Fundamentos de Máquinas y Mecanismos: Transmisión y Transformación del Movimiento

Máquinas y Mecanismos: Fundamentos Esenciales

Definiciones Clave

Una máquina es un conjunto de elementos móviles y/o fijos que se utilizan para producir trabajo.

• Un elemento motriz transmite.
• Un elemento conversor transmite y transforma.
• Un elemento conducido recibe.

Los mecanismos son elementos que pueden transmitir y/o transformar movimientos y fuerzas desde un elemento motriz o conductor hasta uno conducido.

Tipos de Movimiento

• Movimiento lineal: Trayectoria recta.
• Movimiento alternativo: Trayectoria lineal de avance y retroceso.
• Movimiento de rotación: Trayectoria de circunferencia.
• Movimiento oscilante: Trayectoria de arco de avance y retroceso.

Mecanismos Simples

Palancas

Una palanca es una barra rígida que se mueve en torno a un punto de apoyo. Su función es reducir la fuerza aplicada en una transmisión o modificar el sentido de la fuerza. La fórmula fundamental es: P x BP = R x BR (Potencia por Brazo de Potencia = Resistencia por Brazo de Resistencia).

Tipos de Palanca

• Primer género: El punto de apoyo se encuentra entre la potencia (P) y la resistencia (R). La potencia puede ser mayor o menor que la resistencia.
• Segundo género: La resistencia se encuentra entre el punto de apoyo y la potencia. El brazo de potencia (BP) es menor que el brazo de resistencia (BR).
• Tercer género: La potencia se encuentra entre el punto de apoyo y la resistencia. El brazo de potencia (BP) es mayor que el brazo de resistencia (BR).

Poleas

Una polea es una máquina simple compuesta por una rueda con un carril (garganta) por el que pasa una cuerda.

Clasificación de Poleas

• Polea fija: Cambia la dirección de la fuerza, pero no ofrece ventaja mecánica.
• Polea móvil: Reduce la fuerza aplicada, ofreciendo una ventaja mecánica de 2.
• Polea compuesta: Reduce la fuerza aplicada en función del número de poleas.
• Polipastos: Son sistemas de poleas compuestas que pueden ser de dos tipos: factorial o potencial.

Transmisión de Movimiento

Tipos de Transmisión

• La transmisión lineal se logra con mecanismos como la palanca y la polea.
• La transmisión circular puede ser:
  • Directa: Los elementos del mecanismo están en contacto directo. Ejemplos: engranajes, ruedas de fricción, tornillo sin fin y corona.
  • Indirecta: El contacto se produce a través de otro elemento. Ejemplos: poleas de transmisión y correa, ruedas dentadas y cadena.

Mecanismos de Transmisión Circular

La relación de transmisión (rt) se define como la relación entre la velocidad de salida y la velocidad de entrada. Puede ser:

• Multiplicador: rt > 1 (la velocidad de salida es mayor que la de entrada).
• Reductor: rt < 1 (la velocidad de salida es menor que la de entrada).

Nota: La fórmula de relación de transmisión para engranajes o ruedas de fricción es W2/W1 = D1/D2 = Z1/Z2, donde W es la velocidad angular, D el diámetro y Z el número de dientes.

Engranajes

Son ruedas dentadas que transmiten movimiento entre ejes.

• Engranajes rectos: Para ejes paralelos.
• Engranajes cónicos: Para ejes perpendiculares.
• Engranajes helicoidales: Para ejes paralelos o que se cruzan, con dientes en ángulo.

Ruedas de Fricción

La transmisión se realiza por rozamiento entre dos ejes próximos mediante dos ruedas en contacto.

Tornillo sin fin y Corona

Mecanismo de transmisión que funciona en un solo sentido. El tornillo sin fin es el eje conductor y la corona es el eje conducido. La transmisión se produce entre dos ejes perpendiculares que se cruzan.

Transformación de Movimiento

Mecanismos de Transformación

• Circular a Alternativo:
  • Biela-Manivela: Un elemento (la manivela) realiza un movimiento rotatorio y está conectado a una barra rígida (la biela), transformando el movimiento. Común en máquinas de vapor.
  • Cigüeñal: Eje con codos y contrapesos que actúa como una manivela múltiple. Fundamental en motores de combustión.
  • Leva-Seguidor: La leva (elemento con perfil especial) transmite movimiento a un seguidor. Usado en electrodomésticos.
  • Excéntrica: Rueda cuyo eje de giro no coincide con su centro geométrico. Aplicaciones en cerraduras.
• Circular a Lineal:
  • Tornillo-Tuerca: Compuesto por un tornillo y una tuerca. Ejemplo: tornillo de banco.
  • Piñón-Cremallera: El piñón es una rueda dentada que engrana con una cremallera, una barra prismática también dentada.

Mecanismos Auxiliares

Clasificación

• Acoplamiento de Ejes: Permiten unir o desunir ejes. Ejemplos: unión Cardán, embrague.
• Acumuladores de Energía: Almacenan energía para liberarla posteriormente. Ejemplos: muelles, volante de inercia.
• Reguladores: Controlan o limitan el movimiento. Ejemplos: trinquete, rueda libre.

Detalle de Mecanismos Auxiliares

Acoplamiento de Ejes

• Unión Cardán: Es un tipo de unión que permite el acoplamiento de ejes no alineados (no lineales).

Acumuladores de Energía

• Muelles: Elementos elásticos que se deforman por la acción de una fuerza, almacenando energía potencial elástica.
• Volante de Inercia: Disco de acero que permite regular la velocidad transmitida por un eje gracias a la energía cinética acumulada.

Reguladores

• Trinquete: Mecanismo que permite el movimiento en un solo sentido, impidiendo el retroceso.