Mecanismos y actividades PSICO

I.E.S. "San Isidro" Talavera
--Dpto. de Tecnología--
1
TEMA 4: MECANISMOS.
2º E.S.O.

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ÍNDICE:
0.- INTRODUCCIÓN.
1.- TIPOS DE MOVIMIENTO.
2.- CONCEPTOS BÁSICOS SOBRE EL ESTUDIO DE LAS MÁQUINAS.
3.- CLASIFICACIÓN DE LOS MECANISMOS.
4.- MECANISMOS DE TRANSMISIÓN LINEAL.
4.1.- LA PALANCA.
4.2.- LA POLEA FIJA.
4.3.- LA POLEA MÓVIL.
4.4.- EL POLIPASTO.
5.- MECANISMOS DE TRANSMISIÓN CIRCULAR.
5.1.- TRANSMISIÓN POR POLEA-CORREA.
5.2.- TRANSMISIÓN POR ENGRANAJES.
5.3.- TRANSMISIÓN POR RUEDA DENTADA Y TORNILLO SIN FIN.
5.4.- TRANSMISIÓN POR RUEDA-CADENA.
6.- MECANISMOS DE TRANSFORMACIÓN DE MOVIMIENTO CIRCULAR
EN RECTILINEO.
6.1.- EL TORNO.
6.2.- MECANISMO RUEDA-CREMALLERA.
6.2.- MECANISMO DE TORNILLO.
EN ALTERNATIVO.
7.1.- MECANISMO BIELA-MANIVELA.
7.2.- CIGÜEÑAL.
7.3.- MECANISMO DE LEVA-SEGUIDOR.

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0.- INTRODUCCIÓN.
• En general, todas las máquinas se componen de mecanismos;
gracias a ellos, el impulso que proviene del esfuerzo muscular o
de un motor se traduce en el tipo de movimiento y la fuerza
necesarios para que cada máquina haga su función.
• Un mecanismo es por tanto, un conjunto de operadores
mecánicos como palancas, engranajes, ruedas, etc. capaces de
transformar la energía aplicada mediante una fuerza y
movimiento de entrada, en otra fuerza y movimiento diferentes
de salida capaces de satisfacer la necesidad.
MECANISMO
Fuerza y movimiento
obtenidos en el
elemento RECEPTOR
Fuerza y movimiento
proporcionado por el
elemento MOTRIZ

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• Existen cuatro movimientos básicos:
– Lineal.
– Circular.
– Alternativo.
– Oscilante.

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1.1.- Movimiento LINEAL.
El movimiento en línea
recta y en un solo
sentido se llama
movimiento lineal.

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1.2.- Movimiento CIRCULAR.
El movimiento en
forma de círculo y en
un solo sentido se
llama movimiento
circular o también
movimiento de
rotación.

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1.3.- Movimiento ALTERNATIVO.
El movimiento en línea
recta que cambia de
forma sucesiva de
sentido, se llama
movimiento alternativo

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1.4.- Movimiento OSCILANTE.
El movimiento curvo
hacia un lado y hacia
el otro de forma
alterna, se denomina
movimiento oscilante

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2.- CONCEPTOS BÁSICOS SOBRE EL
ESTUDIO DE LAS MÁQUINAS .
• En el estudio de máquinas conviene tener
presentes dos conceptos elementales muy
importantes:
– Fuerza.
– Momento.

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2.1.- FUERZA.
Llamamos fuerza a cualquier acción que
modifica el estado de reposo o de movimiento
de un objeto.
La fuerza es un vector y, por tanto, se
representa con una flecha recta que indica el
sentido de la fuerza.
Fuerza (F)

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2.2.- MOMENTO.
Recibe el nombre de momento de una fuerza respecto
de un punto, el producto del valor de dicha fuerza (F)
por la distancia (d) que hay entre la fuerza y el punto,
es decir:
M = F . d
Los momentos crean rotaciones o giros, de tal forma
que cuanto mayor sea el momento, mayor será la
velocidad de giro obtenida.

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Ley de Momentos.
La Ley de momentos dice que para que un
cuerpo esté en equilibrio la suma de momentos
deberá ser igual a cero.
En la balanza de la figura si las
fuerzas F1 y F2 y también las
distancias A y B son iguales, la
balanza estará en equilibrio ya que
se cumple que:
F1.A = F2.B
Sin embargo, si las fuerzas son
distintas, o las distancias son
distintas, se rompe la igualdad y la
balanza se inclina hacia el lado de
mayor momento.

