1.Mecanismos de transformación de movimiento:
*Levas:
En mecánica, una leva es un elemento mecánico hecho de algún material (madera,metal, plástico, etc.) que va sujeto a un eje y tiene un contorno con forma especial. De este modo, el giro del eje hace que el perfil o contorno de la leva toque, mueva, empuje o conecte una pieza conocida como seguidor.Permite obtener un movimiento alternativo, a partir de uno circular; pero no nos permite obtener el circular a partir de uno alternativo (o de uno oscilante). Es un mecanismo no reversible, es decir, el movimiento alternativo del seguidor no puede ser transformado en un movimiento circular para la leva. Si haces clic sobre el dibujo de la derecha, verás a la leva en acción
Clasificación de levas por su forma
Leva de traslado o traslación
El contorno o forma de la leva de traslación se determina por el movimiento especifico del seguidor.
Este tipo de leva es la forma básica, puesto que todas las superficies uniformes o, más frecuentemente, con inclinaciones variables. La desventaja de estas levas, es que se obtiene el mismo movimiento en el orden inverso durante el movimiento de retorno; esto se puede evitar si envolvemos la cuña alrededor del circulo para formas una leva de disco.
Levas de disco
En el caso de las levas de disco, el cuerpo de estas tienen la forma de un disco con el contorno de la leva formando sobre la circunferencia, en estas levas por lo general la línea de acción del seguidor es perpendicular al eje de la leva y hace contacto con la leva con ayuda de un resorte
Levas de tambor o cilíndrica
En las levas de tambor la pista de la leva generalmente se labra alrededor del tambor. Normalmente la línea de acción del seguidor es estas levas es paralela al eje de la leva.
Levas conjugadas
Consiste en dos o más levas empalmadas, se les conoce como levas de acción positiva o tipo York.
Levas de cara o cerrada
En las pistas de la leva se labra en la parte frontal el disco
♠PIÑONES Y CREMALLERAS
Este mecanismo convierte el movimiento circular de un piñón en uno lineal continuo por parte de la cremallera, que no es más que una barra rígida dentada . Este mecanismo es reversible, es decir, el movimiento rectilíneo de la cremallera se puede convertir en un movimiento circular por parte del piñón. En el primer caso, el piñón al girar y estar engranado a la cremallera, empuja a ésta, provocando su desplazamiento lineal.
Mecanismo de piñón cremallera
Aunque el sistema es perfectamente reversible, su utilidad práctica suele centrarse solamente en la conversión de circular en lineal continuo, siendo muy apreciado para conseguir movimientos lineales de precisión (caso de microscopios u otros instrumentos ópticos como retroproyectores), desplazamiento del cabezal de los taladros sensitivos, movimiento de puertas automáticas de garaje, sacacorchos, regulación de altura de los trípodes, movimiento de estanterías móviles empleadas en archivos, farmacias o bibliotecas, cerraduras..
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El sistema está formado por un piñón (rueda dentada) que engrana perfectamente en una cremallera. |
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Cuando el piñón gira, sus dientes empujan los de la cremallera, provocando el desplazamiento lineal de esta. Si lo que se mueve es la cremallera, sus dientes empujan a los del piñón consiguiendo que este gire y obteniendo en su eje un movimiento giratorio. |
♠ Biela Manivela
el mecanismo de biela manivela y el pedal de una bicicleta. En este caso, tus piernas actuarían como bielas que poseen movimiento alternativo, actuando a la vez como elemento motriz, mientras que los pedales hacen las veces de manivela y elemento conducido.
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Ambos sistemas (biela-manivela y excéntrica-biela) permiten convertir el movimiento giratorio continuo de un eje en uno lineal alternativoen el pie de la biela. También permite el proceso contrario: transformar un movimiento lineal alternativo del pie de biela en uno en giratoriocontinuo en el eje al que está conectada la excéntrica o la manivela (aunque para esto tienen que introducirse ligeras modificaciones que permitan aumentar la inercia de giro). Este mecanismo es el punto de partida de los sistemas que aprovechan el movimiento giratorio de un eje o de un árbol para obtener movimientos lineales alternativos o angulares; pero también es imprescindible para lo contrario: producir giros a partir de movimientos lineales alternativos u oscilantes. En la realidad no se usan mecanismos que empleen solamente la manivela (o la excéntrica) y la biela, pues la utilidad práctica exige añadirle algún operador más como la palanca o el émbolo, siendo estas añadiduras las que permiten funcionar correctamente a máquinas tan cotidianas como: motor de automóvil, limpiaparabrisas, rueda de afilar, máquina de coser, compresor de pistón, sierras automáticas...
