I. Conceptos Fundamentales de Mecanismos
Definición y Propósito de los Mecanismos
- Comprender que los mecanismos son el ensamblaje de dos o más piezas mecánicas para transmitir y transformar fuerzas y movimientos, con el fin de multiplicar una fuerza, reducir el efecto de un peso o cambiar la forma en que se mueven las cosas.
Tipos de Movimientos
- Identificar y diferenciar los movimientos lineal, rotatorio, oscilante y alternativo.
Máquinas Simples
- Conocer las cinco máquinas simples en las que se fundamentan todos los mecanismos:
- Plano Inclinado: Divide el peso de una carga en dos componentes de fuerza, reduciendo la fuerza necesaria para elevarla.
- Cuña: Divide una fuerza perpendicular en dos fuerzas laterales para separar un cuerpo o material.
- Rueda y Eje: Multiplica la fuerza aplicada en la rueda y transmite un movimiento de rotación cuando el eje y la rueda giran solidariamente.
- Tornillo: Convierte un movimiento de rotación en uno lineal de avance y retroceso, a la vez que multiplica la fuerza aplicada.
- Palanca: Una barra rígida que transmite fuerza y movimiento, apoyándose en un punto de apoyo o fulcro. Se compone de un brazo de potencia (donde se aplica la fuerza) y un brazo de resistencia (donde se ejerce la carga).
II. Tipos de Palancas y Cálculos
Es fundamental comprender los tres tipos de palancas, sus características y cómo aplicar la fórmula F · d = P · D para la resolución de problemas.
Palanca de Primera Especie
- El fulcro se sitúa entre la fuerza de potencia y la fuerza de resistencia. Si el brazo de potencia es más largo que el brazo de resistencia, es un mecanismo multiplicador de fuerza.
- Ejercicio clave: Calcular la fuerza de resistencia que se puede vencer con una fuerza de potencia dada, conociendo las longitudes de los brazos de potencia y resistencia. Realizar un esquema de la palanca.
Palanca de Segunda Especie
- La fuerza de resistencia se sitúa entre el fulcro y la fuerza de potencia. Es un mecanismo multiplicador de fuerza.
- Ejercicio clave: Resolver el mismo problema de la Palanca de Primera Especie aplicando los datos a una Palanca de Segunda Especie y comparar cuál configuración permite vencer una mayor fuerza de resistencia.
Palanca de Tercera Especie
- La fuerza de potencia se sitúa entre el fulcro y la fuerza de resistencia. Es un mecanismo reductor de fuerza.
- Ejercicio clave: Analizar qué sucede si se intercambian las longitudes de los brazos en los ejercicios anteriores y justificar la respuesta.
Problema de Aplicación
- Calcular la fuerza necesaria para mover una carretilla con una carga dada, identificando los brazos de potencia y resistencia en la figura.
III. Mecanismos de Transmisión Rotatoria: Poleas y Engranajes
Dominar la transmisión de movimiento rotatorio, así como el cálculo de velocidades y relaciones de transmisión.
Poleas
- Se componen de dos ruedas (rueda motriz y rueda conducida o dirigida) unidas por una correa de transmisión.
Tipos de Sistemas de Poleas según el Diámetro:
- Multiplicador de Velocidad: Si el diámetro de la rueda motriz es mayor que el diámetro de la rueda conducida, esta última girará a mayor velocidad.
- Reductor de Velocidad: Si el diámetro de la rueda motriz es menor que el diámetro de la rueda conducida, esta última girará a menor velocidad.
Fórmula para el Cálculo de Velocidades:
vm · Dm = vd · Dd
- vm: Velocidad de la rueda motriz.
- Dm: Diámetro de la rueda motriz.
- vd: Velocidad de la rueda conducida.
- Dd: Diámetro de la rueda conducida.
Relación de Transmisión (i):
Se calcula dividiendo la velocidad de la rueda conducida entre la velocidad de la rueda motriz (i = vd / vm).
- Si i < 1, el sistema es reductor de velocidad.
- Si i > 1, el sistema es multiplicador de velocidad.
Ejercicios Prácticos:
- Determinar el sentido de giro de las ruedas en un sistema de poleas.
- Calcular la velocidad de la rueda de salida, la relación de transmisión e indicar si el sistema es reductor o multiplicador de velocidad, justificando la respuesta.
- Realizar cálculos para determinar si un sistema de poleas es reductor o multiplicador de velocidad, dadas las velocidades y diámetros de las ruedas.
- Calcular la velocidad de un eje de una rueda conducida y el tipo de sistema (reductor o multiplicador de velocidad) a partir de los diámetros y la velocidad de la rueda motriz.
Engranajes
- Sistemas de ruedas dentadas que transmiten movimiento rotatorio, diferenciándose de las poleas en que sus elementos están en contacto directo y requieren lubricación.
Condición de Funcionamiento (Módulo M):
El módulo debe ser el mismo para todas las ruedas engranadas y se calcula como el cociente entre el diámetro primitivo (D) y el número de dientes (Z) (M = D / Z).
Fórmula para el Cálculo de Velocidades:
vm · Zm = vd · Zd
- vm: Velocidad de la rueda motriz.
- Zm: Número de dientes de la rueda motriz.
- vd: Velocidad de la rueda conducida.
- Zd: Número de dientes de la rueda conducida.
Relación de Transmisión (i):
Se puede calcular como i = Zm / Zd o i = vd / vm.
Ejercicios Prácticos:
- Calcular la velocidad de la rueda conducida en un sistema de engranajes, dadas las características de la rueda motriz y conducida (diámetro y número de dientes).
- Calcular las velocidades de diferentes engranajes y determinar el tipo de sistema (reductor o multiplicador de velocidad).
- Calcular la relación de transmisión de un sistema de engranajes, determinar si es multiplicador o reductor de velocidad, y hallar la velocidad de la rueda conducida.
IV. Mecanismos de Transformación de Movimiento
Comprender cómo se convierte un movimiento rotatorio en un movimiento alternativo.
Levas
- Son piezas con un perfil ovoide o excéntrico unidas a un eje que no pasa por su centro geométrico. Al girar, empujan un palpador o seguidor, transformando el movimiento rotatorio en un movimiento alternativo o lineal recíproco.
Mecanismo Biela-Manivela
- La unión de una biela (elemento transmisor de movimiento) y una manivela (barra o rueda con un centro de giro y un punto de aplicación de fuerza o extracción de movimiento) permite convertir un movimiento rotatorio en uno lineal alternativo y viceversa.