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3. CLASIFICIACIÓN DE LOS MECANISMOS.
GRUPO FUNCIÓN TIPOS
MECANISMOS DE
TRANSMISIÓN DE
MOVIMIENTO
Transmiten el movimiento,
la fuerza y la potencia
producidos por un elemento
motriz a otro punto
MECANISMOS DE TRANSMISIÓN LINEAL:
-Palanca
-Polea
-Polipasto
MECANISMOS DE TRANSMISIÓN CIRCULAR:
-Ruedas de fricción.
-Sistema de poleas con correa.
-Engranajes.
-Tornillo sinfín.
-Sistema de rueda dentada con cadena.
MECANISMOS DE
TRANSFORMACIÓN
DE MOVIMIENTO
Transforman un movimiento
circular en un movimiento
rectilíneo, o viceversa.
MECANISMOS DE TRANSFORMACIÓN DE
MOVIMIENTO CIRCULAR EN RECTILÍNEO:
-Torno.
-Piñón-cremallera.
-Tornillo-tuerca.
MECANISMOS DE TRANSFORMACIÓN DE
MOVIMIENTO CIRCULAR EN ALTERNATIVO:
-Biela-manivela.
-Cigüeñal.
-Leva o excéntrica

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ÍNDICE:
0.- INTRODUCCIÓN.
4.1.- LA PALANCA.
4.4.- EL POLIPASTO.
6.- MECANISMOS DE TRANSFORMACIÓN DE MOVIMIENTO CIRCULAR EN
RECTILINEO.
6.1.- EL TORNO.
ALTERNATIVO.
7.2.- CIGÜEÑAL.

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4.1.- LA PALANCA.
Una palanca es una máquina simple que consiste,
normalmente, en una barra o varilla rígida diseñada para
girar sobre un punto fijo denominado fulcro o punto de
apoyo, y que nos sirve para transmitir fuerza o movimiento.
Las partes de una palanca son:
- el fulcro o punto de apoyo
- la Potencia FA (esfuerzo para
levantar la carga)
- la Resistencia FR (peso de la carga)
- el brazo de acción (a) (distancia
de la potencia al fulcro), y
- el brazo resistente (b) (distancia
entre el fulcro y la carga).

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Tipos de Palancas.
En función de la posición del fulcro, podemos
distinguir tres tipos de palancas:
- Palancas de primer género.
- Palancas de segundo género.
- Palancas de tercer género.

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Palancas de 1er género.
Son aquéllas que tienen el punto de apoyo
situado entre la potencia y la resistencia.
Ejemplos: un balancín, unas tijeras, unos alicates, unas tenazas, una
pinza de tender la ropa, etc.

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Son aquéllas que tienen el punto de apoyo situado en
un extremo, y la potencia en el otro; la resistencia por
tanto se encuentra entre el fulcro y la potencia.
Ejemplos: cascanueces, abrebotellas, carretilla, etc.

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Son aquéllas que tienen el punto de apoyo situado en
un extremo, y la resistencia en el otro; la potencia
por tanto se encuentra entre el fulcro y la resistencia.
Ejemplos: pinzas, caña de pescar, etc.

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Ley de la Palanca.
•La Ley de la palanca dice que para que una
palanca esté en equilibrio, el producto de la
fuerza aplicada (potencia) por su brazo debe ser
igual al producto de la fuerza resistente
(resistencia) por el suyo.
FA * a = FR * b

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Rendimiento de la Palanca.
Es el cociente entre la resistencia y la potencia,
y nos viene a indicar la ganancia de esfuerzo que
conseguimos utilizando esa palanca.
Resistencia
Rendimiento =
Potencia

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EJEMPLO 1:
Calcula la fuerza que habría que aplicar
(FA) para mover un peso de 200 Kg
mediante una barra apoyada en un
pivote situado a 2 metros de la carga y
a 5 metros del punto de aplicación de la
fuerza.
SOLUCIÓN:
Aplicando directamente la ley de la palanca y despejando la
fuerza que hay que aplicar FA, se obtiene
FA * a = FR * b
FA = (FR * b) / a = (200 Kgf * 2 m) / 5 m = 80 Kgf

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EJEMPLO 2:
Calcula el peso de la carga que se puede levantar con la
siguiente palanca.
SOLUCIÓN:
Según la ley de la palanca
FA * a = FR * b
FR = (FA*a)/b = (30 Kgf * 90 cm) / 27 cm = 100 Kgf

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La polea es un dispositivo mecánico de elevación formado
por una rueda acanalada montada en un eje, con una cuerda
que rodea la circunferencia de la rueda.
Una polea fija no proporciona
ninguna ventaja mecánica, sólo
cambia la dirección o el sentido de la
fuerza aplicada a través de la
cuerda.
El valor de la fuerza que tenemos
que hacer para levantar un peso, es
igual al valor de dicho peso.

