Teoría de transmisión de mecanismos

1. IES. JOSÉ ISBERT CURSO 12-13
UU.DD. 3
LOS MECANISMOS
DPTO. DE TECNOLOGÍA
Unidad 4. Transmisión y transformación de movimiento

2. 1.- Introducción
Para realizar cualquier tarea, los seres humanos pueden utilizar simplemente la fuerza de sus
músculos o emplear determinados dispositivos que disminuyan la fuerza necesaria para llevar a
cabo dicha tarea. Por ejemplo, para transportar una carga pesada, se puede utilizar directamente
la fuerza de los brazos o una carretilla, con lo que el esfuerzo que se tiene que hacer es menor.
Por tanto, una máquina es un instrumento que transforma las fuerzas que sobre ella se aplican a
fin de disminuir el esfuerzo necesario para llevar a cabo una tarea.
El hombre ha usado las máquinas desde la antigüedad.
Máquinas como la rueda eran conocidas por el hombre desde
hace más de 5000 años.
De ello dan muestra figuras como la que se presenta que
pone de manifiesto que la industria del juguete es más
antigua de lo que se cree ya que desde hace varios
milenios, ya se usaba la rueda en los juguetes de los niños
El primero que expuso las teorías del funcionamiento de las máquinas fue Arquímedes, sabio griego
del siglo III a.C. A él se debe la famosa frase “dadme un punto de apoyo y moveré el mundo”,
refiriéndose a la palanca.
Unidad 4. Transmisión y transformación de movimiento

3. También los romanos usaron máquinas simples. Una de
ellas, que todavía se emplea en la actualidad es la báscula
denominada “romana”.
Está basada en una palanca y es muy similar a un
balancín, cuyos brazos son desiguales. En el más corto hay
un platillo donde se pone la mercancía a pesar. El más
largo tiene una pesa que puedes deslizar sobre él y lleva
marcadas las unidades de peso.
Su funcionamiento es el siguiente: una vez puesta en el
plato la mercancía a pesar, con una mano se sujeta la
romana por el punto de giro de la palanca y con la otra
mano se mueve la pesa
deslizante hasta lograr que la barra quede
perfectamente horizontal. Cuando se queda quieta, se
hace la lectura
sobre la escala que lleva grabadas las unidades de peso.
Las modernas y complejas máquinas de nuestros días
nos asombran por su capacidad de trabajo. Sin
embargo, no son nada más que la hábil e inteligente
combinación de un conjunto de elementos más
simples.
Unidad 4. Transmisión y transformación de movimiento

4. 2.- Palancas
Una palanca es un dispositivo muy sencillo que consiste en una barra rígida que puede girar
en torno a un punto determinado, el cual recibe el nombre de punto de apoyo o fulcro.
En una palanca podemos distinguir los siguientes elementos: el punto de apoyo o fulcro, la
potencia, la resistencia, el brazo de potencia y el brazo de resistencia.
Potencia R
P Apoyo
Resistencia
Brazo de potencia Brazo de resistencia
A
Bp
Br
 La fuerza que se aplica al extremo de la palanca se llama potencia (P). Es la fuerza que
debemos aplicar
 El peso que se va a levantar se llama resistencia (R).
 El punto donde se apoya la palanca se llama punto de apoyo o fulcro (A).
 La longitud de la palanca desde el punto de apoyo hasta donde se aplica la potencia
se llama brazo de potencia (Bp).
 La distancia entre el punto de apoyo y el punto donde se aplica la resistencia se
llama brazo de resistencia (Br).
Unidad 4. Transmisión y transformación de movimiento

5. 2.1.- Tipos de palancas
Existen tres tipos de palancas. Se diferencian entre sí por la situación de los elementos que las
componen (fulcro, potencia y resistencia)
Son palancas de primer género las que tienen el Potencia
punto de apoyo entre la potencia y la Resistencia
resistencia. Ejm; alicates (aquí, el punto de
apoyo está situado entre la potencia (mangos) y
la resistencia (hojas de corte) Apoyo
Son palancas de segundo género las que tienen Resistencia
la resistencia entre el punto de apoyo y la
potencia. Ejm: carretilla (aquí la potencia es
aplicada sobre los mangos de la carretilla. El
punto de apoyo estará situado en el eje de giro Potencia
de la rueda y la resistencia es la carga de la Apoyo
carretilla).
Son palancas de tercer género las que tienen la Potencia
potencia entre el punto de apoyo y la
resistencia son Ejm: pinzas (aquí, el punto de
apoyo está en el extremo que une sus brazos, la Resistencia
resistencia en el extremo donde se sujeta el Apoyo
objeto y la potencia se aplica entre ambos).
Unidad 4. Transmisión y transformación de movimiento