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♠El cigüeñal
El cigüeñal es un árbol de transmisión que junto con las bielas transforma el movimiento alternativo en circular, o viceversa. En realidad consiste en un conjunto de manivelas. Cada manivela consta de una parte llamada muñequilla y dos brazos que acaban en el eje giratorio del cigüeñal. Cada muñequilla se une una biela, la cual a su vez está unida por el otro extremo a un pistón. Observa la imagen y lo entenderás inmediatamente…
Los cigüeñales se utilizan extensamente en los motores de combustión de los automóviles, donde el movimiento lineal de los pistones dentro de los cilindros se trasmite a las bielas y se transforma en un movimiento rotatorio del cigüeñal que, a su vez, se transmite a las ruedas y otros elementos como un volante de inercia. El cigüeñal es un elemento estructural del motor.
Un cigüeñal es un eje acodado, con codos y contrapesos presente en ciertas máquinas que, aplicando el principio delmecanismo de biela - manivela, transforma el movimiento rectilíneo alternativo en circular uniforme y viceversa. En los motoresde automoviles el extremo de la biela opuesta al bulón del pistón (cabeza de biela) conecta con la muñequilla, la cual junto con la fuerza ejercida por el pistón sobre el otro extremo (pie de biela) genera el par motor instantáneo. El cigueñal va sujeto en los apoyos, siendo el eje que une los apoyos el eje del motor.
♠Mecanismo de tornillo-tuerca
El mecanismo tornillo-tuerca, conocido también como husillo-tuerca es un mecanismo de transformación de circular a lineal compuesto por una tuerca alojada en un eje roscado (tornillo).
Si el tornillo gira y se mantiene fija lo orientación de la tuerca, el tornillo avanza con movimiento rectilíneo dentro de ella.
Por otra parte, si se hace girar la tuerca, manteniendo fija la orientación del tornillo, aquella avanzará por fuera de ésta. Este mecanismo es muy común en nuestro entorno, pues lo podemos encontrar en infinidad de máquinas y artilugios.
Evidentemente, este mecanismo es irreversible, es decir, no se puede convertir el movimiento lineal de ninguno de los elementos en circular.
El avance depende depende de dos factores:
- La velocidad de giro del elemento motriz.
- El paso de la rosca del tornillo, es decir, la distancia que existe entre dos crestas de la rosca del tornillo. Cuando mayor sea el paso, mayor será la velocidad de avance.
- Una tuerca o un orificio roscado fijo (no puede girar ni desplazarse longitudinalmente) que produce el desplazamiento del tornillo cuando este gira (El grifo antes estudiado puede ser un ejemplo de este funcionamiento).
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Para el buen funcionamiento de este mecanismo necesitamos, como mínimo, un tornillo que se acople perfectamente a una tuerca (o a un orificio roscado). |
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Este sistema técnico se puede plantear de dos formas básicas:
En la barra engomadora el tornillo no se desplaza, pero su giro hace que el cilindro de cola suba o baje debido a que esta es la que hace de tuerca. |
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- Una tuerca o un orificio roscado fijo (no puede girar ni desplazarse longitudinalmente) que produce el desplazamiento del tornillo cuando este gira (El grifo antes estudiado puede ser un ejemplo de este funcionamiento).
