Fundamentos de Mecánica: Máquinas, Movimiento y Mecanismos

Introducción

Las máquinas que, para cumplir su función, necesitan moverse utilizan distintos mecanismos.

Ejemplos: Biela-manivela en máquinas de coser, poleas en taladros de columna.

Máquinas

Un conjunto de elementos interconectados que transforman la energía eléctrica en trabajo útil o en otro tipo de energía.

Máquinas Simples

Son las primeras que utilizó el ser humano. Realizan su trabajo en un solo paso y permiten reducir el esfuerzo necesario para realizar una tarea.

Palanca

Barra rígida que oscila en un punto de apoyo (fulcro).

• 1er grado: Tijeras, alicates.
• 2º grado: Carretilla, abrebotellas.
• 3er grado: Grapadora, quitagrapas.

Ley de la palanca: F · df = R · dr

Polea

Es una rueda con un canal en su contorno.

• Polea fija: F = R
• Polea fija + móvil: F = R / 2

Polipasto

Combinación de varias poleas fijas y móviles. La fórmula es F = R / (2 · N), donde N es el número de poleas móviles.

Plano inclinado

Rampas. A mayor inclinación, mayor esfuerzo hemos de realizar. Si el ángulo disminuye, el esfuerzo disminuye, pero la longitud aumenta.

Tornillo

Es un plano inclinado enrollado en forma de espiral.

• Paso: Distancia entre dos crestas (picos).
• Desplazamiento (D): D = Nº vueltas · paso.

Cuña

Se forma uniendo dos planos inclinados. Se utiliza en herramientas de corte (hachas, gubias...).

Máquinas complejas

Están formadas por varios mecanismos. Los mecanismos son los elementos de una máquina destinados a transmitir y/o transformar el movimiento.

Biela-manivela

Mecanismo formado por una manivela (movimiento circular) y una barra llamada biela. La biela está unida por un extremo a la manivela y por el otro a un sistema de guiado que describe un movimiento rectilíneo alternativo.

Conceptos y Definiciones Extraídas

• Cálculo del peso: P = m · g, donde g ≈ 9.8 m/s² (o 10 m/s² para cálculos rápidos).
• Ventaja mecánica en palancas: Para elevar una carga con el menor esfuerzo, el punto de apoyo debe estar cerca de la carga.
• Transmisión por cadena: El sentido de giro de ambas ruedas dentadas es el mismo.
• Piñón-cremallera: Transforma el movimiento circular en rectilíneo y viceversa.
• Velocidad de engranajes: Se mide habitualmente en Revoluciones por minuto (rpm).

A. Mecanismos de transmisión de movimiento

Sistemas que transmiten movimiento circular de una rueda a otra.

• Ruedas de fricción: Contacto directo. La rueda conducida gira en sentido contrario a la motriz.
• Poleas-correa: Dos ruedas unidas por una correa. Si no se cruza, giran en el mismo sentido; si se cruza, el sentido se invierte.
• Engranajes: Ruedas dentadas que encajan entre sí. Tipos: rectos, helicoidales (más silenciosos) y cónicos (para ejes perpendiculares).
• Tornillo sin fin-Corona: Ejes perpendiculares. Proporciona una gran reducción de velocidad.

Fórmula general de relación de transmisión (Rt): Rt = nc / nm = Dm / Dc = Zm / Zc

B. Mecanismos de transformación de movimiento

Cambian el tipo de movimiento (de circular a lineal o viceversa).

• Excéntrica / Leva-seguidor: Una pieza con forma especial gira y empuja a un seguidor, provocando un movimiento de subida y bajada.
• Tornillo-tuerca: Un husillo roscado mueve una tuerca linealmente al girar.

Resumen de Velocidad

• Sistema reductor: La velocidad de la conducida es menor que la de la motriz (nc < nm).
• Sistema multiplicador: La velocidad de la conducida es mayor que la de la motriz (nc > nm).