6. 2.2.- Ley de equilibrio de la palanca
Un dato muy importante cuando trabajamos con palancas es la distancia a
la que está situado cada peso del punto de giro de la palanca. En un
balancín, cuyo punto de giro está en el centro de la barra, la persona de
mayor peso levantará a la más ligera, pero si pudiéramos aumentar la
longitud de la barra donde está sentada la persona más ligera, sucedería
lo contrario, la ligera levantaría a la pesada.
La ley de equilibrio de la palanca establece que la potencia P · B p = R · Br
por su brazo es igual a la resistencia por el suyo.
Ejm: Juan pesa 80 Kg y está a 1m del punto de giro del balancín,
y Luis, que pesa 40 Kg, está situado a 2 m del punto de giro. En
este caso, la palanca está equilibrada, ya que 80x1 es igual a
40x2.
¿Qué sucederá si Luis se aleja del punto de giro del balancín?.
Llegará un momento en que conseguirá levantar a Juan, aunque
pesa mucho menos.
Tanto en las palancas de 1er como de 2º género se ahorra esfuerzo, por ejm. en un balancín se
pueden montar dos chicos uno con mayor peso que otro. Para que puedan balancearse el chico de
mayor peso tendrá que situarse más cerca del punto de apoyo, es decir, disminuir el brazo de
resistencia y aumentar el brazo de potencia. De la misma manera, en una carretilla el brazo de
potencia es mayor que el de resistencia, con lo que conseguiremos, una vez más, transportar
grandes cargas con menos esfuerzo.
En el caso de las palancas de 3ergénero no se aumenta el efecto de la potencia aplicada, pues el
brazo de potencia siempre es menor que el transformación de movimiento
Unidad 4. Transmisión y brazo de resistencia.

7. 3.- Poleas y Polipastos
Las poleas son operadores mecánicos formados por una rueda acanalada por la que pasa una cuerda
denominada correa. La polea gira alrededor de un eje que la atraviesa por el centro.
Existen dos tipos básicos: fijas y móviles. Además, al conjunto formada por poleas fijas y móviles se
le conoce con el nombre de polipasto
La polea fija consiste en una rueda con un canal en su periferia por
donde pasa una cuerda. En un extremo de la cuerda se coloca un peso,
que será la resistencia R, y en el otro se aplica la fuerza necesaria para
elevarlo o potencia P.
En realidad, la polea, es un caso especial de palanca. En ella, el brazo de
potencia y el de resistencia son radios de la circunferencia de la polea.
El fulcro es el eje alrededor del cual gira la polea. Según la ley de
equilibrio de la palanca:
Pxa=Rxb
Siendo a y b el radio de la polea, por lo que:
Pxr=Rxr
Por tanto: P=R
F
Lo que supone que no ahorramos esfuerzo.
Por tanto, la utilidad de la polea fija reside en que para elevar una R
carga se puede cambiar la dirección del esfuerzo. La fuerza se ejerce
hacia abajo y no hacia arriba, con lo que se aprovecha el peso del propio
cuerpo y resulta más cómodo elevar la carga, aunque el esfuerzo es el
mismo. Es decir, las poleas fijas no reducen el esfuerzo necesario, pero F=R
facilitan el trabajo.
Unidad 4. Transmisión y transformación de movimiento