2. MECANISMOS DE TRANSMICION DE MOVIMIENTO
♠ ELEMENTO MOTRIS
1. Rueda helicoidal
o Este mecanismo se compone de un tornillo cilíndrico o hiperbólico y de una rueda (corona) de diente helicoidal cilíndrica o acanalada. Es muy eficiente como reductor de velocidad, dado que una vuelta del tornillo provoca un pequeño giro de la corona. Es un mecanismo que tiene muchas pérdidas por roce entre dientes, esto obliga a utilizar metales de bajo coeficiente de roce y una lubricación abundante, se suele fabricar el tornillo (gusano) de acero y la corona de bronce. En la figura de la derecha se aprecia un ejemplo de este tipo de mecanismo. En la siguiente figura se aprecia una gata de tornillo accionada por un mecanismo tipo tornillo sin fin y rueda helicoidal, creada a partir de los planos de Leonardo, una manivela manual gira el tornillo que mueve la rueda helicoidal, la cual tiene un agujero roscado con el cual se conecta al eje que sube el peso
2. Ejemplo ruda helicoidal
3. Excéntrica rueda Mecanismo de transformación de un movimiento circular en otro lineal alternativo, en el que el eje de la rueda no pasa por su centro, por lo que sólo empuja al seguidor en una determinada posición. Mecanismo de excéntrica consta básicamente de dos elementos, la propia excéntrica y el seguidor. La excéntrica es un disco cilíndrico que tiene un eje de giro desplazado un valor "e", llamado alzada, respecto del centro del disco. El seguidor es una varilla que está en contacto permanente con la excéntrica y que recibe el movimiento de esta. Con este ingenio conseguimos transformar el movimiento circular de la Excéntrica en movimiento rectilíneo alternativo del seguidor. El mecanismo no es reversible. La forma de la gráfica del movimiento d escrito por el extremo del seguidor es la misma para cualquier excéntrica, solo varía la amplitud del movimiento, lo que llamamos alzada (e).
4. Cálculos de velocidad Cálculos de Velocidad n= velocidad de giro O= diámetro de la polea en cm. e= entrada o conductora s= salida de conducida
5. Relación de transmisión Relación de transmisión Podemos hablar de relación de transmisión, cuando el sistema entra un movimiento de giro y sale un movimiento de giro. Se define como: RT= salida = ns rpm entrada ne RT= reilación de transmisión rpm= revoluciones por minuto ns= revolución por minuto de salida ne= revolución por minuto de entrada RT > 1 => mecanismo multiplicador de velocidad RT < 1 => mecanismo reductor de velocidad RT= ns Rt= 400 RPM = 1,33 ne 300 RPM multiplicador
6. Relación de transición
7. Ejemplos Una polea de salida tiene 40 cm. de O y la de entrada 2 a.m. de O, si la polea de entrada gira 200 RPM: A) ¿Cual es la relación de transmisión? 10 cm B) ¿Cual es la velocidad de salida? 10 RPM C) ¿Es reductor o multiplicador? Reductor Ne · O e = Ns · O s 200 RPM · 2 cm. = X · 400 cm. X= 200 · 2 40 X= 400 40 X= 10 cm. RT = ns ne RT = 10 RPM 200 RPM RT = 1 20 20 : 1
8. Reductor o multiplicar 1 : 20 = 0,05 10 100 0
9. Ejemplos de aplicación en la vida cotidiana Manivela y Biela: esta en la manillas de las puertas. Palanca: Palanca de cambio. Piñón y Cremallera: Portones automáticos. Cigüeñal: Un motor de auto. Leva: Prensa excéntrica. Sistemas Articulados: Un brazo de un robot. Rueda Helicoidal: Broca. Rueda Excéntrica: Pedal de biciclet
2.SITEMAS DE POLEAS
POLEA SIMPLE FIJA
Asumiendo que la polea y la cuerda no tienen peso y que la cuerda arrastra la polea sin deslizar sobre ella, si O es el centro de la polea y P y R las direcciones de los cabos de potencia (extremo del que tiramos) y resistencia (de donde cuelga el peso) respectivamente, M y N serán los puntos de tangencia a la circunferencia de la polea donde podrán suponerse aplicadas ambas fuerzas.
La polea a todos los efectos puede asimilarse entonces a una palanca angular cuyo fulcro (punto de apoyo) es el punto O y cuyos brazos de palanca son OM y ON de modo que en virtud de la ley de la palanca:
P = R
Es decir, el uso de la polea simple fija no comporta ninguna ventaja mecánica (ahorro en la fuerza necesaria) ya que las magnitudes de potencia y resistencia son iguales [5], aunque se podrá mover el peso halando la cuerda en la dirección que resulte más cómoda.
