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MECANISMOS QUE TRANSMITEN MOVIMIENTO Mecanismos de transmisión lineal:
La palanca
Consiste en una barra rígida que se articula denominado punto de apoyo (o fulcro), que hace
posible que la barra gire.
La fuerza que se sea vencer con la palanca se denomina Resistencia (R), mientras que la
fuerza motriz aplicada recibe el nombre de potencia (F). Las distancias de las líneas de
acción de estas dos fuerzas al punto de apoyo se conocen como brazo de resistencia (bR) y
brazo de potencia (bF), respectivamente.
Cuando la palanca está en equilibrio, la expresión que define su comportamiento se denomina
Ley de la Palanca, que se puede enunciar así:
La potencia por su brazo es igual a la resistencia por el suyo.
Así, si aumentamos la longitud del brazo de la potencia, la potencia que debemos aplicar para
vencer una resistencia será menor (el esfuerzo no será tan grande). Lo mismo sucede si
disminuimos la longitud del brazo de la resistencia.
Según la colocación del punto de apoyo, hay tres tipos o géneros de palanca
La polea
La polea es un disco que puede girar alrededor de su eje y que dispone en el borde de una
acanaladura por la que se hace pasar una cuerda, un cable o una correa.
La función que desempeña una polea fija es modificar la dirección de la fuerza aplicada.
Las poleas pueden ser:
·Fijas: si su eje de rotación permanece fijo.
En este caso, los valores de la potencia y la resistencia son iguales. FF = RM
·Móviles: si su eje de rotación se puede desplazar de forma lineal.
En este caso la potencia que es necesario aplicar es igual a la
mitad de la resistencia que se trata de vencer.
- Polipastos. combinación de poleas fijas y móviles dando lugar a mecanismos más
complejos. Entre ellos tenemos:
Polipasto potencial: está formado por una serie de poleas, la mitad fija y la otra mitad
móviles. Por el canal de todas ellas, pasa una única cuerda.
n = número poleas móviles
En caso de que el número de poleas sea impar la fórmula será:
n = número total de poleas
Polipasto exponencial: por cada polea móvil pasa una cuerda diferente. Cada una de las
cuerdas tiene un punto fijo el otro móvil.
𝐅 =𝐑𝐌
𝟐. 𝐧
𝐅 =𝐑𝐌
𝐧
Mecanismos de transmisión circular
Ruedas de fricción
1.1.3.- RELACIÓN DE TRANSMISIÓN
Es la relación de velocidades entre la rueda
conducida (o receptor) y la rueda conductora (o
motriz), o lo que es lo mismo, entre la rueda de
salida y la rueda de entrada.
𝑖 =𝑛2
𝑛1
Donde
· n2 es la velocidad de la rueda conducida
· n1 es la velocidad de la rueda motriz
· i es la relación de transmisión
1.1.4.- TIPOS
- Ruedas de fricción exteriores: Tienen forma cilíndrica. En ellas, el contacto se produce
entre sus superficies exteriores. Estas ruedas giran en sentido inverso una de la otra.
- Ruedas de fricción interiores: también de forma cilíndrica, el contacto se produce entre la
superficie interior de la rueda mayor y la exterior de la rueda menor. Ambas giran en el
mismo sentido.
-Ruedas de fricción troncocónicas: Tienen forma de tronco de cono y el contacto se produce
entre sus superficies laterales. Se utilizan cuando los árboles de transmisión no son paralelos.
Como en el caso de las ruedas exteriores, también producen la inversión de giro
Polea con correa
Transmite un movimiento giratorio de un eje a otro, pudiendo modificar sus características
de velocidad y sentido. Normalmente los ejes tienen que ser paralelos, pero el sistema
también puede emplearse con ejes que se cruzan a 90º
1.2.1.- DESCRIPCIÓN
El sistema se compone, básicamente, de dos ejes (conductor y conducido), dos poleas
(conductora y conducida) y una correa; a los que se les puede añadir otros operadores como
poleas locas o tensores cuya finalidad es mejorar el comportamiento del sistema.
La finalidad de cada operador es la siguiente:
El Eje conductor es el eje
motriz, el que dispone del
movimiento que tenemos que
transmitir al otro eje.
El Eje conducido es el eje que
tenemos que mover.
