departamento de tecnología tecnología 3º esoies. sierra de líjar. olvera

Transcripción

DEPARTAMENTO DE TECNOLOGÍA
TECNOLOGÍA 3º E.S.O.
I.ES. SIERRA DE LÍJAR. OLVERA
MECANISMOS QUE TRANSMITEN MOVIMIENTO
MECANISMOS QUE TRANSFORMAN MOVIMIENTO
ACTIVIDADES DE REFUERZO
PROFESOR: ANTONIO J. SALAS MANCIO
Tecnología 3º E.S.O. Mecanismos
MECANISMOS
INTRODUCCIÓN
IINIINTRODUCC
Los mecanismos son un conjunto de elementos que se disponen de tal manera que el
movimiento de uno de ellos provoca el movimiento de todos los demás. Suelen estar en las
máquinas, pero a muchos se les ha conocido desde siempre, aisladamente, como soluciones a
problemas que requieren multiplicar la fuerza o el movimiento.
MECANISMOS QUE TRANSMITEN MOVIMIENTO
MMOVIMIENTO
Los mecanismos que transmiten movimiento se emplean, como su propio nombre
indica, para comunicar movimiento de un eje a otro. Esto puede conseguirse mediante poleas
y correas, mediante un sistema de engranajes, un sistema de piñones y cadena o mecanismo
de tornillo sinfín y rueda helicoidal
1. Sistemas de transmisión por poleas
Una polea es una rueda de cierto grosor, hecha de material resistente (llanta), con una
hendidura en la periferia (canaladura), por donde se
ajusta la correa de transmisión. Para que transmita el
movimiento debe estar tensada.
Los sistemas de transmisión por poleas están
formados por dos o más poleas conectadas, dos a dos,
mediante correas flexibles. Se emplean para cambiar
las fuerzas y modificar la velocidad de rotación del
eje donde se encuentran.
Así, cuando se utiliza una polea grande
(motriz) para arrastrar de una polea más pequeña
(arrastrada), la polea pequeña girará más rápido que
la grande, consiguiendo de esta forma una multiplicadora. Por el contrario, si es la polea
pequeña (motriz) la que tira de la grande (arrastrada), conseguiremos una velocidad más
pequeña en el eje de la polea grande denominando a este montaje reductora.
Las ventajas principales de este tipo de transmisión son:
• Permiten transmitir movimiento entre ejes situados a cierta distancia
• Poder modificar la velocidad de rotación cambiando los diámetros de las poleas
• Su funcionamiento es silencioso y no necesitan lubricantes (engrases)
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Los principales inconvenientes son:
• La correa puede patinar entre las poleas dejando de transmitir movimiento.
Polea Reductora
Hay numerosos casos (taladro, coche...) en los
que el motor debe funcionar a distintas velocidades.
Para conseguirlo se recurren a los mecanismos de
reducción de velocidad. Esto se puede hacer de varias
maneras, aunque no obstante, nosotros seguiremos más
de cerca el que utiliza el mecanismo de transmisión
mediante poleas y correas denominado polea
reductora.
Es por tanto un mecanismo formado por un
motor y una polea doble, unidos mediante correas, que
convierte el movimiento muy revolucionado y con
poca fuerza del motor en otro movimiento de menor
velocidad pero con mayor fuerza
en la polea.
ACTIVIDADES Y EJERCICIOS
INVESTIGA: Si observas el panel posterior de la lavadora de tu casa,
comprobarás que el movimiento del motor se transmite al tambor por
medio de una correa y dos poleas. Sabiendo que el motor gira a 500
r.p.m. cuando efectúa el lavado y a 3000 r.p.m. cuando centrifuga,
hallar:
1. La relación de velocidades del sistema.
2. La velocidad a que gira el tambor cuando centrifuga.
3. La velocidad a que gira el tambor cuando lava.
EXPERIMENTA: Vamos a realizar el montaje de un sistema de poleas.
Desde el eje A, que nosotros moveremos con una manivela, y mediante
una polea doble, vamos a transmitir movimiento a los ejes B
(multiplicando la velocidad) y C (reduciendo la velocidad).
Prepara un peso adecuado que colgaremos sucesivamente de
los ejes B y C.
¿En qué eje es más fácil subir el peso?
¿Ha habido problemas de deslizamiento?, es decir,
¿patina?.
