Los elementos mecánicos

Los elementos mecánicos

1. Cinemática y dinámica de las máquinas

   • Si las máquinas tienen una característica en su funcionamiento, es el movimiento de algunas de sus partes, estos movimientos suponen la existencia de velocidades, y como estas normalmente no son constantes, dan como resultado aceleraciones de las partes móviles. Dado que las máquinas no solo transmiten velocidades, sino que también transmiten fuerzas, estas fuerzas como la inercia (debidas a aceleraciones) deben tenerse en cuenta al examinar cómo funcionan.
     • Velocidades en las máquinas
       • Hay dos tipos de velocidad en las máquinas, la velocidad lineal y la velocidad angular.
         • Velocidad lineal
           • Cuando un elemento mecánico se desplaza con una trayectoria en línea recta o curva. Esta velocidad puede ser uniforme o variable, tanto en magnitud, como en dirección y sentido.
             • Dos ejemplos de movimento lineal son los de la limadora o la aguja de una máquina de coser. Los dos movimentos son rectilineos alternativos y acelerados.
         • Velocidad angular
           • Se presenta cuando un elemento mecánico gira (sin desplazarse) sobre un punto fijo que llamamos eje. La velocidad angular puede ser uniforme si el elemento gira siempre en el mismo sentido y a la misma velocidad; será oscilante si el elemento gira alternativamente en un sentido y en otro.
     • Aceleraciones en las máquinas
       • Cuando se produce un incremento de la velocidad diremos que tenemos aceleración positiva o símplemente aceleración, y si tenemos una reducción de la velocidad diremos que tenemos una aceleración negativa o deceleración.
         • Las aceleraciones en las máquinas se han de tener muy en cuenta en su funcionamiento puesto que unas elevadas aceleraciones pueden provocar unas fuerzas de inercia muy elevadas.
     • Fuerzas en las máquinas
       • La aplicación de una fuerza sobre un cuerpo puede provocar una deformació en él.
         • En las instalaciones industriales es fundamental que las estructuras esten diseñadas y calculadas para que puedan soportar las fuerzas que actuarán sobre la estructura de soporte sin que se provoquen deformaciones permanentes.
     • Fuerzas de inercia
       • Es aquella que aplicada a un cuerpo hace que este tenga la tendencia a mantener su estado de reposo o de movimiento.
     • Momento o par de fuerzas
       • La definición de momento M de una fuerza F es el resultado de multiplicar el valor de la fuerza por la distancia d que hay desde el punto donde se aplica la fuerza hasta el eje de rotación de la barra.
     • Potencia en las máquinas
       • La potencia de una máquina nos informa de la rapidez con la que puede relizar un trabajo.