Polea conductora es la que
está unida al eje conductor.
Polea conducida es la que está
unida al eje conducido.
La Correa es un aro flexible que abraza ambas poleas y transmite el movimiento de
una a otra.
Puede resultar interesante observar que los dos tramos de la correa no se encuentran
soportando el mismo esfuerzo de tensión: uno de ellos se encuentra bombeado (flojo)
mientras que el otro está totalmente tenso dependiendo del sentido de giro de la polea
conductora (en la figura anterior el tramo superior estaría flojo mientras el inferior estaría
tenso).
1.2.2.- CARACTERÍSTICAS
Este sistema de transmisión de movimientos tiene muchas ventajas: mucha fiabilidad, bajo
coste, funcionamiento silencioso, no precisa lubricación, tiene una cierta elasticidad... Por
estas razones es tan usado en aparatos electrodomésticos (neveras, lavadoras, lavavajillas...),
electrónicos (aparatos de vídeo y audio, disqueteras...) y en algunos mecanismos de los
motores térmicos (ventilador, distribución, alternador, bomba de agua...).
Su principal desventaja consiste en que cuando la tensión es muy alta la correa puede llegar
a salirse de la polea, lo que en algunos casos puede llegar a provocar alguna avería más seria.
1.2.3.- RELACIÓN DE VELOCIDADES
La transmisión de movimientos entre los dos ejes está en función de los diámetros de las dos
poleas, cumpliéndose en todo momento:
Donde:
D1 = Diámetro Polea conductora D2 = Diámetro Polea conducida.
N1 = Velocidad de giro Polea conductora N2 = Velocidad de giro Polea conducida.
Empleando poleas y correas también es posible invertir el sentido de giro de los dos ejes sin
más que cruzar las correas.
1.2.4.- TREN DE POLEAS
Un tren de un sistema de poleas con correa consiste en la combinación de más de dos poleas.
Veamos un ejemplo:
Se puede observar el movimiento circular se va reduciendo más a medida que añadimos más
poleas y más correas, pues el tren de poleas lo constituyen en realidad tres reductores.
n1 = velocidad de la polea motriz 1
n2 = velocidad de la polea conducida 1 = velocidad de la polea motriz 2
n3 = velocidad de la polea conducida 2 =velocidad de la polea motriz 3
n4 = velocidad de la polea conducida 3
La relación de transmisión del sistema es… i = n4 / n1
Se puede hallar esta relación de transmisión a partir de la relación de transmisión de cada
par de poleas:
i = i1· i2· i3
siendo i1 = n2 / n1 = d1 / d2
i2 = n3 / n2 = d2 / d3
i3 = n4 / n3 = d3 / d4
Si solo tenemos los diámetros de las poleas, se puede calcular la relación de transmisión con
la expresión:
𝑖 =𝐷1.𝐷3….
𝐷2.𝐷4…. =
𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜 𝑝𝑜𝑙𝑒𝑎𝑠 𝑐𝑜𝑛𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜𝑟𝑎𝑠
𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜 𝑝𝑜𝑙𝑒𝑎𝑠 𝑐𝑜𝑛𝑑𝑢𝑐𝑖𝑑𝑎𝑠
Ejes y árboles
Un eje es un elemento, normalmente cilíndrico, que gira sobre sí mismo y sirve para sostener
diferentes piezas.
Atendiendo a la forma de trabajo, los ejes pueden ser:
Ejes fijos: Permiten el giro de los elementos mecánicos situados sobre ellos, pero no
giran solidariamente con ellos, es decir, los elementos mecánicos giran libremente
sobre ellos.
Ejes giratorios: pueden girar solidariamente con algunos de los elementos situados
sobre ellos.
Un árbol es un elemento de una máquina, cilíndrico o no, sobre el que se montan diferentes
piezas mecánicas, por ejemplo, un conjunto de engranajes o poleas, a los que se transmite
potencia. Pueden adoptar diferentes formas (rectos, acodados, flexibles…). Los arboles
(también llamados árboles de transmisión) giran siempre junto con los órganos soportados.
Como consecuencia de su función, están sometidos fundamentalmente a esfuerzos de torsión
y flexión.
