un operador o máquina
simple, máquina porque es capaz de multiplicar la fuerza aplicada y simple porque está compuesta de muy pocos elementos:
Barra rígidaPunto de apoyo
2.1.- TIPOS DE PALANCASa.-Palanca 1er Grado
La palanca de primer grado se caracteriza porque el punto de apoyo se encuentra entre la fuerza aplicada y la fuerza resistente:
2.- PALANCA
Punto apoyo Fulcro
2- PALANCA
F
BF
P.A.
L
b.- Palanca 2º gradoLa palanca de segundo grado se
caracteriza porque la fuerza resistente se encuentra entre el punto de apoyo y la fuerza aplicada:
2.- PALANCA
Punto apoyoFulcro
2.- PALANCA
c.- Palanca 3er gradoLa palanca de tercer grado se caracteriza
porque la fuerza aplicada se encuentra entre el punto de apoyo y la fuerza resistente:
2.- PALANCA
Punto apoyoFulcro
2.- PALANCA
2.2.- LEY DE LA PALANCA
F * BF = R * BR
2.- PALANCA
FF F
BFBF
BF
P.A. P.A. P.A.
2.2.- LEY DE LA PALANCA 2.- PALANCA
Ejercicios:Pág. 51: ejercicio 1Pág. 72: ejercicio 13, 18 y 19Pág. 73: ejercicio 26 los dos últimos
3.- POLEAS, POLIPASTOS Y TORNOS
Las poleas, polipastos y tornos tienen como ventaja mecánica:
Modifica la dirección de aplicación de la fuerza.
Fuerza aplicada es igual o inferior al peso que levanta.
3.1.- POLEAS
Modifica la dirección de aplicación de la fuerza.
m en Kg
P en N P = m * 10
La polea es una rueda con una hendidura en la llanta por donde se introduce una cuerda o una correa. Fuerza aplicada en una polea es igual al peso que levanta.
La ventaja mecánica es:
3.- POLEAS Y POLIPASTOS
3.2.- POLIPASTOSEl polipasto es un
conjunto de poleas combinadas. La ventaja mecánica:
Modifica la dirección de aplicación de la fuerza.
Fuerza aplicada en un polipasto es menor al peso que levanta.
n: número de poleas móviles
3.- POLEAS Y POLIPASTOS
F = R / 2n
3.3.- TORNOEl torno se caracteriza por:
3.- POLEAS Y POLIPASTOS
F * BF = R * BR
4.- PLANO INCLINADO, CUÑA Y TORNILLOEl plano inclinado es una rampa que
sirve para elevar cargas realizando menos esfuerzos:
La cuña es un plano inclinado doble, donde la fuerza que se aplica es perpendicular a la base se transmite multiplicada a las caras de la cuña. La fuerza aumenta más cuanto mayor longitud tienen las caras y menor longitud tiene la base.
4.- PLANO INCLINDO, CUÑA Y TORNILLO
El tornillo es un plano inclinado enrollado sobre un cilindro, cuando se aplica presión se enrosca y se multiplica la fuerza aplicada.
4.- PLANO INCLINDO, CUÑA Y TORNILLO
5.- MECANISMOS DE TRANSMISIÓN Los mecanismos de transmisión son
aquellos que transmiten el mismo tipo de movimiento entre dos puntos alejados. Los más importantes son:
5.1.- Transmisión por engranajes5.2.- Transmisión por correa5.3.- Transmisión por cadena5.4.- Tornillo sin fin y rueda5.5.- Trenes de mecanismos
Los engranajes son ruedas que tienen dientes en todo su perímetro externo (dentadas) y engarzan unas con otras, su función es la de transmitir el movimiento de giro entre dos ejes.
5.- MECANISMOS DE TRANSMISIÓN
5.1.- TRANSMISIÓN POR ENGRANAJES
En los engranajes hay dos ruedas dentadas: la rueda conductora (1) y la rueda conducida (2).