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4.3.- POLEA MÓVIL.
La polea móvil es un dispositivo que
consta de dos poleas: una fija, sujeta a
un soporte; y otra móvil, conectada a la
primera por medio de una cuerda y un
gancho
Una polea móvil si proporciona una
ventaja mecánica, ya que se ha
reducido el esfuerzo a la mitad.
El valor de la fuerza que tenemos
que hacer para levantar un peso, es
la mitad que el valor de dicho peso.

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4.4.- POLIPASTO.
Se denominan polipastos a un conjunto
de varios pares de poleas (fijas y
móviles) accionadas por una sola cuerda
con el fin de disminuir el esfuerzo que
se ha de realizar para moverlo
El esfuerzo FA que tenemos que
hacer para levantar una carga FR
vendrá dado por la siguiente
expresión:
FA = FR / (2 * n)
siendo n = nº de pares de poleas

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EJEMPLO 3:
Calcula la fuerza necesaria (F)
para elevar una carga de 420 Kgf
de peso (P), utilizando para ello
un polipasto con 3 pares de
poleas.
SOLUCIÓN:
FA = FR / (2 * n) = 420 Kgf / (2 * 3) = 70 Kgf

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ÍNDICE:
0.- INTRODUCCIÓN.
4.1.- LA PALANCA.
4.4.- EL POLIPASTO.
RECTILINEO.
6.1.- EL TORNO.
ALTERNATIVO.
7.2.- CIGÜEÑAL.

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CONCEPTO importante:
Relación de transmisión.
En cualquier tipo de transmisión, a la relación
que existe entre el número de vueltas del eje de
salida (conducido) “n2” y el número de vueltas
del eje motor (conductor) “n1” la denominamos
relación de transmisión “ i “.
i = n2 / n1

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Se usa para transmitir el movimiento circular entre dos ejes situados a
cierta distancia, mediante una correa. De las dos poleas una provoca el
movimiento de la otra. Aquélla que lo provoca se denomina conductora o
motora, y la otra, conducida o arrastrada.
N1·D1 = N2·D2

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TRANSMISIÓN POR POLEA-CORREA (Continuación)
En función de los diámetros de las poleas
utilizadas, podemos encontrarnos tres casos:
– Cuando polea conductora y conducida tienen el mismo
diámetro, ambas giran a la misma velocidad (i=1).
– Cuando la polea motriz es mayor que la conducida, la
conducida gira a más velocidad que la motriz; por tanto,
es un mecanismo multiplicador de velocidad (i>1).
– Y cuando la polea motriz es más pequeña que la polea
conducida, la polea conducida gira a menor velocidad; se
trata de un mecanismo reductor de velocidad (i<1).

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EJEMPLO 4:
Calcula la velocidad de giro de una polea de 40 mm de
diámetro si es arrastrada por otra de 120 mm de diámetro
que gira a 300 r.p.m. Calcula también la relación de
transmisión y decir de qué sistema se trata.
SOLUCIÓN:
n1 * d1 = n2 * d2
Para calcular la velocidad de giro de la polea conducida “n2”, despejamos y
sustituimos en la expresión anterior, así
n2 = (n1 * d1) / d2 = (300 r.p.m. * 120 mm) / 40 mm = 900 r.p.m.
La relación de transmisión “i” será,
i = n2 / n1 = d1 / d2
i = 900 r.p.m. / 300 r.p.m. = 120 mm / 40 mm = 3
Como “i” es mayor que la unidad, se trata de un sistema multiplicador de
velocidad.

