Mecanismes de Transmissió: Tipus, Components i Regulació

1. Mecanismes de Transmissió del Moviment

Mecanismes de Transmissió Directa

Arbres i Eixos

• Arbre: Peça cilíndrica capaç de transmetre un moviment circular i, per tant, un moment o parell motor. (Transmet un moment de torsió o parell motor i està sotmès bàsicament a un esforç de torsió i, de vegades, de flexió i cisallament).
• Eix: Peça també cilíndrica, sobre la qual giren altres peces d’un conjunt mecànic. (Només serveix com a suport i només suporta esforços de flexió i cisallament).

Acoblaments

Serveixen per unir dos eixos o dos arbres que estan alineats directament sense modificar la velocitat ni el moment.

• Acoblament rígid: Els arbres o eixos s’uneixen amb peces metàl·liques rígides que es fixen mitjançant cargols amb un sistema de brides o mitjançant cadenes evolvents.
• Acoblament flexible: Es duu a terme mitjançant una junta elàstica de goma o cautxú, que permet una certa tolerància en l’alineació dels eixos i, al mateix temps, pot absorbir vibracions.
• Acoblament mòbil: S’utilitza quan la separació entre els arbres o eixos ha de ser variable. Per això, els arbres solen ser estriats.
• Cardan o Junta Universal: Per transmetre un moment torsor motor entre dos elements rotatoris, els eixos dels quals no estan alineats i es tallen. S’utilitza la junta universal de Hooke o de Cardan. L'angle màxim entre els eixos és de 45° i no hi ha modificació de la velocitat.
• Limitadors de parell: Quan cal efectuar una transmissió directa d’un arbre a un altre, però limitant el moment torsor o parell de transmissió. S'utilitzen per evitar que, en cas de funcionament incorrecte, es pugui malmetre la màquina o el mecanisme.
  • El disc de fricció s’acobla entre l’arbre i la politja, roda dentada, etc., que transmet el moment, de manera que a través d’una rosca es pot ajustar la pressió entre el disc, l’arbre i la roda.
  • El passador cisallable es col·loca entre l’arbre o la roda, de manera que el passador està calibrat per suportar un determinat esforç de cisallament, a partir del qual es talla i desconnecta la transmissió.

Mecanismes Articulats

• Mecanisme de quatre barres articulades: Dispositiu molt simple format per quatre barres unides entre si amb articulacions. Si les barres unides a l’estructura giren completament s’anomenen manetes, i si només oscil·len s’anomenen balancins.
• Mecanisme biela-maneta: Transforma el moviment circular en moviment rectilini i a l’inrevés, de manera il·limitada, però tenint en compte que el moviment rectilini és alternatiu. La maneta o cigonyal porta acoblat un extrem d’una peça, la biela; i l’altre extrem d’aquesta es fixa a una altra peça, el pistó o èmbol, que llisca dins d’una guia o un cilindre.
  • Punt Mort Superior (PMS): Inverteix el moviment i comença a recular.
  • Punt Mort Inferior (PMI): Deixa de recular i comença a avançar.
• Mecanisme de biela infinita o jou escocès: Transforma el moviment circular en rectilini o a l’inrevés. La diferència amb el biela-maneta és que la funció de la biela la fa un mòbil que es desplaça dins de la baula de la qual obtenim els efectes.

Transmissió Mitjançant Elements Flexibles

• Transmissió per corretja: Formada per dues politges unides mitjançant un element flexible anomenat corretja.
  • Avantatge: Pot treballar amb distàncies força llargues entre eixos.
  • Inconvenient: Apareix quan la corretja llisca i no assegura l’arrossegament de la politja.
• Transmissió per cadena: Es fa entre rodes dentades unides mitjançant una cadena, i això permet que no s’hi produeixi lliscament. La limitació d’aquest sistema és que la velocitat de transmissió no pot ser molt elevada.
• Relació de transmissió: Indica el nombre de voltes que fa l’eix de sortida per cada volta que fa el d’entrada.