5.- MECANISMOS DE TRANSMISIÓN
5.1.- TRANSMISIÓN POR ENGRANAJES
1
21
2
La relación que siempre se cumple en los engranajes es:
Z1 * w1 = Z2 * w2
Donde:Z1 : Nº dientes rueda 1 w1: velocidad angular rueda 1Z2 : Nº dientes rueda 2 w2: velocidad angular rueda 2 1: Rueda conductora; 2: Rueda conducida
5.- MECANISMOS DE TRANSMISIÓN
5.1.- TRANSMISIÓN POR ENGRANAJES
1
2
Se define como relación de transmisión el cociente entre la velocidad de la rueda conducida o de salida (2) y la velocidad de la rueda conductora o de entrada (1):
i = w2 / w1 = Z1 / Z2
Donde:Z1 : Nº dientes rueda 1 w1: velocidad angular rueda 1Z2 : Nº dientes rueda 2 w2: velocidad angular rueda 2
5.- MECANISMOS DE TRANSMISIÓN
5.1.- TRANSMISIÓN POR ENGRANAJES
1
2
Los mecanismos de transmisión pueden ser:
Multiplicadores: La velocidad de salida o de la rueda conducida es mayor que la velocidad de entrada o rueda conductora. (w2>w1) Reductores: La velocidad de entrada o de la rueda conductora es mayor que la velocidad de salida o rueda conducida. (w1 >w2)
5.- MECANISMOS DE TRANSMISIÓN
5.1.- TRANSMISIÓN POR ENGRANAJES
EJERCICIO 1:Tenemos dos ruedas dentadas engranadas, la rueda motriz (conductora o de entrada) tiene 14 dientes y gira a 1400 rpm y la rueda conducida tiene 56 dientes.a.- Calcula el número de revoluciones por minuto de la rueda conducida.b.- Calcula la relación de transmisión.c. ¿Se trata de una transmisión que aumenta o reduce la velocidad? ¿Reductor o multiplicador?d. Si la rueda motriz gira en el sentido de las agujas del reloj, ¿en qué sentido girará la rueda conducida?
5.- MECANISMOS DE TRANSMISIÓN
5.1.- TRANSMISIÓN POR ENGRANAJES
EJERCICIO 2:Tenemos un sistema de transmisión formado por dos engranajes A y B. El engranaje A (motriz) tiene 15 dientes y gira a 120 rpm, el engranaje B (conducido) tiene 60 dientes. Calcula:a.- La velocidad de giro del engranaje B. b. Calcular la relación de transmisión. c.- Las vueltas que dará B al cabo de 1 hora. d.- Se trata de un mecanismo reductor o multiplicador
5.- MECANISMOS DE TRANSMISIÓN
5.1.- TRANSMISIÓN POR ENGRANAJES
EJERCICIO 3: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. Calcular la relación de transmisiónb. Calcular las revoluciones por minuto a las que gira el engranaje conducido.c. ¿Se trata de un mecanismo reductor o multiplicador?
5.- MECANISMOS DE TRANSMISIÓN
5.1.- TRANSMISIÓN POR ENGRANAJES
EJERCICIO 4: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 conducidob.- Cuál es la relación de transmisión i c. ¿Qué velocidad adquiere el engranaje conducido.d. ¿Se trata de un mecanismo reductor o multiplicador de la velocidad ?
5.- MECANISMOS DE TRANSMISIÓN
5.1.- TRANSMISIÓN POR ENGRANAJES
EJERCICIO 5:Voy pedaleando en la bicicleta, a un ritmo de 75 vueltas completas de pedal cada 5 minutos. a.- ¿A qué velocidad girará el piñón grande de mi bicicleta? b.- Si cambio al piñón pequeño de 13 dientes, ¿a qué velocidad girará ahora este piñón?Datos: Dientes del plato, 52; dientes del piñón grande, 26
5.- MECANISMOS DE TRANSMISIÓN
5.1.- TRANSMISIÓN POR ENGRANAJES
EJERCICIO 6:Dados dos engranajes acoplados:a) Si el engranaje conductor tiene 80 dientes y el conducido 120 dientes, ¿cuál es la relación de transmisión “i”?b) Si el engranaje conductor gira a 1 200 r.p.m., ¿A que velocidad gira el engranaje conducido?c) Es un mecanismo multiplicador o reductor, ¿por qué?
5.- MECANISMOS DE TRANSMISIÓN
5.1.- TRANSMISIÓN POR ENGRANAJES
La transmisión por correa es un mecanismo compuesto por dos poleas unidas mediante una correa.
5.- MECANISMOS DE TRANSMISIÓN
5.2.- TRANSMISIÓN POR CORREA
-Es un mecanismo más silencioso que la transmisión por engranajes.
-La correa puede patinar al transmitir mucho esfuerzo. En ocasiones puede ser positivo porque absorbe frenadas y acelerones del motor.
