Máquinas Simples, introducción a los mecanismos (1/4)

1. DPTO. DE
TECNOLOGÍA
Máquinas y Mecanísmos (I)
 José Alberto Garcia
IES San Fernando 2019
Máquinas simples.

2. Los 6 Mecanismos
elementales

3. Mecanismos de uso común

4. 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:
P x a = R x b
Siendo a y b el radio de la polea, por lo que:
P x r = R x r
Por tanto: P = R
Lo que supone que no ahorramos esfuerzo.
Por tanto, la utilidad de la polea fija reside en que para elevar una 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 facilitan el trabajo.
R
F
F = R

5. 2
En el caso general de cualquier polipasto la fuerza necesaria para subir una
carga (Potencia) se obtiene dividiendo el peso de la carga (Resistencia) entre el
doble del número de poleas móviles.
Poleas fijas
Poleas móviles
R
F
F =
R
F =
R
2n
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
extremo en el que aplicamos la fuerza P baja una distancia H, la polea móvil se
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.
Aplicando la ley del equilibrio de las máquinas simples:
Trabajo del motor = Trabajo resistente,
tendremos que: P x H = R x H/2
Despejando
Y por lo tanto:
Con el polipasto se puede levantar el doble de peso haciendo el mismo esfuerzo.
P =
R x H
2 x H
P =
R
2

6. Poleas

7. Poleas

8. 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.
 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).
Brazo de potencia
Potencia
Apoyo
Resistencia
Brazo de resistencia
P
R
Bp
Br
A

9. Palancas

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

11. 2.2.- Ley de equilibrio de la palanca
La ley de equilibrio de la palanca establece que la potencia
por su brazo es igual a la resistencia por el suyo.
P · Bp = R · Br
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 brazo de resistencia.
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.
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.

12. 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 conducido
(elemento de salida), que es el que recibe el giro. Así, tendremos una 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.
c) Mecanismos neutros: La velocidad del elemento de salida es igual que la del de entrada.
 Para cambiar el sentido de giro de dos poleas unidas por una correa, ésta se coloca cruzada.
Transmisión
por fricción
Transmisión
por correa
Correa abierta. Mismo sentido Correa cruzada. Sentido contrario
Transmisión entre ejes paralelos Transmisión entre ejes que se cruzan

13. 3.1.1.-Relación de transmisión
D1
D2
=
n2
n1
 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.
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
D1 · n1 = D2 · n2
 La relación de transmisión se puede determinar
por la siguiente igualdad:
Que se suele poner de la siguiente manera:
Tren de poleas:
Se trata de un sistemas de poleas con correas, formado
por más de dos ruedas de las cuales dos de ellas giran
solidariamente.

14. 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 unsta de
transmisión de movimiento por ruedas dentadas denominadas engranajes.
 El sentido de giro de los engranajes en transmisión directa es contrario uno del otro. El sentido de giro
de los engranajes en una transmisión por correa es el mismo.
Al elemento que transmite el movimiento se le llama conductor, motriz o impulsor y al que lo recibe conducido,
resistente o seguidor.
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 mayor se le denomina rueda y al menor piñón.
Poleas:
pueden patinar
Engranajes:
no patinan
Conductor
Conducido
PiñónRueda
Sistemas de transmisión
por correas

15. Engranajes

16. 4.1.- Tipos de engranajes
 Cilíndricos rectos: son de forma
cilíndrica con los dientes rectos
respecto al eje del engranaje. Se
emplean para transmitir movimiento
entre ejes paralelos. Son capaces de
transmitir grandes potencias, pero son
ruidosos.
 Sinfín-corona: están formados por un tornillo que
engrana con una rueda dentada. Se emplean para grandes
reducciones de velocidad (la relación de transmisión que
se obtiene es muy alta). Se puede transmitir el
movimiento del tornillo a la rueda, pero no a la inversa.
 De espigas y de tipo linterna: son
engranajes empleados desde la
Antigüedad dada su facilidad de
fabricación comparada con otros tipos. En
la actualidad están casi en desuso.
 Cilíndricos helicoidales: son ruedas
cilíndricas provistas de dientes
inclinados en forma de hélice. Su
funcionamiento es más suave y silencioso
que el de los engranajes rectos. Con ellos
se puede transmitir movimiento entre
ejes paralelos o entre ejes que se
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 exterior. Se
emplean para transmitir movimiento
entre ejes que se cruzan.

17. Engranajes
Mostrar vídeo: “Tipos de engranajes”
Mostrar vídeo: “Tornillo sin fin”

18. Mas sobre las palancas
 Palanca de 1ª Clase
 Cambia la dirección de la fuerza
 Ejemplos: Tijeras, tenazas
El Fulcrum está
siempre entre la
fuerza de entrada
y la fuerza de
salida.
IF F OF

19. Mas sobre las palancas
 Palanca de 2ª clase
 No cambia la dirección de la fuerza
 Ejemplos: carretilla, cuchilla de papel
F OF IF

20. 5/7/2
019
Mas sobre las palancas
 Palanca de 3ª clase
 Potencian la fuerza
 Ejemplos: bate de baseball, raqueta de tennis, brazo.
F E R

21. Output
Arm
Input
Arm
Ventaja mecánica en cada
tipo de palanca
Output
Arm
Input
Arm
Input
Arm
Output
Arm
IMA = 1
IMA < 1
IMA > 1

22. ¿De qué tipo es esta palanca?

23. ¿De qué tipo es esta palanca?
3ª clase

24. ¿De qué tipo es esta palanca?

25. ¿De qué tipo es esta palanca?
2ª Clase

26. ¿De qué tipo es esta palanca?

27. ¿De qué tipo es esta palanca?
1º Clase

28. ¿De qué tipo es esta palanca?

29. ¿De qué tipo es esta palanca?
3a Clase

30. ¿De qué tipo es esta palanca?

31. ¿De qué tipo es esta palanca?
1ª Clase

32. Por qué es 1ª clase?
Miremos el dibujo. Se
invierte la dirección
de la fuerza y se
reduce
considerablemente el
esfuerzo necesario
para abrir la caja