8. El polipasto más sencillo consta de dos poleas: una fija sujeta a un soporte por
medio de un gancho y una móvil conectada a la primera mediante una cuerda.
La potencia es la fuerza que se aplica en el extremo libre de la cuerda, y la
resistencia es el peso que se trata de elevar con este dispositivo y que cuelga del
eje de la polea móvil.
Si consideramos que las cuerdas son paralelas, podemos observar que cuando el F
extremo en el que aplicamos la fuerza P baja una distancia H, la polea móvil se R
desplaza una altura H/2, dado que la distancia inicial H se reparte entre los dos
ramales de la cuerda que sostienen la polea móvil.
R
Aplicando la ley del equilibrio de las máquinas simples: F=
2
Trabajo del motor = Trabajo resistente,
tendremos que: P x H = R x H/2
Despejando RxH Poleas fijas
P=
2xH
Y por lo tanto: R
P=
Poleas móviles
2
Con el polipasto se puede levantar el doble de peso haciendo el mismo esfuerzo .
En el caso general de cualquier polipasto la fuerza R
necesaria para subir una carga (Potencia) se obtiene F=
dividiendo el peso de la carga (Resistencia) entre el 2n
doble del número de poleas móviles.
Unidad 4. Transmisión y transformación de movimiento

9. 3.1.-Transmisión de fuerza y movimiento
 Las poleas y polipastos nos permiten además de ahorrar esfuerzo, transmitir el
movimiento entre ejes situados a cierta distancia uno de otro. La transmisión
puede ser por fricción de una polea con la otra, (en cuyo caso girarán en sentido
contrario), o a través de una correa, (en cuyo caso giran en el mismo sentido).
 Cualquier mecanismo de transmisión está formado por un elemento conductor, que
es el que introduce el giro en el sistema (elemento de entrada), y un elemento Transmisión
conducido (elemento de salida), que es el que recibe el giro. Así, tendremos una por fricción
clasificación de los mecanismos de transmisión en función de la velocidad del
elemento de salida:
a) Mecanismos reductores: La velocidad del elemento de salida es menor que la del
de entrada.
b) Mecanismos amplificadores: La velocidad del elemento de salida es mayor que la
del de entrada.
Transmisión
c) Mecanismos neutros: La velocidad del elemento de salida es igual que la del de por correa
entrada.
 Para cambiar el sentido de giro de dos poleas unidas por una correa, ésta se coloca cruzada.
Transmisión entre ejes paralelos Transmisión entre ejes que se cruzan
Correa abierta. Mismo sentido Correa cruzada. Sentido contrario
Unidad 4. Transmisión y transformación de movimiento

10. 3.1.1.-Ecuación de transmisión de movimiento. Relación de transmisión.
 En una transmisión de movimiento por poleas el diámetro de las mismas influye en la velocidad de
giro. Las poleas del mismo diámetro giran a la misma velocidad, pero si una de las poleas tiene un
diámetro menor tendrá que dar más vueltas.
 La velocidad de giro de poleas, engranajes y demás elementos de revolución se expresa en rpm
(revoluciones por minuto), y su valor es el número de vueltas que da el mencionado elemento en
un minuto de tiempo.
 En un sistema de transmisión de movimiento por poleas
se cumple la siguiente igualdad:
d1 ⋅ n1 = d 2 ⋅ n2
Siendo:
n1 = Número de rpm de la polea 1
D1 = Diámetro de la polea 1
n2 = Número de rpm de la polea 2
D2 = Diámetro de la polea 2
Despejando de la ecuación anterior, tenemos dos ecuaciones para calcular la relación de transmisión “i”:
d1 n2
i = rt = i = rt =
d2 n1
Esta magnitud es adimensional, es decir, no tiene unidades.
Unidad 4. Transmisión y transformación de movimiento