La correa puede ir cruzada o sin cruzar:
5.- MECANISMOS DE TRANSMISIÓN
5.2.- TRANSMISIÓN POR CORREA
La relación entre las dimensiones de las poleas y sus velocidades de giro son:
Ø1 * w1 = Ø2 * w2
Ø1 Diámetro Polea 1 w1 Velocidad Polea 1 Ø2 Diámetro Polea 2 w2 Velocidad Polea 2
Las velocidades en r.p.m. y el diámetro en cm.
5.- MECANISMOS DE TRANSMISIÓN
5.2.- TRANSMISIÓN POR CORREA
w1
Ø2
Ø1w2
Definimos la relación de transmisión (i) como la relación que existe entre la velocidad de la polea de salida (w2) o conducida y la velocidad de la rueda de entrada (w1)o conductora:
i = w2 / w1
Ø1 Diámetro Polea 1 w1 Velocidad Polea 1 Ø2 Diámetro Polea 2 w2 Velocidad Polea 2
Las velocidades en r.p.m. y el diámetro en cm.
5.- MECANISMOS DE TRANSMISIÓN
5.2.- TRANSMISIÓN POR CORREA
w1
Ø2
Ø1w2
Los mecanismos de transmisión por correa pueden ser:
Multiplicadores: La velocidad de salida o de la polea conducida es mayor que la velocidad de entrada o polea conductora. (w2>w1) Reductores: La velocidad de entrada o de la polea conductora es mayor que la velocidad de salida o polea conducida. (w1 >w2)
5.- MECANISMOS DE TRANSMISIÓN
5.2.- TRANSMISIÓN POR CORREA
EJERCICIO 1:Tengo un sistema de poleas donde la polea de salida tiene 40 cm de diámetro y la de entrada 2 cm de diámetro. Si la polea de entrada gira a 200 r.p.m.a.- Halla la relación de transmisión.b.- Halla la velocidad de la polea de salidac.- ¿Es reductor o multiplicador?
5.- MECANISMOS DE TRANSMISIÓN
5.2.- TRANSMISIÓN POR CORREA
EJERCICIO 2: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.
5.- MECANISMOS DE TRANSMISIÓN
5.2.- TRANSMISIÓN POR CORREA
EJERCICIO 3:Tengo un motor que gira a 1000 r.p.m. acoplado al eje de una polea de 20 cm de diámetro, esta se encuentra unida a una segunda polea, de 60 cm de diámetro, a través de una correa. a.- Representa el sistema de poleas en dos dimensiones, indicando cuál es la motriz y la conducida, además de los sentidos de giro.b.- Halla la velocidad de la polea de salida.c.- Halla la relación de transmisión.c.- ¿Es reductor o multiplicador?
5.- MECANISMOS DE TRANSMISIÓN
5.2.- TRANSMISIÓN POR CORREA
EJERCICIO 4:En el siguiente mecanismoa. Calcula la relación de transmisión b. Si la motriz da 100 vueltas por minuto
¿Cuántas vueltas da la polea conducida?
5.- MECANISMOS DE TRANSMISIÓN
5.2.- TRANSMISIÓN POR CORREA
w1
Ø2
Ø1w2
Ø1 40 mmw1 100 r.p.m.Ø2 20 mm
EJERCICIO 5:Tengo un motor que gira a 1000 r.p.m. acoplado al eje de una polea de 50 cm de diámetro, esta se encuentra unida a una segunda polea, de 10 cm de diámetro, a través de una correa. a.- Representa el sistema de poleas en dos dimensiones, indicando cuál es la motriz y la conducida, además de los sentidos de giro.b.- Halla la velocidad de la polea de salida.c.- Halla la relación de transmisión.c.- ¿Es reductor o multiplicador?
5.- MECANISMOS DE TRANSMISIÓN
5.2.- TRANSMISIÓN POR CORREA
EJERCICIO 6:Tengo un motor que gira a 1000 r.p.m. acoplado al eje de una polea de 40 cm de diámetro, esta se encuentra unida a una segunda polea, de 40 cm de diámetro, a través de una correa. a.- Representa el sistema de poleas en dos dimensiones, indicando cuál es la motriz y la conducida, además de los sentidos de giro.b.- Halla la velocidad de la polea de salida.c.- Halla la relación de transmisión.c.- ¿Es reductor o multiplicador?