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Ejercicio:
1. Si unimos varias poleas, de distintos radios, en un
eje único, al ir bajando la correa de transmisión –
gomilla- de la mayor a la menor:
• ¿Aumentamos o disminuimos la velocidad del eje
de la polea escalonada?
• ¿Aumenta o disminuye la fuerza?
2. Sistemas de transmisión por engranajes
Si los ejes entre los que queremos transmitir el movimiento están próximos, podemos
recurrir a un sistema de engranajes. Un engranaje es una rueda dentada cuyos dientes encajan,
engranan, o endentan, con los de otra,
arrastrándola en su movimiento giratorio, de
manera que al girar una de ellas la otra gira en
sentido contrario. Se emplean para aumentar o
disminuir las fuerzas, para cambiar su dirección
y para aumentar o reducir la velocidad de
rotación del eje en el que se encuentran.
Así, si tenemos dos ruedas dentadas de
diferente tamaño que están endentadas en el
mismo plano, la rueda pequeña siempre dará
más vueltas que la rueda grande en el mismo
tiempo. De esta manera, y tal como se representa en la ilustración, si la rueda grande (motriz)
arrastra a la pequeña (arrastrada), conseguiremos un aumento de velocidad y, por el
contrario, si es la rueda pequeña (motriz) la que tira de la grande (arrastrada),
conseguiremos una velocidad más pequeña.
Existen muchos tipos de engranajes, aunque los más utilizados son: Los engranajes
planos (transmiten movimientos entre ejes paralelos) y engranajes cónicos (transmiten
movimientos entre ejes perpendiculares).
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Engranajes Compuestos.
Se basan en la utilización de dos ruedas dentadas acopladas en un mismo eje, que
sirven de enlace entre el eje motriz y el eje arrastrado
Ventajas e inconvenientes de los engranajes
Respecto a las poleas, los engranajes tienen como ventaja más notable el ser más
exactos, mas robustos y el no patinar. Como desventajas principales, tienen mayor rozamiento
entre los dientes y necesita el uso de lubricantes, y, además sirven para transmitir movimiento
entre ejes que están muy próximos entre si.
2. Sistemas de transmisión por cadena
Si queremos transmitir movimiento circular entre dos ejes que están separados, pero
además necesitamos asegurarnos de que no exista
deslizamiento (que no patine), el sistema ideal es el de
ruedas dentadas unidas por cadenas de eslabones.
Se emplean para lo mismo que los engranajes y las poleas,
es decir, para variar la velocidad y la fuerza de un giro. Así
pues, la rueda en la que aplicamos la fuerza se denomina
motriz, y la que lo recibe se denomina rueda arrastrada.
3. Mecanismo de rueda helicoidal y tornillo sinfín.
Hasta ahora hemos visto como transmitimos movimiento entre ejes paralelos (Sistemas
de poleas, engranajes y sistemas de cadena y piñones), pero si
lo que queremos es transmitir movimiento entre ejes
perpendiculares (ejes que forman un ángulo recto o 90º ),
tendremos que utilizar el mecanismo de rueda helicoidal con
tornillo sinfín (figura adjunta).
En realidad el tornillo sinfín funciona como un engranaje
que tiene un solo diente. Cada vez que gira un vuelta completa
hace avanzar la rueda dentada un diente, por lo que para que la
rueda dé una vuelta completa es necesario que el tornillo haya dado tantas vueltas como
dientes tenga la rueda.
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4. Relación de transmisión o de velocidades.
En todos los sistemas vistos hasta ahora, es decir, transmisión por poleas, engranajes y,
por cadenas, el aumento o disminución de fuerza y velocidad que se consigue con un sistema
de transmisión depende de la relación de transmisión o de velocidades, la cual se define:
Diámetro polea arrastrada
Diámetro polea motriz
•
Relación de transmisión en un sistema de poleas =
•
Relación de transmisión en un sistema de engranajes =
•
Relación de transmisión de un sistema de cadena y piñones =
Dientes en gra naje arrastrado
Dientes en gra naje motriz
Dientes rueda arrastrada
Dientes rueda motriz
Es decir, si por ejemplo en un sistema de poleas, el diámetro de la polea arrastrada es
dos veces mayor que el diámetro de la polea motriz, la velocidad de giro de la segunda polea
será la mitad que la de la primera, pero la fuerza que podrá realizar será el doble.