11. 3.1.2.- Tren de mecanismos:
En el caso de que necesitemos aumentar o disminuir en una cantidad elevada la velocidad de
giro de las poleas, sería preciso utilizar poleas de gran diámetro, lo cual a nivel práctico no
resultaría posible pues o bien las poleas patinarían o bien la correa se saldría de su canal. En
estos casos hay que recurrir a los llamados trenes de mecanismos. Se trata de sucesiones
de mecanismos de transmisión, unidos unos a continuación de los otros, de tal forma que la
relación de transmisión que se logra al final del mecanismo es muy grande. Estos trenes
están formados por más de dos ruedas de tal manera que al menos dos de ellas giran
solidariamente.
En estos casos se calculan las relaciones de transmisión de cada pareja de poleas por
separado. La relación de transmisión final, (es decir, aquella que existe entre la última polea
y la primera) es igual al producto de las relaciones de transmisión parciales.
d1 1 Se trata de un mecanismo reductor de
i1, 2 = = velocidad. Por cada vuelta que da la polea
d2 2 2, la 1 da dos.
d3 1 Se trata de un mecanismo reductor de
i3, 4 = = velocidad. Por cada vuelta que da la polea
d4 2 4, la 3 da dos.
d d Se trata de un mecanismo
1 1 1
it = i1, 4 = i1, 2 ⋅ i3, 4
= 1⋅ 3 = ⋅ =
reductor de velocidad. Por
d2 d4 2 2 4
cada vuelta que da la polea
4, la 1 da cuatro. Hemos
reducido en 4 veces la
velocidad de giro inicial, es
decir, si inicialmente giraba
por ejemplo a 40 rpm, la
Unidad 4. Transmisión y transformación de movimiento polea girará a 10 rpm.
última

12. 4.-Engranajes
 Al transmitir esfuerzos elevados las poleas pueden patinar, con lo que se pierde velocidad de giro y
esfuerzo de transmisión. Esto se puede evitar dotando a las poleas de un dentado exterior, con lo
cual tendríamos un sistema de transmisión de movimiento por ruedas dentadas denominadas
engranajes.
Engranajes:
Poleas
no patinan
pueden patinar
Los engranajes son ruedas dentadas en las que los dientes de la rueda conductora encajan con los
de la conducida, con lo cual se transmite el movimiento de giro. Los engranajes suelen estar
fabricados de acero, y son sistemas que pueden transmitir grandes potencias.
Al elemento que transmite o inicia el movimiento se le llama conductor, motriz o impulsor y al que
lo recibe conducido, resistente o seguidor.
 Al igual que sucedía en el caso de las poleas, el sentido de giro de los engranajes en transmisión
directa es contrario uno del otro. En el caso de una transmisión por cadena el sentido de giro
será el mismo.
Conducido Sistema de transmisión
directa
Sistemas de transmisión
por cadena
Conductor
Unidad 4. Transmisión y transformación de movimiento

13. 4.1.- Tipos de engranajes
 Cilíndricos helicoidales: son ruedas
cilíndricas provistas de dientes
 Cilíndricos rectos: son de forma
inclinados en forma de hélice. Su
cilíndrica con los dientes rectos
funcionamiento es más suave y
respecto al eje del engranaje. Se
silencioso que el de los engranajes
emplean para transmitir
rectos. Con ellos se puede
movimiento entre ejes paralelos.
transmitir movimiento entre ejes
Son capaces de transmitir grandes
paralelos o entre ejes que se
potencias, pero son ruidosos.
cruzan. Son los que se montan en
las cajas de cambio de los
automóviles.
 Cónicos: su forma es la de un
tronco de cono dentado en el
 Sinfín-corona: están
exterior. Se emplean para
formados por un tornillo que
transmitir movimiento entre
engrana con una rueda
ejes que se cruzan.
dentada. Se emplean para
grandes reducciones de
 De espigas y de tipo linterna: son velocidad (la relación de
engranajes empleados desde la transmisión que se obtiene
Antigüedad dada su facilidad de es muy alta). Se puede
fabricación comparada con otros transmitir el movimiento del
tipos. En la actualidad están casi en tornillo a la rueda, pero no a
desuso. la inversa.
Unidad 4. Transmisión y transformación de movimiento

14. 4.2.- Ecuación de transmisión de movimeinto. Relación de transmisión:
 En un sistema de transmisión de movimiento por engranajes
se cumple la siguiente igualdad:
n1 ⋅ z1 = n2 ⋅ z 2
Siendo:
n1 = Número de rpm del engranaje 1
z1 = número de dientes del engranaje 1
n2 = Número de rpm del engranaje 2
Si Rt>1 => Sistema multiplicador
z2 = número de dientes del engranaje 2 Si Rt<1 => Sistema reductor
 Despejando de la ecuación anterior, tenemos dos ecuaciones para calcular la relación de transmisión :
z1 n2
i = rt = i = rt =
z2 n1
Esta magnitud es adimensional, es decir, no tiene unidades.
Del mismo modo que en el caso de las poleas, si queramos
aumentar o reducir la velocidad de los engranajes de forma
considerable debemos recurrir a los trenes de
mecanismos. De este modo, la reducción o ampliación de
velocidad se produce “a golpes”.
Unidad 4. Transmisión y transformación de movimiento

