Unidad 5 mecanismos 20201227

Unidad 5 mecanismo

1. UNIDAD 5 Máquinas y Mecanismos 1

2. 2 1 . ¿Cómo funcionan las máquinas? https:// www.youtube.com/watch?v=wfUElpIHMz8

3. PLANO INCLINADO : El plano inclinado se emplea para facilitar el movimiento de un objeto cuando se quiere trasladar a una posición más elevada. Cuanto menor sea el ángulo del plano, menor será la fuerza necesaria para mover el objeto. PALANCA: La palanca es una barra rígida cuya función es transmitir fuerza y movimiento. La fuerza aplicada en un extremo provoca un giro en el extremo opuesto. RUEDA: La rueda es un elemento que dispone de un centro geométrico del que todos los puntos de su periferia están equidistantes. Y en su centro se sitúa el eje, si la rueda se mueve, el eje se moverá igualmente. 3 Las máquinas simples son los elementos más básicos y sencillos que se emplean para componer mecanismos más complejos. Realizan su trabajo en una sola etapa y básicamente son 3: 2 . Máquinas Simples

4. 3 . Mecanismos 4 El desarrollo técnico del ser humano comenzó con el empleo de primitivas herramientas y útiles que le permitían realizar trabajos con mayor facilidad que con el uso de sus manos. Con el tiempo, el ser humano ha creado mecanismo y máquinas para poder controlar su entorno y así, utilizarlos en su beneficio. Existe una gran variedad de mecanismos, unos convierten movimientos, otros los trasladan y algunos, modifican velocidades. Todo ello para hacer funcionar multitud de objetos que nos hacen la vida más sencilla. ¿Qué sabes sobre mecanismos? ¿Sabes cuáles fueron los primeros mecanismos que empleó la humanidad? ¿Conoces diferentes formas que faciliten levantar o mover cargas pesadas? ¿Has visto alguna vez un mecanismo que cambie el tipo de movimiento en alguno de sus componentes? ¿Dónde podemos encontrar el mecanismo conocido como cigüeñal?

5. 4 . Mecanismos vs Estructuras 5 Mientras que las estructuras soportan las fuerzas de un modo estático, los mecanismos permiten el movimiento de los objetos. Los mecanismos son elementos destinados a transmitir y transformar fuerzas y movimientos desde un elementos motriz (motor) a un elemento receptor . Permiten al ser humano realizar determinados trabajos con una mayor comodidad y menor esfuerzo. Según su función, los mecanismos se pueden clasificar en: M ecanismos de TRANSMISIÓN del movimiento: Transmiten el movimiento, la fuerza y la potencia producidos por un elemento motriz hasta otro punto. Mecanismos de TRANSFORMACIÓN del movimiento: Transforman un movimiento circular en rectilíneo o viceversa.

6. 5 . Tipos de Movimientos 6 Dependiendo de la trayectoria que describen, los movimientos los clasificamos en: LINEAL : La trayectoria del movimiento tiene forma de línea recta , como por ejemplo el subir y bajar un peso con una polea , el movimiento de una puerta corredera ... CIRCULAR : La trayectoria del movimiento tiene forma de circunferencia . Por ejemplo: el movimiento de una rueda o el movimiento de la broca de un taladrado. ALTERNATIVO : La trayectoria del movimiento tiene forma de línea recta pero es un movimiento de ida y vuelta. Por ejemplo , el movimiento de la hoja de una sierra de calar.

7. 6 . Clasificación de los Mecanismos 7 Mecanismos de transmisión del movimiento LINEAL PALANCAS POLEAS POLIPASTOS CIRCULAR RUEDAS POLEAS CON CORREAS ENGRANAJES TORNILLO SIN FIN Mecanismos de transformación del movimiento DE CIRCULAR A LINEAL TORNILLO-TUERCA MANIVELA-TORNO PIÑÓN-CREMALLERA CIRCULAR A ALTERNATIVO LEVA EXCÉNTRICA BIELA – MANIVELA CIGÜEÑAL