2. Elementos mecánicos transmisores del movimiento

   • Son los elementos que transmiten el movimiento modificando solo la velocidad y la fuerza. Así si el movimiento de entrada es circular el de salida también es circular, y si el movimiento de entrada es lineal el de salida también es lineal.
     • Palancas
       • La palanca es una máquina simple, compuesta por una barra rígida que puede girar respecto de un punto de soporte llamado fulcro. Las palancas transforman un movimiento lineal en otro movimiento lineal.
         • La verdadera utilidad de la palanca es, que modificando la situación del fulcro y la longitud de los brazos, podemos reducir o aumentar la fuerza que tenemos que hacer para vencer una determinada resistencia
           • Ley de equilibrio de la palanca
             • Es la expresión matemática que nos permite calcular cualquier elemento de la palanca conociendo los otros tres. Así es posible modificar los elementos de la palanca de forma que la fuerza (F) que hacemos pueda ser mayor o menor que la resistencia(R) a vencer.
           • Palancas de 1r grado
             • Son las que tienen el fulcro entre el punto de aplicación de la resistencia (R) y el punto de aplicación de la fuerza (F).
           • Palancas de 2n grado
             • En estas palancas el fulcro se encuentra en un extremo y la resistencia está entre la fuerza y el fulcro. La fuerza que hay que hacer siempre es menor que la resistencia a vencer.
           • Palancas de 3r grado
             • En estas palancas el fulcro se encuentra en un extremo y la fuerza está entre la resistencia y el fulcro. La fuerza que hay que hacer siempre es más grande que la resistencia a vencer.
     • Poleas
       • Polea fija
         • Está compuesta por una rueda acanalada por la que se coloca una cuerda o cable,la rueda llamada polea puede girar pero que no se desplaza. En esta máquina no se amplifica la fuerza que hacemos, pero al cambiar la dirección de la fuerza se hace más cómoda la elevación de cargas.
       • Polea móvil
         • Está compuesta por una polea que gira y se desplaza llamada polea móvil, de la cual cuelga la carga y una polea fija que solo gira.
       • Polipasto exponencial
         • Cuando la carga a elevar es muy grande, no tenemos suficiente con una polea móvil. Una solución es ir colocando más poleas móviles a medida que la carga a elevar aumenta. Así cuando tenemos más de una polea móvil, el mecanismo se llama polipasto. En este tipo de mecanismo, de todas las poleas solo una es fija, el resto son móviles.
       • Polipasto lineal
         • En estos las poleas se agrupan en dos grupos, uno que cuelga del techo donde se montan las poleas fijas y otro grupo, del cual cuelga la carga, que contiene todas las poleas móviles. Un extremo la cuerda se sujeta al bloque de las poleas fijas, y se pasa por todas las poleas quedando un extremo libre, que es donde ejercemos la fuerza.
     • Ruedas de fricción
       • Se utilizan cuando las potencias a transmitir son pequeñas y los ejes son paralelos. La transmisión se realiza por la fuerza de fricción generada entre las dos ruedas. Para conseguir una fuerza de rozamiento elevada es necesario que las ruedas tengan una banda de rodadura de elevado coeficiente de rozamiento, por ejemplo de goma y además se ha de ejercer una fuerza que aplicada sobre los ejes presionan una rueda contra la otra.
     • Poleas y correas
       • Cuando la distancia entre los ejes es grande se utiliza el dispositivo de poleas y correa. Cuando la potencia a transmitir es pequeña se monta una sola correa y cuando la potencia es elevada se montan dos o más correas. En este dispositivo la transmisión también se realiza por fricción entre la correa y las poleas, por este motivo y para que la correa no patine tiene que estar tensada.
     • Engranajes
       • Se llama engranaje al conjunto formado por dos o más ruedas dentadas. Estas ruedas dentadas también reciben el nombre de piñones. Se utilizan cuando las potencias a transmitir son elevadas o el movimiento entre los ejes tiene que ser sincronizado.
         • Engranaje cilíndrico de dientes rectos
           •  Los dientes son paralelos al eje del piñón.  Se utilizan para unir ejes paralelos.  Permiten transmitir potencias elevadas.  Son fáciles de fabricar.  Si giran a velocidades elevades hacen mucho ruido.
         • Engranaje cilíndrico de dientes helicoidales
           •  Los dientes forman un ángulo con el eje del piñón.  Se utilizan para unir ejes paralelos.  Permiten transmitir potencias elevadas.  Son complicados de fabricar.  Aunque giren a velocidades elevadas son silenciosos.
         • Engranaje cónico
           •  Se llama así porque los dientes se tallan en un tronco de cono.  Se utiliza cuando se quiere cambiar la dirección del movimiento, así dispuestos los ejes se cortan.  Segun la conicidad de los piñones el ángulo entre los ejes puede ser 90º, más grande o más pequeño.
         • Tornillo sin fin
           •  Está formado por un piñón llamado tornillo que normalmente tiene un solo diente enrollado en forma helicoidal, y por una rueda dentada.  Cambia la dirección del movimento pero los ejes no se cortan, sinó que se cruzan en el espacio.  Se utiliza cuando se necesita una reducción muy elevada de la velocidad. Por sus características mecánicas es un mecanismo irreversible, es decir, si giramos el tornillo la rueda girará, pero por mucha fuerza que hagamos sobre la rueda nunca haremos girar el tornillo.
         • Tren de engranajes
         • Engranaje planetario
     • Piñón y cadena
       • Se utilizan tanto para transmitir elevadas potencias como potencias pequeñas donde se necesite que se sincronizen entre los ejes. El dispositivo está formado por dos ruedas dentadas unidas por una cadena de rodillos articulada.
     • Relación de transmisión
       • Si un mecanismo modifica el valor de las velocidades de rotación, a la relación entre la velocidad de entrada al mecanismo y la velocidad de salida se llama relación de transmissión.
     • Juntas Cardan
       • Son elementos de transmisión del movimiento circular entre ejes que son paralelos o que forman un determinado ángulo.

3. Elementos mecánicos transformadores del movimiento

   • Son los mecanismos que transforman el tipo de movimiento entre ejes, es decir pueden convertir un movimiento de rotación en uno rectilineo o al revés.
     • Manivela-torno
       • se ha utilizado durante muchos siglos para elevar cargas a cierta altura accionado por fuerza muscular.
     • Biela-manivela
       • es un mecanismo que permite transformar un movimiento rectilineo alternativo del pistón en un movimiento circular continuo del cigüeñal (aplicación en un motor de explosión). Este mecanismo es reversible, es decir, puede transformar un movimiento circular continuo del cigüeñal en un movimiento rectilineo alternativo del pistón.
     • Tornillo y tuerca
       • Es un mecanismo formado por dos piezas, una es una varilla roscada llamada tornillo, que encaja en una pieza con un agujero roscado llamada tuerca. La característica fundamental es que al girar el tornillo conseguimos un movimiento lineal del mismo tornillo o de la tuerca.
     • Piñón y cremallera
       • Es un mecanismo formado por un piñón que engrana sobre una barra dentada llamada cremallera. Permite cambiar un movimiento lineal de la cremallera en un movimiento circular del piñón. El mecanismo es reversible.
     • Leva y seguidor
       • El mecanismo está compuesto por dos piezas, la leva que es una pieza cilíndrica abombada que gira y el seguidor que es una varilla que se apoya sobre la leva. El mecanismo permite convertir un movimiento circular de la leva en un movimiento rectilineo alternativo del seguidor. Este dispositivo es muy utilizado para abrir válvulas, accionar interruptores, accionar palancas, etc.

4. Elementos mecánicos auxiliares

5. Elementos auxiliares de unión

6. Simbología de elementos mecánicos