Ejercicio:
1. Tenemos dos poleas de radios 8 cm y 24 cm respectivamente. Si la polea grande tira de la
pequeña. ¿Cuál será la relación de transmisión?.¿Cuál será la velocidad de giro de la polea
pequeña si la polea grande gira a 60 revoluciones por minuto?.
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MECANISMOS QUE TRANSFORMAN MOVIMIENTO
Estos mecanismos se caracterizan porque pueden convertir un tipo de movimiento en
otro diferente. Así por ejemplo podemos convertir movimientos rotatorios en lineales y
viceversa.
1. Mecanismo de biela y manivela.
Manivela y cigüeñal
Una manivela es un dispositivo que permite comunicar un movimiento de giro a un eje.
Se emplea para multiplicar la fuerza. Con una manivela se reduce el esfuerzo necesario para
hacer girar un eje. Dicho esfuerzo será tanto menor cuanto mayor sea la distancia del eje a la
manivela.
Un cigüeñal es un conjunto de dos o más manivelas que están dispuestas sobre un mismo
eje.
Biela
Una biela es una barra rígida que se fija en un punto excéntrico de una rueda y es
arrastrada por ella. Un punto excéntrico es cualquier punto
que no coincida con el centro de la rueda. A medida que la
rueda gira, la biela avanza y retrocede en cada una de las
vueltas.
Se emplea para transformar un movimiento de giro (el
del eje de la rueda) en un movimiento alternativo (el de la
barra que es la biela) y también al revés, es decir, un
movimiento alternativo (de la biela) o vaivén en otro de giro
(el de la rueda).
Biela-Manivela
La unión de estos dos mecanismos es la que se suele utilizar normalmente cuando lo que
queremos es transformar un movimiento de giro (el de la manivela) en otro lineal y alternativo
(el de la biela) y viceversa. Así pues, cuando giramos la manivela la biela se ve obligada a
retroceder y a avanzar o, cuando producimos un movimiento alternativo en la biela, la
manivela se ve obligada a girar (como sucede con el pisón en el motor de un automóvil).
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Sistema de biela y manivela
Cigüeñal y cilindro de motor de explosión
2. Mecanismo de levas.
Una leva es una pieza con una forma especial que gira
solidariamente con un eje, con el que está unido directamente o
por medio de una rueda. Normalmente las levas más utilizadas
tienen forma de ovoide (huevo).
Se emplea para transformar un movimiento de giro (el del
eje de la leva) en un movimiento alternativo pero nunca al
contrario, ya que se trabaría la leva. La leva, al girar, comunica
su movimiento a otro mecanismo al que hace subir y bajar,
según que esté o no en contacto con ella.
3. Mecanismo de tornillo.
El tornillo, es otro mecanismo que transforma el
movimiento circular o de giro en lineal, pero nunca al
contrario al igual que el mecanismo de levas. En su
aplicación para unir piezas, consta de un cilindro en cuya
superficie se ha tallado un surco en forma helicoidal. A esto
se le llama rosca y para que avance el tornillo debe
enroscarse dentro de un agujero también roscado, llamado
tuerca.
4. Mecanismo de piñón y cremallera.
Es una combinación de una rueda dentada (piñón) y una
barra recta que también tiene dientes (cremallera), engranados
ambos entre sí.
En realidad una cremallera es un engranaje plano y su
movimiento, por tanto, es rectilíneo. Puede transformar un
movimiento de giro (el del piñón) en otro lineal (el de la
cremallera) y también al revés, es decir, un movimiento lineal
(el de la cremallera) en otro de giro (el del piñón)
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ACTIVIDADES DE REFUERZO
1. Problemas de Mecanismos que transmiten movimiento.
PALANCAS
• Ejemplo: ¿Dónde harías girar la viga para que se pusiera en equilibrio?
Calculamos primero los momentos de todas las fuerzas,
en nuestro caso, dos fuerzas, implica que tenemos que
calcular dos momentos (M1 y M2)
M1 = Fuerza . Distancia = 12 (N) . 2(cm) = 24 (N.cm) (+)
M2 = Fuerza . Distancia = 4(N) . 8(cm) = 32 (N.cm) (-)
El momento total será suma de los momentos con su correspondiente signo, esto es:
Mt = M1 + M2 = 24 + (-32) = -8 (N.cm) (-)
Al salir un momento total negativo, quiere decir que la barra girará hacía la derecha, es
decir, a favor de las agujas del reloj. Por tanto para poner la barra en equilibrio, tendré que
girarla en sentido contrario, es decir, hacía la izquierda.