La diferencia esencial entre los ejes y
los arboles es la siguiente:
Los primeros son elementos que sustentan
(sostienen o soportan) los órganos
giratorios de las máquinas y no transmiten
potencia (se dice que no están sometidos a
esfuerzos de torsión), mientras que los
árboles son elementos que transmiten
potencia y si están sometidos a esfuerzos
de torsión.
Engranajes y tren de engranajes
Se conoce con el nombre de tren de engranajes al conjunto de dos o más ruedas dentadas
que tienen en contacto sus dientes de forma que, cuando gira una, giran las demás.
Tienen las siguientes ventajas:
· Las ruedas no pueden resbalar una con respecto a la otra.
· Transmiten grandes esfuerzos
· La relación de transmisión se conserva siempre constante.
Al engranaje que transmite el movimiento se le denomina piñón, y al que lo recibe, rueda.
Este sistema de transmisión (como el de ruedas de fricción) invierte el sentido de giro de
dos ejes contiguos, cosa que podemos solucionar fácilmente introduciendo una rueda loca o
engranaje loco que gira en un eje intermedio.
Para el cálculo de la relación de transmisión entre engranajes se tiene en cuenta el número
de dientes de cada rueda en vez de su diámetro:
𝑖 =𝑛2
𝑛1=
𝑍1
𝑍2
i = relación de transmisión
n2 = número de vueltas rueda conducida n1 = número de vueltas rueda conductora
Z1 = número de dientes engranaje conductor Z2= número de dientes engranaje conducido
Para un tren de engranajes:
i = i1· i2· i3 . . .
siendo i1 = n2 / n1 = Z1 / Z2
i2 = n3 / n2 = Z2 / Z3
i3 = n4 / n3 = Z3 / Z4
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Usando engranajes se puede transmitir el movimiento de dos modos, según como se dispongan
los ejes:
Entre ejes paralelos, que pueden ser:
o Engranajes entre dientes rectos.
o Engranajes entre dientes helicoidales.
Entre ejes perpendiculares, que pueden ser
o Transmisión entre ejes que se cortan.
o Transmisión entre ejes que se cruzan
Transmisión entre ejes paralelos
Se utiliza para la transmisión entre ejes (o árboles) con poca separación, siendo la forma de
los piñones o ruedas dentadas, cilíndrica. Normalmente el tallado de los dientes es sobre la
superficie exterior de la rueda, aunque también puede ser interior.
Dientes Rectos
Son los más sencillos de fabricar y se utilizan en máquinas para transmitir pequeños
esfuerzos. Se emplea en maquinaria que utilice ejes cuya velocidad no es muy elevada, ya que
es un sistema ruidoso y causa vibración. Además de producir mucho ruido, tiene el
inconveniente de transmitir el esfuerzo sólo sobre el diente que está engranado.
Para caracterizar una rueda dentada con dientes rectos, es necesario definir una serie de
parámetros básicos que son:
· Diámetro primitivo (dp): es el conjunto de puntos en los que
se produciría el contacto si, para la misma relación de
transmisión la propagación del movimiento se realizase
mediante cilindros de fricción.
· Diámetro exterior (de): es el correspondiente a la
circunferencia que limita exteriormente los dientes.
· Diámetro interior (di): es el que corresponde a la
circunferencia que limita interiormente los dientes.
· Modulo (m): es el cociente entre el diámetro primitivo dp y el
número de diente z que posee la rueda, esta magnitud se mide
en mm, normalmente. Para que dos ruedas engranen una
condición principal es que tengan el mismo módulo.
· Paso circular (p): es el arco de la circunferencia primitiva
limitado entre dos flancos homólogos de dos dientes
consecutivos. El paso se puede obtener dividiendo la longitud
de la circunferencia primitiva Lp entre el número de dientes.
· Altura de cabeza de diente (hc): es la distancia desde la
circunferencia primitiva hasta la parte más exterior del
diente.
· Altura de pie de diente (hf): es la distancia desde la circunferencia primitiva hasta la
parte más interior del diente.
· Espesor del diente (s): es el grosor del diente medido sobre la circunferencia primitiva.
· Ancho del diente (b): es la longitud del diente en anchura.