POLEA SIMPLE MOVIBLE
Teniendo en cuenta que ahora la resistencia obra directamente soble la polea estando uno de los extremos de la cuerda fijo, deben verificarse las mismas condiciones de equilibrio antes consideradas, es decir, aplicando de nuevo la ley de la palanca obtendremos que:
P = Q
Es decir, al igual quen el caso anterior las fuerzas que obran en ambos extremos de la cuerda son iguales. Por otro lado, ya que la resultante de ambas fuerzas actuantes sobre la cuerda debe ser igual a la resistencia que pende del eje de la polea:
Y despejando:
Puesto que el valor del coseno varía entre 0 (α = 90º) y 1 (α = 0º), cuanto menor sea el ángulo α y mayor su coseno, tanto menor será la fuerza necesaria para mover el peso y mayor la ventaja mecánica del uso de la polea; el máximo se dará cuando ambos ramales sean paralelos:
SISTEMAS DE POLEAS
De las conclusiones de los análisis de las poleas fijas y móviles se desprende que desde un punto de vista mecánico la eficiencia de un sistema de poleas dependerá del número de poleas movibles que emplee en tanto el uso de poleas fijas no comporta ventaja mecánica alguna. Además, la ventaja máxima se obtendrá cuando los ramales sean paralelos.
Teniendo esto en cuenta la disposición más eficiente de un conjunto de poleas es la mostrada en la figura de la izquierda.
Cada sucesiva polea movible divide por la mitad la resistencia aplicada: el ramal de la primera polea que es a su vez resistencia de la segunda polea soporta una fuerza igual a la mitad del peso; igualmente el ramal de la segunda polea, a su vez resistencia de la tercera polea soporta una cuarta parte del peso, etc. Si se emplean n poleas movibles, la ventaja mecánica será:
La importante desventaja de este sistema de poleas es que usualmente no se dispone de indefinidos puntos fijos de anclaje sino de uno sólo por lo que las configuraciones más usuales consisten en la utilización de dos grupos, uno fijo y otro móvil, con igual número de poleas y estando éstas dispuestas en cada grupo bien en el mismo plano o sobre el mismo eje (véase polipasto)
POLEA DIFERENCIAL
Una polea diferencial se compone de dos poleas de distinto radio caladas sobre el mismo eje y recibe esta denominación porque la potencia necesaria para elevar el peso es proporcional a la diferencia entre dichos radios; más aún, la máquina no funciona si los radios no son distintos. La cuerda, mejor cadena, es cerrada y se pasa primero por la garganta de la polea mayor (1-2) y luego por la polea móvil que sustenta la resistencia (2-3), retorna a la polea diferencial pasándose por la garganta de la menor (3-4) y finalmente se enlaza con el ramal sobre el que se aplica la potencia (4-1). Al aplicar la potencia en la dirección indicada en la figura, los ramales 1 y 3 descienden mientras que 2 y 4 ascienden.
La resistencia, que ahora denotaremos Q para distinguirla de los radios R y r de la polea diferencial, está sostenida por dos ramales que supondremos paralelos (2 y 3) que se repartirán la carga estando a una tensión Q/2 mientras en la tira de la polea (1) actua la potencia P. La condición de equilibrio es que la suma de los momentos de las fuerzas actuantes sobre la polea respecto de su eje sea igual a cero:
A igual conclusión hubiéramos llegado calculando directamente el brazo de palanca d de la resistencia, ya que si la polea móvil pende libremente quedará centrada entre los puntos de apoyo de los ramales 2 y 3, es decir:
La ventaja mecánica es inversamente proporcional a la diferencia de radios de las poleas de modo que cuanto menor sea dicha diferencia mayor será la ventaja mecánica y menor la fuerza necesaria para elevar el peso. En el caso límite, cuando R = r, el sistema se encuentra en equilibrio sin necesidad de realizar ninguna fuerza (P = 0) si bien, por mucho que tiremos de la cuerda o cadena la carga no se elevará ya que la longitud de cuerda halada será la misma en los cuatro ramales.
poleas compuestas y polipastos
Existen sistemas con múltiples de poleas que pretenden obtener una gran ventaja mecánica, es decir, elevar grandes pesos con un bajo esfuerzo. Estos sistemas de poleas son diversos, aunque tienen algo en común, en cualquier caso se agrupan en grupos de poleas fijas y móviles: destacan los polipastos:
Polipastos o aparejos
El polipasto (del latín polyspaston, y éste del griego πολύσπαστον), es la configuración más común de polea compuesta. En un polipasto, las poleas se distribuyen en dos grupos, uno fijo y uno móvil. En cada grupo se instala un número arbitrario de poleas. La carga se une al grupo móvil.
tramision por poleas y correas