33
EJEMPLO 5:
Calcula el diámetro que ha tener la polea motriz de un
mecanismo de transmisión simple, así como su velocidad de
giro, sabiendo que la polea conducida gira a 250 r.p.m. y
tiene un diámetro de 80 mm, y que la relación de
transmisión del sistema es de ¼.
SOLUCIÓN:
i = n2 / n1 n1 = n2 / i = 250 r.p.m. / 0,25 = 1000 r.p.m.
i = d1 / d2 d1 = i * d2 = 0,25 * 80 mm = 20 mm

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TREN DE POLEAS.
Si el movimiento se
transmite entre dos ejes
mediante dos o mas
pares de poleas, con al
menos un eje intermedio,
tenemos tren de poleas.
N2 Producto de diámetros de las ruedas conductoras D1.D3.D5. .....
i= = =
N1 Producto de diámetros de las ruedas conducidas D2.D4.D6. .....

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TRANSMISIÓN POR POLEA-CORREA (Continuación)

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EJEMPLO 6:
En la figura adjunta se conocen los siguientes datos: N1= 2000 rpm;
D1= 5 cm; D2= 20 cm.; D3= 5 cm; D4= 20 cm. Calcular:
a) La velocidad de giro del eje de salida N2
b) La relación de transmisión.
SOLUCIÓN:
i = N2 / N1 = D1.D3 / D2.D4
i = 5.5/(20.20) = 25/400= 1/16
Como “i” es menor que la unidad, se trata de un sistema reductor de
velocidad.
N2 = i.N1 = (1/16) .2000 r.p.m. = 125 r.p.m.

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Un engranaje es una rueda dentada (con dientes en la periferia), que
transmite la fuerza y el movimiento de rotación a otra rueda dentada
colocada en otro eje cercano.
N1·Z1 = N2·Z2
Para esta transmisión se cumple que:
1º .- La rueda conducida gira en sentido
contrario a la conductora, y
2º.- El producto entre el numero de
dientes (Z) de una rueda por su
velocidad de giro (N) se mantiene
constante, es decir, que:
i = N2/N1 = Z1/Z2
La relación de transmisión será:

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TRANSMISIÓN POR ENGRANAJES. (Continuación)
• Si queremos que la rueda conducida gire en el mismo sentido que
la rueda conductora será necesario intercalar un tercer engranaje
entre ambas.
i = N2/N1 = Z1/Z2
• Esta tercera rueda dentada se denomina rueda intermedia y
también rueda loca, y su número de dientes no influye en la
relación de transmisión.

39
EJEMPLO 7:
En un sistema de engranajes se sabe que la rueda
conducida de 45 dientes gira a 500 r.p.m. Calcula la
velocidad de giro de la rueda motriz de 15 dientes y la
relación de transmisión del sistema.
SOLUCIÓN:
n1 * Z1 = n2 * Z2
n1 = (n2 * Z2) / Z1 = (500 r.p.m. * 45) / 15 = 1500 r.p.m.
i = n2 / n1 = Z1 / Z2
i = n2 / n1 = z1 / z2 = 15 / 45 = 1 / 3
Por tanto, cuando la rueda conducida dé una vuelta, la conductora o motriz
dará tres, luego se trata de un sistema reductor de velocidad (i < 1).

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TREN DE ENGRANAJES.
• Si el movimiento se
transmite entre dos ejes
mediante dos o mas pares
de engranajes, con al
menos un eje intermedio,
tenemos lo que se
denomina un tren de
engranajes.
• Con este sistema podemos
realizar varias reducciones
consecutivas de velocidad,
y conseguir así grandes
desmultiplicaciones.
N2 Producto de dientes de las ruedas conductoras Z1.Z3.Z5. .....
i= = =
N1 Producto de dientes de las ruedas conducidas Z2.Z4.Z6. .....

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TRANSMISIÓN POR ENGRANAJES (Continuación)

42
EJEMPLO 8:
En la transmisión por engranajes de la figura se pide calcular:
a) La velocidad de giro del eje de salida N4
b) La relación de transmisión del tren.
SOLUCIÓN:
i = N4 / N1 = Z1.Z3 / Z2.Z4
i = (10.10)/(20.20) = 100/625= 0,16
Como “i” es menor que la unidad, se trata de un sistema reductor de
velocidad.
Para calcular la velocidad de giro de la polea conducida “N4”, despejamos y
N4 = i.N1 = 0,16 * 1000 r.p.m. = 160 r.p.m.