Transmissió Mitjançant Engranatges

Tipus d’Engranatges

• Engranatges rectes: Transmeten moviment rotatori entre eixos paral·lels situats a poca distància. Les dents són paral·leles als eixos. S’utilitzen per a esforços petits i velocitat de gir baixa.
• Engranatges helicoïdals: Possibiliten la transmissió entre eixos perpendiculars que es creuen o que es tallen. Les dents formen un angle amb l’eix i poden transmetre esforços grans.
• Engranatges cònics: Transmeten moviment entre dos eixos que es tallen. Els més usuals són els de dents rectes. La secció de les dents és més gran a mesura que augmenta el diàmetre del con.
• Engranatges interiors: Tenen les dents a l’interior, en contacte amb l’altre engranatge. Com que es troben situats al mateix costat, giren normalment en el mateix sentit.
• Pinyó-cremallera: Barra prismàtica amb dents, la cremallera, que engrana amb una roda dentada o pinyó. S’utilitza per transformar un moviment circular en un de rectilini o a l’inrevés.
• Cargol sense fi: Acoblament d’una rosca i un engranatge, per la qual cosa sempre treballen amb eixos que es creuen, normalment a 90°. La rosca s’anomena vis sense fi i té un o dos filets.
  • Inconvenient: Pateix un gran desgast a causa del fregament.
  • Avantatge: Fa que el motor giri en un sentit i serveix com a mesura de seguretat.

Característiques Geomètriques dels Engranatges Rectes

Diàmetre primitiu, Nombre de dents, Mòdul, Pas, Altura del cap de la dent, Altura del peu de la dent, Gruix de la dent, Distància entre eixos, Diàmetre exterior, Diàmetre interior, Diàmetre base, Recta i angle de pressió.

Lleves i Excèntriques

Són mecanismes que gairebé sempre transformen el moviment circular en moviment rectilini, però no ho poden fer a la inversa. La més utilitzada és la lleva de placa, que està formada per la lleva i l'element al qual impulsa, anomenat seguidor. Sovint va acompanyada d'una molla per assegurar el contacte.

Transmissió de Moviment Mitjançant Rosques

Si fem girar un cargol dins d'una femella o a la inversa, es desplacen a una velocitat que depèn del pas de rosca, del nombre de filets i de la velocitat angular. La velocitat de desplaçament és igual al nombre de voltes per unitat de temps i per l'avanç efectuat cada volta (V=(w·p·10^-3)/(2·Pi)).

Mecanismes de Regulació i Intermitents

Regulador Centrífug o de Watt

S'utilitzava en les màquines de vapor (Colònia Vidal) per regular l'accés de vapor al cilindre. Funcionament: La velocitat de gir fa augmentar o disminuir la força centrífuga i, per tant, fa baixar o pujar les boles connectades a la vàlvula de la canonada d'admissió. Així doncs, si la màquina va molt ràpid, les boles pugen i tapen una mica la canonada d'admissió i, com a conseqüència, disminueix la velocitat. I al contrari, si va lent, el regulador baixa i s'obre més la vàlvula, provocant un augment de velocitat.

Mecanismes Intermitents

• Creu de Malta: Consta d'una maneta que gira i d'una roda conduïda. Cada vegada que fa una volta, la part conduïda avança una posició i s'atura. Abans s'utilitzava per evitar donar massa corda al rellotge; avui s'utilitza com a dispositiu divisor i com a element de les màquines que projecten el cinema.
• Carraques: Són mecanismes que permeten a un arbre transmetre un moviment circular o un moment a un altre arbre, politja o roda dentada només en un sentit de gir. Si s'inverteix el sentit, no gira. La carraca de cadell és una variant que funciona amb una roda dentada i un cadell. S'utilitza als pinyons de les bicicletes, eines de cargolar i descargolar, etc.

2. Trens de Mecanismes

Els trens de mecanismes són combinacions de mecanismes que funcionen de manera que l'element que és impulsat per un mecanisme impulsa el següent. S’utilitzen principalment quan es disposa d'un motor que gira a velocitat constant i es desitja treballar a una velocitat diferent, o quan cal canviar els sentits de gir i les posicions o distàncies dels eixos o arbres de la transmissió. Als trens poden existir combinacions de diferents mecanismes segons convingui: politges, engranatges, visos sense fi, etc.

Caixes de Canvi de Marxes i Reductors

S'utilitzen per obtenir diferents relacions de moment-velocitat entre l'entrada i la sortida d'una transmissió. S'utilitzen en el camp de la locomoció, màquines, automòbils, motos, camions.