5.- MECANISMOS DE TRANSMISIÓN
5.2.- TRANSMISIÓN POR CORREA
La transmisión por cadena es un mecanismo compuesto por dos ruedas dentadas unidas mediante una cadena.
5.- MECANISMOS DE TRANSMISIÓN
5.3.- TRANSMISIÓN POR CADENA
5.- MECANISMOS DE TRANSMISIÓN
5.3.- TRANSMISIÓN POR CADENALa ecuación de equilibrio es la misma
que la transmisión por engranajes.
Z1 * w1 = Z2 * w2
Donde:Z1 : Nº dientes rueda 1 (entrada) w1: velocidad angular rueda 1 (entrada) Z2 : Nº dientes rueda 2 (salida) w2: velocidad angular rueda 2 (salida)
5.- MECANISMOS DE TRANSMISIÓN
5.3.- TRANSMISIÓN POR CADENA
La relación de transmisión será:
i = w2 / w1 i = Z1 / Z2
Donde:Z1 : Nº dientes rueda 1 (entrada) w1: velocidad angular rueda 1 (entrada) Z2 : Nº dientes rueda 2 (salida) w2: velocidad angular rueda 2 (salida)
Hasta ahora los mecanismos han sido de transmisión de movimiento circular entre ejes paralelos, el sistema tornillo sin fin y rueda transmite el movimiento de giro entre dos ejes perpendiculares.
5.- MECANISMOS DE TRANSMISIÓN
5.4.- TORNILLO SIN FIN Y RUEDA
El tornillo sin fin es el elemento de entrada y la rueda el de salida. La rueda no puede mover al tornillo porque se bloquea.
5.- MECANISMOS DE TRANSMISIÓN
5.4.- TORNILLO SIN FIN Y RUEDALa ecuación de equilibrio es la misma
que la transmisión por engranajes.
Z1 * w1 = Z2 * w2
Donde:Z1 : Nº dientes tornillo sin fin (entrada) w1: velocidad angular tornillo sin fin
(entrada) Z2 : Nº dientes rueda (salida) w2: velocidad angular rueda (salida)
5.- MECANISMOS DE TRANSMISIÓN
5.5.- TRENES DE MECANISMOSLos trenes de mecanismos son la unión
de varios mecanismos simples estudiados en los apartados anteriores.
Pueden ser todo el mecanismo con elementos de un mismo tipo o con diferentes tipos de elementos.
5.- MECANISMOS DE TRANSMISIÓN
5.4.- TRENES DE MECANISMOSa.- Tren de engranajes: Son un
conjunto de engranajes donde unos se encuentran engranados con otros de forma consecutiva o continua y/o solidarios teniendo el eje común.
Por ejemplo la caja de cambios de un coche, el bloque multiplicador en un aerogenerador,
5.- MECANISMOS DE TRANSMISIÓN
5.4.- TRENES DE MECANISMOSb.- Tren de poleas: Son un conjunto
de poleas donde unas se encuentran unidas a otras mediante una correa y/o solidarias teniendo el eje común.
Por ejemplo elevador de una grúa,
5.- MECANISMOS DE TRANSMISIÓN
5.4.- TRENES DE MECANISMOSc.- Trenes mixtos: Son un conjunto de
poleas, engranajes donde unos se encuentran unidos a otros engranados directamente o mediante una correa o cadena y/o solidarios teniendo el eje común.
5.- MECANISMOS DE TRANSMISIÓN
ACTIVIDADESEjercicios 20 página 72 y 22 página 73.
6.- MECANISMOS DE TRANSFORMACIÓNLos mecanismos de transformación son
aquellos que cambian el tipo de movimiento: de lineal a circular o a la inversa y de alternativo a circular o a la inversa:
6.1.- Piñón cremallera6.2.- Husillo tuerca6.3.- Biela manivela6.4.- Excéntrica6.5.- Cigüeñal6.6.- Leva seguidor
6.- MECANISMOS DE TRANSFORMACIÓN
6.1.- PIÑÓN CREMALLERAEs un sistema compuesto por un
engranaje o piñón y una barra dentada o cremallera.
Transforma el movimiento circular en lineal o viceversa.
6.- MECANISMOS DE TRANSFORMACIÓN
6.1.- PIÑÓN CREMALLERALos dientes del piñón engranan sobre la
barra dentada, de forma que al girar el piñón sobre su eje se produce un desplazamiento lineal de la cremallera, también puede funcionar a la inversa.