• En la siguiente barra, la distancia entre rayitas es de 1 cm. Calcula:
a) El momento que ejerce cada una de las fuerzas representadas respecto del apoyo (O).
b) El momento total (suma de todos los momentos anteriores con su correspondiente
signo).
c) ¿La barra girará hacia algún lado?
• ¿Qué fuerza hay que aplicar a la palanca en A para poner la carga en equilibrio?.
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• ¿Qué fuerza hay que aplicar a B para poner el columpio en equilibrio?.
ENGRANAJES Y SISTEMAS DE CADENAS Y TORNILLO SINFIN
• Observa la figura. ¿Cuántas vueltas hay que dar a la manivela para conseguir que el
limpiaparabrisas vaya y venga una vez?. Suponer que la rueda mayor tiene 70 dientes y las
dos más pequeñas 40 dientes cada una.
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EXPERIMENTA:
1. Monta un sistema de engranajes en tres ejes, de forma similar al que hicimos con poleas.
• Comprueba la posibilidad de subir peso.
• ¿Ha habido ahora algún problema con el deslizamiento?.
2. Hallar la relación de transmisión del sistema de
engranajes del dibujo. Cambia el engranaje
intermedio por cualquier otro. Vuelve a hallar de
nuevo la relación de transmisión.
• ¿Qué valor da?
• ¿A qué conclusión llegas?
3. Tenemos en el aula de Tecnología motores que giran
a una determinada velocidad, revoluciones por minuto (r.p.m.). Vamos a montar una reductora
que baja esa velocidad 240 veces. Para ello:
• Utiliza el piecerio de transmisión para realizar el montaje.
• ¿A qué velocidad gira realmente el motor?
CALCULA Y RAZONA:
1. En una bicicleta con plato de 54 dientes y piñón de 18 dientes, la rueda trasera tiene una
circunferencia exterior de 200 cms. Hallar a que velocidad en Km/h circula un ciclista que da
100 pedaladas por minuto. (Se entiende que una pedalada es una vuelta completa de plato).
2. Sabiendo que los diámetros son proporcionales al número de dientes de cada engranaje,
tenemos una bicicleta cuyo plato mide 210 mm. De diámetro y los piñones son respectivamente
de 100, 90, 80, 70 y 60 mm.. Queremos que cada giro de pedales completo se convierta en tres
vueltas de la rueda.
¿Qué piñón debemos engranar?.
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2. Problemas de Mecanismos que transforman el movimiento.
CALCULA Y RAZONA:
1. El mecanismo pistón-biela-cigüeñal de un motor de
explosión, necesita realizar un recorrido (carrera) de 10
cm.
• ¿Qué diámetro debe tener la excéntrica de la
manivela (cigüeñal) para conseguirlo?. Razona tu
respuesta.
2. Tenemos un motor industrial que gira a 1500 r.p.m..
Para reducir su velocidad y multiplicar su fuerza, se
le ha acoplado al eje un tornillo sinfín y un
engranaje helicoidal.
•
Hallar la velocidad de salida del engranaje si
este tiene 40 dientes.
INVESTIGA:
1. Fíjate en el soporte del taladro de tu aula de Tecnología y
observarás que el movimiento de subida y bajada del
mismo se consigue con un mecanismo de piñóncremallera. Cuenta el número total de dientes de la
cremallera. ¿Este dato te indica algo?.
Observa el número de dientes que pasan cuando das una vuelta
completa al mecanismo de subida y bajada. ¿Puedes deducir el
número de dientes del piñón?.
2. Utiliza el calibre o una regla para contar el número
de roscas que tiene un tornillo cualquiera en 1 cm.
De longitud. Deduce el paso de rosca en mm.
(aproximadamente) y calcula su velocidad de avance
lineal si gira a razón de 10 vueltas por minuto.
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ANALIZA Y DISEÑA:
En el escaparate de una zapatería queremos colocar un muñeco anuncio, parecido al de la figura, que
con uno de sus brazos realice un movimiento de subida y de bajada.
Diseña, aplicando los mecanismos de transformación de movimiento conocidos, un sistema que
solucione este problema y que sea accionado por un motor eléctrico.
Cómo construir bielas
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