8. 7 . Mecanismos de Transmisión Lineal 8 7 .1. Palancas Las palancas son barras rígidas que giran entorno a un punto de apoyo (A). En un punto de la barra se aplica una fuerza (F) con el fin de vencer una resistencia (R), provocando un giro en el extremo opuesto. Por lo tanto, al realizar un movimiento lineal de bajada en un extremo de la palanca, el otro extremo experimenta un movimiento lineal de subida. LEY DE LA PALANCA Cuando el producto de la fuerza por su distancia al punto de apoyo es igual al producto de la resistencia por su distancia al punto de apoyo, la palanca se encuentra en equilibrio . F · D = R · r D r Dependiendo de la posición entre la fuerza, la resistencia y el apoyo, existen 3 tipos de palancas. PRIMER GRADO: El punto de apoyo está entre F y R: SEGUNDO GRADO: La resistencia está entre F y A. TERCER GRADO : La fuerza está entre R y A

9. 7 . Mecanismos de Transmisión Lineal 9 7 .2. Ejemplos de Palancas PRIMER GRADO SEGUNDO GRADO TERCER GRADO Ejemplo: ¿Qué peso resistente podrá elevar una fuerza de 200 N con una palanca de primer grado, si los brazos motor y resistente miden respectivamente 3 y 1 metros ? F · D = R · r 200 N · 3 m = R · 1 m 600 N · m / 1 m = R 600 N = R

10. 7 . Mecanismos de Transmisión Lineal 10 7 .3. Poleas Una polea es una rueda ranurada que gira alrededor de un eje. Éste se encuentra sujeto a una superficie fija. Por la ranura de la polea se hace pasar una cuerda o cable que permite vencer de forma cómoda una resistencia ( R) aplicando una fuerza ( F ). Las poleas pueden ser fijas o móviles. POLEA FIJA: Se encuentra en equilibrio cuando la fuerza a aplicar (F ) es igual a la resistencia (R ) que presenta la carga; es decir cuando F = R . Sirve para elevar y bajar cargas fácilmente. POLEA MÓVIL: Polea conectada a una cuerda que tiene uno de sus extremos fijo y el otro móvil, de modo que puede moverse linealmente. Se encuentra en equilibro cuando F = R/2 . Así, el esfuerzo para vencer la resistencia se reduce a la mitad. Ejemplo: ¿Qué fuerza hará falta realizar para levantar una masa de 40 kg con una polea móvil? En una polea móvil, F = R/2 , por lo tanto: F = 40 kg / 2 = 20 kg

11. 7 . Mecanismos de Transmisión Lineal 11 7 .4. Polipastos Un polipasto es un montaje compuesto de varias poleas fijas y móviles . Las poleas fijas se emplean para modificar la dirección de la fuerza que ejercemos sobre la fuerza, mientras que las poleas móviles reducen el esfuerzo a aplicar. La fuerza necesaria para equilibrar el sistema dependerá del número de poleas y de cómo estén configuradas . Este tipo de sistema se encuentra en grúas, montacargas, ascensores.... Ejemplo 1 Ejemplo 2 Ejemplo 3

12. 12 8 .1. Ruedas 8.2 Poleas con correas Las ruedas de fricción son sistemas de dos o más ruedas que se encuentran en contacto directo. Una de las ruedas se denomina rueda motriz o conductor a porque al moverse provoca el movimiento de la otra rueda, llamada conducida , que se ve arrastrada por la primera . El sentido de giro de la rueda conducida es contrario a la de la rueda motriz . Son conjuntos de poleas o ruedas situadas a cierta distancia que giran al mismo tiempo por efecto de una correa. En este caso, las dos poleas pueden girar en el mismo sentido o en el contrario , dependiendo de cómo estén colocadas las correas. La relación de transmisión es el cociente entre la velocidad de giro de la rueda conducida y la velocidad de giro de la rueda motriz. Dicha relación depende del tamaño de las ruedas y se expresa con la siguiente ecuación: D es el diámetro de las ruedas o poleas y n es su velocidad en r.p.m. (revoluciones por minuto) Según el valor de la relación de transmisión existen tres tipos de sistemas de ruedas o poleas : Sistema reductor : Cuando la relación de transmisión < 1 Sistema multiplicador : Cuando la relación de transmisión > 1 No varía la velocidad : Cuando la relación de transmisión es = 1 . 8 . Mecanismos de Transmisión Circular