15. 5.- Mecanismos de transformación de movimiento
A veces es necesario, además de la transmisión de movimientos, la transformación de los mismos. En las
poleas y engranajes vistos hasta ahora, el movimiento circular se transforma en otro movimiento
también circular, sin embargo hay otros mecanismos que transforman el movimiento circular en
rectilíneo o viceversa. Algunos de ellos son:
5.1.-Tornillo-tuerca
Transforma un movimiento circular en un movimiento lineal. Caben dos posibilidades:
•Cuando el tornillo si se desplaza •Cuando el tornillo no se puede
longitudinalmente y la tuerca u orificio desplazar longitudinalmente. Su giro
roscado no. Ejms: tornillo de banco, provoca el desplazamiento de una
grifo, tapones de botellas….etc. tuerca. Ejms: barra de pegamento,
pintalabios,….etc.
Giro Avance
No se trata de un mecanismo reversible, es decir, no podemos aplicarle un movimiento longitudinal y
obtener uno giratorio.
Unidad 4. Transmisión y transformación de movimiento

16. 5.2.-Piñón-cremallera
Este mecanismo consta de una rueda dentada (piñón) y de una barra, también dentada (cremallera),
que encaja con el piñón.
Piñón
Se trata de un mecanismo reversible. Cremallera
•El funcionamiento más usual consiste en que el
•En algunos casos la cremallera puede
piñón arrastre a la cremallera, transformando un
funcionar como elemento motor.
movimiento circular en un desplazamiento lineal
Su utilidad práctica suele centrarse solamente en la conversión de giratorio en lineal, siendo muy
apreciado para conseguir movimientos lineales de precisión (caso de microscopios u otros
instrumentos ópticos como retroproyectores), desplazamiento del cabezal de los taladros
sensitivos, movimiento de puertas automáticas de garaje, sacacorchos,regulación de altura de los
trípodes, movimiento de estanterias móviles empleadas en archivos, farmacias, bibliotecas….etc..
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17. 5.3.-Mecanismo biela-manivela
El mecanismo biela-manivela está compuesto, como
su nombre indica, por dos elementos unidos
mediante una articulación: la biela, que es una
barra rígida, y la manivela. Además suele existir un
soporte para apoyar la manivela.
Se trata de un mecanismo reversible, ya que se Manivela Biela Cruceta Patín
emplea o bien para transformar un movimiento
circular en rectilíneo alternativo (dando vueltas al
eje, la biela generaría un movimiento rectilíneo
alternativo), o bien para transformar un movimiento
rectilíneo alternativo en circular (empujando con un
pistón la biela para hacer girar el eje).
En realidad no se usan mecanismos Similitud de funcionamiento del
que empleen solamente la manivela y mecanismo biela-manivela con el de la
la biela, pues la utilidad práctica pierna del ciclista y el pedal de la
exige añadirle algún operador más bicicleta.
como la palanca o el émbolo, siendo
estas añadiduras las que permiten
funcionar correctamente a máquinas
tan cotidianas como: motor de
automóvil, limpiaparabrisas, rueda de
afilar, máquina de coser, antiguas
locomotoras de vapor, compresor de
pistón, sierras automáticas,…..etc
Unidad 4. Transmisión y transformación de movimiento