Tabla de cálculos engranajes dientes rectos:
Módulo (mm) Diámetro
exterior (mm)
Diámetro
interior (mm)
Altura de la
cabeza (mm)
Altura del pie
(mm)
𝑚 =𝑑𝑝
𝑧 𝑑𝑒 = 𝑑𝑝 + 2ℎ𝑐 𝑑𝑖 = 𝑑𝑝 − 2ℎ𝑓 ℎ𝑐 = 1. 𝑚 ℎ𝑓 = 1,25. 𝑚
Paso (mm) Espesor del
diente (mm)
Espesor del
hueco (mm)
Anchura del
diente (mm)
Distancia entre
centros ruedas
𝑝 = 𝜋. 𝑚 𝑠 =19
40𝑝 𝑠´ =
21
40𝑝 𝑏 = 10𝑚 𝑑𝑐 =
𝐷𝑝 + 𝑑𝑝
2
Sistema cadena-piñón
Transmite un movimiento giratorio entre ejes paralelos, pudiendo modificar la velocidad,
pero no el sentido de giro.
Este sistema consta de una cadena sin fin (cerrada)
cuyos eslabones engranan con ruedas dentadas
(piñones) que están unidas a los ejes de los mecanismos
conductor y conducido.
Este sistema aporta beneficios sustanciales respecto
al sistema correa-polea, pues al emplear cadenas que
acoplan en los dientes de los piñones se evita el
deslizamiento que se producía entre la correa y la polea.
Otras ventajas e inconvenientes de este sistema pueden ser:
Presenta la gran ventaja de mantener la relación de transmisión constante (pues no
existe deslizamiento) incluso transmitiendo grandes potencias entre los ejes (caso
de motos y bicicletas), lo que se traduce en mayor eficiencia mecánica (mejor
rendimiento). Además, no necesita estar tan tensa como las correas, lo que se
traduce en menores averías en los rodamientos.
Presenta el inconveniente de ser más costoso, más ruidoso y de funcionamiento
menos flexible (en caso de que el eje conducido cese de girar por cualquier causa,
el conductor también lo hará, lo que puede producir averías en el mecanismo motor
o la ruptura de la cadena), así como el no permitir la inversión del sentido de giro ni
la transmisión entre ejes cruzados; además necesita una lubricación (engrase)
adecuada.
Dientes helicoidales
Tienen la particularidad de que varios dientes están engranados a la
vez. Esto da lugar a que el esfuerzo de flexión se reparta entre ellos
durante la transmisión, lo que hace que las posibilidades de rotura sean
menores. Además, así se disminuye el ruido durante el funcionamiento.
El único inconveniente es que al estar inclinados los dientes se produce
una fuerza axial (en el sentido de los ejes) sobre los cojinetes de apoyo
del eje.
Existen los mismos parametros que en los rectos pero se consideran tres pasos y tres
módulos:
Pc = (π.dp)/Z 𝐏𝐧 = 𝐏𝐜. 𝐜𝐨𝐬𝛃 Px = Pn/senβ
siendo β=ángulo de la hélice; Pc=paso circunferencial; Pn=paso normal y Px=paso axial
Transmisión entre ejes que se cortan
Los engranajes suelen ser:
a) De dientes rectos: engranajes cónicos.
b) De dientes helicoidales: engranajes cónicos helicoidales.
Ambos tipos tienen las superficies primitivas troncocónicas. Esta transmisión permite
transferir esfuerzos importantes, pero, al mismo tiempo, se generan grandes fuerzas
axiales.
Transmisión entre ejes que se cruzan
Existen dos formas básicas
a) Tornillo sinfín y rueda cóncava: Tiene la ventaja de que
solamente se puede transmitir el movimiento del tornillo a
la rueda cóncava (corona) y nunca al revés, lo que permite
que se pueda utilizar en aplicaciones en las que una vez que
el motor se ha parado, no sea arrastrado por el propio peso.
Permite la transmisión de esfuerzos muy grandes y a la vez
tiene una relación de transmisión muy baja. El mecanismo
consta de una rueda conducida dentada, y un tornillo, que
es la rueda motriz. Ejemplo de ello pueden ser los tornos
para sacar agua o subir materiales, ascensores, etc.
La relación de transmisión es: 𝑖 =1
𝑍 siendo Z el número de dientes rueda dentada
b) Engranajes helicoidales:
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