13. 13 8 .3. Engranajes Son unos sistemas de ruedas que poseen salientes denominados dientes que encajan entre sí. De ese modo , unas ruedas arrastran a las otras. Por tanto , los engranajes trasmiten el movimiento circular entre dos ejes pró - ximos (paralelos , perpendiculares u oblicuos ). En este caso, la relación de transmisión depende de las velocidades de giro de las ruedas y del número de dientes que poseen, de acuerdo con la siguiente ecuación : Z es el número de dientes de las ruedas y n es su velocidad en r.p.m. (revoluciones por minuto) Según el valor de la relación de transmisión existen tres tipos de sistemas de engranajes: Sistema reductor : Cuando la relación de transmisión < 1 Sistema multiplicador : Cuando la relación de transmisión > 1 No varía la velocidad : Cuando la relación de transmisión es = 1 . Los engranajes son empleados en máquinas industriales, en automoción, así como en artículos domésticos, taladros, batidoras, juguetes, relojes… 8 . Mecanismos de Transmisión Circular

14. 14 9 .1. Tornillo Sinfín El tornillo es el elemento más simple para convertir un movi - miento de giro en un movimiento lineal de avance y retroceso . Este mecanismo tiene más de dos mil años de antigüedad y consiste en un cilindro al que se le ha realizado un roscado. Entre las aplicaciones del tornillo, la más común es la de formar un conjunto con una tuerca, que lleva la misma rosca interior que el tornillo. El tornillo sinfín-corona es un mecanismo basado en el tornillo, compuesto por 2 elementos: el tornillo sinfín, que actúa como elemento motriz, y la rueda dentada, que actúa como elemento conducido (también llamado corona). La rosca del tornillo engrana con los dientes de la rueda de modo que los ejes de transmisión de ambos son perpendiculares entre sí . Se emplea en mecanismos que necesiten una gran reducción de velocidad (por cada vuelta del tornillo, la rueda dentada avanza un diente): clavijas de guitarra, reductores de velocidad para motores eléctricos, manivelas para andamios, cuentakilómetros.... 9 . Mecanismos de Transformación Circular - Lineal

15. 15 9 .2. Manivela - Torno Una manivela es una barra unida a un eje al que hace girar. La fuerza que se necesita para girar este eje es menor que la que haría falta aplicar directamente. El mecanismo manivela-torno consiste en un cilindro horizontal (tambor) sobre el que se enrolla (o desenrolla ) una cuerda o cable cuando le comunicamos un movimiento giratorio a su eje. 9 .3. Piñón - Cremallera Este mecanismo está formado por una rueda dentada (piñón) que engrana con una barra también dentada llamada cremallera. Este mecanismo permite transformar el movimiento circular del piñón en movimiento rectilíneo en la cremallera ( o viceversa ). Dicho de otro modo, cuando el piñón gira, sus dientes empujan los de la cremallera , provocando el desplazamiento lineal de ésta . Si lo que se mueve es la cremallera , sus dientes empujan a los del piñón consiguiendo que éste gire sobre su eje . Es por tanto, un mecanismo reversible . 9. Mecanismos de Transformación Circular - Lineal

16. 16 10 .1. Excéntrica y Leva Una leva es una pieza con perfil ovalado unida a un eje que no pasa por su centro geométrico. Una rueda excéntrica es un círculo perfecto en el que su centro geométrico no coincide con su centro de giro. 10 . Mecanismos de Transformación Circular - Alternativo Ambos mecanismos van acompañados de un elemento seguidor que está permanentemente en contacto con la leva por la acción de un muelle. El conjunto permite convertir el movimiento rotativo en un movimiento lineal, pero no al revés. El giro del eje hace que el contorno de la leva empuje al seguidor que realizará un movimiento ascendente y descendente.

17. 17 10.2. Biela - Manivela El conjunto biela – manivela es un sistema mecánico formado por una biela, que es una barra que realiza un movimiento alternativo, y que va articulada con una manivela, que es una pieza más corta y que realiza un movimiento circular. Por lo tanto, este mecanismo sirve para transformar un movimiento circular en uno alternativo, o viceversa. 10 . Mecanismos de Transformación Circular - Alternativo

18. 18 10 .3. Cigüeñal Un cigüeñal es un conjunto de manivelas asociadas sobre un mismo eje. Se utiliza para convertir un movimiento rotativo continuo en uno lineal alternativo. Es empleado principalmente en motores. 10 . Mecanismos de Transformación Circular - Alternativo

19. EJERCICIOS - PALANCAS 19 Observa los siguientes dibujos. Cada cuadrado azul tiene una masa de 2 kg y cada segmento de la palanca mide 1 m. Para cada una de las palancas mostradas, indica si está en equilibrio o hacia donde se inclinará: Rellena la siguiente tabla con los datos que faltan para que la palanca esté en equilibrio. Tras rellenar la tabla contesta las preguntas que figuran a continuación : ¿Qué le pasa a la fuerza, al disminuir el brazo de la resistencia, manteniendo los otros parámetros constantes? ¿Qué le pasa a la fuerza, al disminuir el brazo de la fuerza, manteniendo los otros parámetros constantes? ¿Qué le pasa a la fuerza, al disminuir la resistencia a vencer, manteniendo los otros parámetros constantes?