18. 5.4.-Cigüeñal y excéntrica circular
Cigüeñal. Consiste en una serie de mecanismos biela- Excéntrica circular. Consiste en una rueda
manivela que funcionan de forma simultánea. Con él se cuyo eje de giro no coincide con su centro
consigue que la transmisión de la potencia sea más geométrico. Es una variante del mecanismo
uniforme, ya que se eliminan los puntos muertos. biela-manivela, que se emplea para transformar
el movimiento circular en rectilíneo.
C C
A = Apoyos
A A
C = Codos
Eje
A
Biela
C C
Excéntrica
Cilindro Volante
de inercia
Aplicación del cigüeñal: Pistón
motor de un cilindro Biela Aplicación del
mecanismo
excéntrico circular
Soportes a una sierra
mecánica
Cigüeñal
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19. 5.5.-Levas
Levas. El mecanismo completo está formado por:
a)la leva: Es siempre la que recibe el movimiento giratorio a través del eje en el que está montada.
b)un seguidor (o palpador): Se apoya directamente sobre el perfil de la leva y se mueve a medida
que ella gira. Para conseguir que el seguidor esté permanentemente en contacto con la leva es
necesario dotarlo de un sistema de recuperación (normalmente un muelle o un resorte).
Se trata de un mecanismo no reversible ya que permite obtener un movimiento lineal alternativo a
partir de uno giratorio, pero no permite obtener el giratorio a partir de uno lineal alternativo.
Seguidor
Leva Rueda-guía
Eje
DE DISCO
Este mecanismo se emplea en: motores de automóviles (para la apertura y cierre de las válvulas),
programas de lavadoras (para la apertura y cierre de los circuitos que gobiernan su funcionamiento),
carretes de pesca (mecanismo de avance-retroceso del carrete), cortapelos, depiladoras, cerraduras,
…..etc. Unidad 4. Transmisión y transformación de movimiento

20. 6.- Elementos auxiliares.-
Los mecanismos que hemos visto no son los únicos que podemos encontrar en las máquinas.
Hay muchos otros con formas y características variadas. Veamos algunos:
6.1.- Trinquete. Básicamente está formado por una rueda dentada y una uñeta o pieza móvil, en
forma de gancho.
•La rueda dentada posee unos dientes inclinados especialmente diseñados para desplazar a la uñeta
durante el giro permitido y engranarse con ella cuando intenta girar en el sentido no permitido.
•La uñeta hace de freno, impidiendo el giro de la rueda dentada en el sentido no permitido.
Se utiliza como limitador del sentido de También tiene otra
giro. Ejms: en frenos de mano de automóviles, utilidad y es
para fijar persianas, rueda trasera de las convertir un
bicicletas, cabestrantes de barcos,…… etc. movimiento lineal u
oscilante en
intermitente. Se
emplea de ese modo
en los gatos de
elevación de coches,
relojes, mecanismos
de tracción manual,
Unidad 4. Transmisión y transformación de movimiento
…..etc.

21. 6.2.- Frenos. Su misión es reducir la velocidad o detener completamente un objeto animado de
movimiento.
Tipos:
•De zapatas: La reducción de la velocidad se consigue cuando una o dos zapatas, entran en
contacto con un tambor de frenada que gira simultáneamente con el objeto que queremos
frenar.
•De disco: Constan de unas pastillas y un disco acoplado al elemento que desea frenar.
•De cinta: Consta de una cinta metálica o fleje que presiona un tambor acoplado al eje que
desea frenar.
6.3.- Embragues y sistemas de acoplamiento.
•Embragues de fricción: Permiten el acoplamiento y desacoplamiento de ejes y árboles de
transmisión. Se realiza por la fricción por de dos superficies en contacto.
•Embragues dentados: Tiene lugar por el acoplamiento de los dientes en los dos partes de lo ejes a
unir.
•Acoplamientos fijos: Para unir ejes y árboles acoplados permanentemente, los ejes deben de
estar perfectamente centrados.
•Acoplamientos móviles: Para unir árboles que pueden desplazarse o formar ángulo entre sí. Ej.
Juntas Oldham y Juntas Cardan.
6.3.- Ejes y cojinetes.
Los ejes son elementos cilíndricos que giran y sobre los que
se montan ruedas u otros mecanismos (engranajes, poleas,
….etc). El montaje de los elementos sobre ellos se puede
realizar de forma que les sean solidarios o a través de
cojinetes para que puedan girar libremente.
La mayoría de los cojinetes están formados por dos
cilindros concéntricos entre los que se colocan unas bolas o
cilindros metálicos.
Unidad 4. Transmisión y transformación de movimiento