Ejemplos de este tipo de mecanismo son:
-El mecanismo de apertura y cierre de la puerta de acceso al colegio
-La dirección del coche...
6.- MECANISMOS DE TRANSFORMACIÓN
6.1.- PIÑÓN CREMALLERA
6.- MECANISMOS DE TRANSFORMACIÓN
6.2.- HUSILLO TUERCAEs un sistema compuesto por un eje
roscado o husillo y una tuerca.Transforma el movimiento circular en
lineal o viceversa.La tuerca al girar se desplaza
linealmente sobre el husillo o al contrario.
6.- MECANISMOS DE TRANSFORMACIÓN
6.2.- HUSILLO TUERCAUn ejemplo es el mecanismo del gato para
cambiar la rueda del coche, el tornillo de banco…
6.- MECANISMOS DE TRANSFORMACIÓN
6.3.- BIELA MANIVELAEs un sistema compuesto por dos barras
articuladas de forma que una gira (manivela) y la otra se desplaza una guía (biela) .
Transforma el movimiento circular en alternativo o de vaivén.
Por ejemplo la unión entre el pistón del cilindro de un motor y el cigüeñal.
6.- MECANISMOS DE TRANSFORMACIÓN
6.3.- BIELA MANIVELA
6.- MECANISMOS DE TRANSFORMACIÓN
6.4.- EXCÉNTRICAEs un sistema compuesto por una rueda
que tiene una barra rígida unida en un punto de su perímetro.
Transforma el movimiento circular en alternativo y a la inversa.
6.- MECANISMOS DE TRANSFORMACIÓN
6.5.- CIGÜEÑALEs un sistema compuesto por la unión
de múltiples manivelas acopladas a sus correspondientes bielas.
Transforma simultáneamente el movimiento circular en varios movimientos alternativos.
Se emplea para transmitir el movimiento de vaivén de los pistones de un motor al eje.
6.- MECANISMOS DE TRANSFORMACIÓN
6.5.- CIGÜEÑAL
6.- MECANISMOS DE TRANSFORMACIÓN
6.5.- CIGÜEÑAL
6.- MECANISMOS DE TRANSFORMACIÓN
6.6.- LEVA Y SEGUIDORLa leva es un dispositivo que al girar es
capaz de accionar un dispositivo que no está unido a ella pero si apoyado sobre ella de forma alternativa. Transforma el movimiento de giro en movimiento lineal alternativo.
6.- MECANISMOS DE TRANSFORMACIÓN
6.6.- LEVA Y SEGUIDORSe utiliza para abrir y cerrar las válvulas
en los cilindros en un motor de combustión interna (gasolina y diesel).
EJERCICIOS
EJERCICIOSActividad 6 página 59.Actividades 7 y 8 página 61.Actividades 14, 15 y 20 página 72.Actividades 22, 23 y 27 página 73.
EJERCICIOS
ACTIVIDAD 6 PÁG. 59a) El coche avanza y la escalera se levanta.
b) Mecanismo piñón-cremallera.c) No se mueven de forma
independiente el coche y la escalera.
EJERCICIOS
ACTIVIDAD 7 PÁG. 61a) Cigüeñal: el caballo realiza un
movimiento de sube y baja.
b) Mecanismo de transmisión por correa y excéntrica.
c) Cigüeñal y biela: el muñeco cabecea porque las bielas realizan un movimiento alternativo.
EJERCICIOS
ACTIVIDAD 8 PÁG. 61a) Verdaderab) Falsa c) Falsad) Verdadera
EJERCICIOS
ACTIVIDAD 14 PÁG. 72Un polipasto
EJERCICIOS
ACTIVIDAD 15 PÁG. 72
CADENA CORREA
DIFERENCIASUtiliza cadena y ruedas dentadas
Utiliza correa y poleas
VENTAJASTransmite mayores esfuerzos
Absorbe frenadas y acelerones sin romperse
INCONVENIENTES
Más caro y ruidoso Más frágil
ESQUEMA
EJERCICIOS
ACTIVIDAD 22 PÁG. 72a) Sistema de transmisión por cadenab) Sistema de transmisión por correac) Todos hacia la derechad) Z1 = 4 Z2 = 16 w1 = 6 rpm
EJERCICIOS
ACTIVIDAD 23 PÁG. 72a) A tiene menos fuerza que Bb) B tiene la misma fuerza que Cc) C tiene menos fuerza que Dd) D tiene más fuerza que A