20. EJERCICIOS - PALANCAS 20 Observa los siguientes dispositivos y en cada uno de ellos identifica dónde se encuentra la resistencia (R), el punto de apoyo (A) y la fuerza (F) e indica a qué grado de palanca pertenecen: Calcula la fuerza que tendremos que realizar para mover un objeto de 100 kg con una palanca de primer grado sabiendo que los brazos de la resistencia y de la fuerza son 50 cm y 150 cm, respectivamente. Calcula la longitud del brazo de la fuerza si para mover con una palanca un cuerpo de 120 kg se aplica una fuerza equivalente de 40 kg . El brazo de la resistencia es de 15 cm. Calcular la fuerza que tendré que hacer para mover una piedra de 90 kg con la palanca mostrada en la figura. ¿De qué grado es dicha palanca? Con la carretilla de la figura queremos transportar dos sacos de cemento de 50 kg. Indicar el tipo de palanca C alcular la fuerza que deberemos realizar para levantar dicho peso.

21. EJERCICIOS - PALANCAS 21 Con los alicates de la figura se quiere cortar un cable que opone una resistencia equivalente a 2 kg. Responde a las siguientes preguntas : ¿De qué grado es la palanca mostrada? Calcula la fuerza que tendremos que aplicar para cortar el cable . Observa el balancín de la figura: Pablo pesa 50 kg y está sentado a 1 m del punto de apoyo ¿a qué distancia del punto de apoyo deberá colocarse María, que pesa 25 kg para equilibrar el balancín? Si Pablo pesara 45 kg y estuviera sentado a 0,5 m del punto de apoyo, ¿cuánto debería pesar María como mínimo para levantarlo, si se sitúa a 1 m del punto de apoyo ? Observa los dos esquemas de palancas mostrados, donde R es la resistencia a vencer, y responde: ¿De qué grado son las palancas esquematizadas? ¿Con cuál de las palancas habrá que realizar menos fuerza? Razona la respuesta.

22. EJERCICIOS - POLEAS 22 En un sistema de poleas multiplicador, la rueda motriz tiene 20 cm de diámetro y está conectada a una rueda conducida de 8 cm de diámetro. Si la rueda motriz gira a 250 r.p.m., ¿a qué velocidad gira la rueda conducida? Un sistema reductor dispone de dos ruedas dentadas formando un engranaje. La rueda motriz de 10 cm y 8 dientes está engranada a una rueda conducida de 30 cm y 24 dientes. Si la rueda motriz gira a 750 r.p.m., ¿a qué velocidad gira la rueda conducida? Calcula la velocidad de la rueda conducida de estos sistemas de poleas e indica si son sistemas reductores o multiplicadores. Rueda motriz: n motriz = 500 rpm; D motriz = 10 cm Rueda conducida: D conducida = 25 cm Rueda motriz: n motriz = 1500 rpm; D motriz = 60 cm Rueda conducida: D conducida = 12 cm Con el polipasto de la figura, si la carga que tenemos que levantar es de 3200 N, la fuerza mínima a aplicar debe ser:

23. EJERCICIOS - POLEAS 23 Calcula la fuerza mínima que tendremos para levantar un cuerpo de 80 N con los siguientes poleas y polipastos. Indica en cada caso si se trata de una polea fija, móvil o polipasto . A) D) E) G) F) H) C) B )

24. EJERCICIOS – POLEAS Y ENGRANAJES 24 En la siguiente figura se muestran dos polipastos diferentes. ¿ Con cuál deberemos hacer menos fuerza para levantar un peso R? Con el A Con el B Con C Con los tres se deberá hacer la misma fuerza. Dados los siguientes mecanismos de transmisión circular indica el sentido de giro de cada una de las poleas. Indica si se tratan de sistemas reductores o multiplicadores ( se marca con una M la polea motriz).