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5.3.- TRANSMISIÓN POR RUEDA DENTADA Y TORNILLO SINFIN.
• Es un mecanismo que se utiliza para transmitir movimiento circular
entre dos ejes perpendiculares, consiguiendo grandes reducciones
de velocidad.
• Sobre un eje se monta un tornillo sin fin, que engrana con una rueda
dentada montada sobre un eje perpendicular al primero.
Para esta transmisión se cumple que:
1º .- La transmisión sólo funciona de
manera que el tornillo hace girar
a la rueda dentada, pero nunca al
revés. (no es reversible), y
2º.- A efectos de cálculo podemos
considerar al tornillo sin fin
como una rueda dentada de un
solo diente.
i = N2/N1 = 1/Z2
La relación de transmisión será:

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TRANSMISIÓN POR RUEDA DENTADA Y TORNILLO SINFIN (Continuación)

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EJEMPLO 9:
Un tornillo sin fin gira a 1500 r.p.m. y arrastra a una rueda
dentada de 30 dientes. Calcula las vueltas a las que gira
dicha rueda y la relación de transmisión del sistema.
SOLUCIÓN:
i = N2 / N1 = 1 / Z2 N1 = N2 * Z2
N2 = N1/ Z2 = 1500 r.p.m. / 30 = 50 rpm
i = N2 / N1 = 1 / Z2 = 1 / 30

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La transmisión por ruedas o discos dentados y cadenas de
eslabones combina la función de las poleas (ejes distantes)
con la ventaja de los engranajes (ausencia de resbalamiento).
Los eslabones están constituidos por pequeñas placas y
rodillos unidos por pasadores, formando articulaciones.

47
ÍNDICE:
0.- INTRODUCCIÓN.
4.1.- LA PALANCA.
4.4.- EL POLIPASTO.
EN RECTILINEO.
6.1.- EL TORNO.
ALTERNATIVO.
7.2.- CIGÜEÑAL.

48
6.1.- EL TORNO.
El torno consta de un tambor que accionado por una
manivela gira alrededor de su eje enrollando una cuerda
con el fin de elevar un objeto.
Un torno se halla en equilibrio
cuando se cumple la siguiente
expresión:
F.d = R.r

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•Este sistema consiste en una combinación de una rueda dentada (o
piñón) con un engranaje lineal (o cremallera).
•Si el piñón gira alrededor de un punto fijo, la cremallera se moverá
lateralmente en línea recta.
•Se trata de un sistema reversible en el cual, si se mueve el piñón, la
cremallera avanza o retrocede, y viceversa.

50
•Este sistema consta de una varilla roscada (tornillo), en la cuál se ha
roscado una tuerca.
•Si giramos el tornillo y mantenemos fija la orientación de la tuerca,
ésta avanzará con movimiento rectilíneo, en uno u otro sentido
dependiendo del sentido de giro del tornillo.
•Se trata de un sistema irreversible; es decir, el tornillo transmite
movimiento a la tuerca, pero nunca al revés.

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MECANISMO DE TORNILLO. (Continuación)

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ÍNDICE:
0.- INTRODUCCIÓN.
4.1.- LA PALANCA.
4.4.- EL POLIPASTO.
RECTILINEO.
6.1.- EL TORNO.
EN ALTERNATIVO.
7.2.- CIGÜEÑAL.

53
La biela es una barra generalmente conectada al eje motor dotado de
movimiento circular, que se articula en el otro extremo a otra barra
denominada biela, que a su vez se articula con otro elemento
denominado émbolo el cuál se desliza sobre una guía con un
movimiento alternativo.

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7.2.- CIGÜEÑAL.
Si se disponen varios sistemas biela-manivela en un eje
común, se forma un cigüeñal, un mecanismo que
transforma el giro en movimiento de vaivén.

55
7.3.- MECANISMO LEVA-SEGUIDOR.
Consiste en un disco con una forma especial llamado leva, que va
sujeto a un eje motor. Sobre la leva se apoya otro elemento móvil,
llamado varilla o seguidor, que se mueve hacia arriba y hacia abajo
durante el tramo con resalte, y se para durante el tramo sin resalte.
Un muelle se encarga de que el seguidor siempre se mantenga en
contacto con la leva.

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7.4.- MECANISMO de EXCÉNTRICA
•La rueda excéntrica es un caso particular de leva, consiste en un
disco circular cuyo centro no coincide con el centro del eje con el
que gira solidario.
•Produce un efecto similar a la leva de resalte: el seguidor sube y baja
continuamente, pero de manera más suave que con la leva.

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