• El canvi de marxa en les bicicletes: Hi ha dos o tres plats i sis o set pinyons. Les diferents combinacions entre aquests a través de la cadena possibiliten les diferents marxes. Quan hi ha el plat més gran amb el pinyó més petit, ens costa pedalar, ja que el moment o el parell a l'entrada ha de ser molt més gran que a la sortida. Però per poc que pedalem, ens movem més. Si és al contrari, ens costa menys pedalar, ja que el moment o parell és inferior en relació amb les velocitats, i avançarem lentament encara que pedalem de pressa. (i = (w₂)/(w₁) = (n₂)/(n₁) = (Par₁)/(Par₂)).
• Canvis de marxes als automòbils i en altres màquines: S'utilitzen combinacions de politges o d'engranatges.
  • En el primer cas, es col·loquen en l'arbre motriu i esglaonadament politges de diferents diàmetres, i a l'arbre conduït les mateixes però invertides (con de politges). Combinant-los podem obtenir diferents moments o parells motors.
  • En els cotxes es munten jocs d'engranatges en diferents arbres, i si es desplacen lateralment a dreta o esquerra obtenim diferents combinacions.
• Reductors: Els reductors o caixes reductores són un tren de mecanismes que serveixen per reduir la velocitat angular de manera notable i, consegüentment, augmentar el parell entre un o dos arbres. Ocupen poc volum, estan formats per engranatges o visos sense fi, col·locats dins d'una caixa estanca amb lubricants. Duen un arbre d'entrada i un de sortida on s'acobla el motor. Les característiques més importants d'un reductor són la relació de reducció, el moment màxim que poden suportar en l'arbre de sortida i el rendiment.

3. Embragatges, Frens i Altres Mecanismes

Embragatge

Un embragatge és un mecanisme que permet connectar i desconnectar a voluntat o automàticament un dispositiu, normalment un arbre, conductor o motriu, amb un altre que és el conduït. Són utilitzats en màquines de tota mena, però els més coneguts són els que duen els vehicles automòbils entre el motor i la caixa de canvi. N'hi ha de diferents tipus:

• Embragatges de fricció: Transmeten el moviment a través d'una superfície que per forces de fricció connecta el dispositiu motriu amb el conduït. Segons la superfície poden ser de disc o cònics.
  • Embragatges de disc (Automòbils): Un conjunt de molles mantenen el disc, que està connectat a l'eix conduït, premut entre dues superfícies connectades a l'arbre motriu. A través d'un dispositiu mecànic (pedal, maneta, etc.) i un joc de palanques que poden desbloquejar les molles, s'allibera el disc de la pressió que fa contra les superfícies de l'òrgan motriu, amb la qual cosa el moviment deixa de transmetre's. El disc està recobert d'un material molt resistent al desgast per fricció i en molts casos s'utilitzen sistemes de múltiples discos.
  • Embragatges cònics: L'arbre motriu i el conduït duen dues rodes de forma cònica que s'acoblen. Mitjançant un desplaçament lateral d'una de les parts es pot acoblar o desacoblar la transmissió. Gràcies al sistema de fricció es pot fer una connexió suau i progressiva, motiu pel qual són els més usats en el camp de l'automoció.
• Embragatges de dents: La connexió es fa a través de rodes dentades encarades frontalment, i és brusca. Per això, el seu ús queda restringit a màquines de velocitat angular i inèrcies no gaire altes, on una connexió brusca no resulti perjudicial. Però són els que poden suportar esforços més elevats.
• Embragatges hidràulics: Es fan a través d'un líquid, normalment oli. Dins d'un càrter ple d'oli hi ha una roda turbina connectada a l'arbre motriu o conductor i una altra connectada a l'arbre conduït. La turbina connectada a l'arbre conductor actua com a bomba que impulsa l'oli cap a les pales de la turbina de l'arbre conduït. A partir d'una certa velocitat angular es genera un moment prou gran a les pales de la turbina solidària amb l'arbre conduït, que és arrossegat i gira.
• Embragatges centrífugs: Són molt habituals en ciclomotors i altres màquines. L'arbre motriu duu unes masses connectades i retingudes amb unes molles. Quan augmenta la seva velocitat angular, a causa de la força centrífuga, les masses vencen la resistència de la molla, separant-se i connectant-se a través d'unes superfícies de fricció amb un tambor connectat a l'arbre conduït.

"