25. EJERCICIOS – POLEAS Y ENGRANAJES 25 Observa el mecanismo de la imagen y averigua cuál es la relación de trans - misión del sistema, empleando la expresión que conoces. ¿ Cuántos dientes hay que tener en cuenta en el caso del tornillo? Dibuja una rueda excéntrica que cumpla que la carrera de su seguidor es de 10 cm. ¿Cuál tendría que ser la distancia ente el centro geométrico y el centro de giro?, ¿y el diámetro mínimo de la excéntrica ? Observando la siguiente figura contesta a las siguientes preguntas : ¿Cuántos engranajes se moverán al girar el engranaje A en sentido antihorario ? ¿En qué sentido se moverá el engranaje K, L, H y G? El motor de una lavadora está unido a una polea de 8 cm de diámetro, mientras que el bombo lo está a una polea de 32 cm. La velocidad máxima de giro del bombo al centrifugar es de 1200 rpm. ¿A qué velocidad debe girar el motor ?

26. EJERCICIOS – POLEAS Y ENGRANAJES 26 En el siguiente montaje el motor gira en el sentido indicado por la flecha . ¿En qué sentido girará la polea A? ➢ En el del motor ➢ En sentido contrario al del motor La velocidad de giro de la polea A es.... ➢ Mayor que la de giro del motor ➢ Menor que la de giro del motor ➢ Igual que la de giro del motor En el siguiente montaje la manivela se gira en el sentido de las agujas del reloj ( sentido horario ): a ) ¿En qué sentido girará el engranaje A? ➢ Antihorario ➢ Horario b ) La velocidad de giro del engranaje A es.... ➢ Mayor que la de giro de la manivela ➢ Menor que la de giro de la manivela ➢ Igual que la de giro de la manivela Calcula la velocidad de giro de la polea conducida (1) del siguiente esquema ; así como la relación de transmisión. Indica si se trata de un mecanismo multiplicador o reductor? d 1 = 20 cm d 2 = 30 cm n 2 = 1200 rpm

27. EJERCICIOS – POLEAS Y ENGRANAJES 27 En la figura se muestra el sistema de transmisión por cadena de las cuatro ruedas motrices de un coche de juguete. a) ¿En qué sentido girarán las ruedas del coche? ➢ En el mismo que el motor ➢ En sentido contrario al del motor b ) La velocidad de giro de las ruedas será.... ➢ Mayor que la del motor ➢ Menor que la del motor ➢ Igual que la del motor El motor de una lavadora está unido a una polea de 8 cm de diámetro, mientras que el bombo lo está a una polea de 32 cm. La velocidad máxima de giro del bombo al centrifugar es de 1200 rpm. ¿A qué velocidad debe girar el motor ? La figura muestra el sistema de poleas de un taladro. Según la combinación de poleas que elijamos podemos utilizar diferentes velocidades de giro de la broca . ¿ Con qué combinación de poleas obtendremos la velocidad mínima de giro de la broca ? b ) ¿Con qué combinación de poleas obtendremos la velocidad máxima de giro de la broca ? c ) Si el motor gira a 1400 rpm, ¿cuál es la velocidad mínima a la que puede girar la broca ?

28. EJERCICIOS – POLEAS Y ENGRANAJES 28 En el sistema de la figura el engranaje grande posee 40 dientes, mientras que el piñón posee 20. Calcula la relación de transmisión. ¿A qué velocidad gira el piñón si la otra rueda lo hace a 300 rpm ? En la figura se muestra un exprimidor de fruta. El eje del motor, que mueve un engranaje de 10 dientes gira a 1800 rpm . Si la rueda B posee 50 dientes, ¿a qué velocidad girará? La rueda C de 15 dientes gira solidariamente con la rueda B. ¿A qué velocidad girará la rueda D de 45 dientes ? Identifica los diferentes mecanismos que aparecen en la figura e indica hacia donde se moverá la luna al girar la manivela en el sentido indicado.

29. EJERCICIOS – OTROS MECANISMOS 29 En la tabla de la página siguiente indica el mecanismo correspondiente a cada uno de los objetos mostrados en las figuras, y de qué tipo de mecanismo se trata : de transmisión lineal de transmisión circular de transformación lineal/circular de transformación circular/lineal alternativo

30. EJERCICIOS – OTROS MECANISMOS 30