recursos tecnolÓgicos : módulo mecanismos

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DOCUMENTO DE TRABAJO

DIGEBR – DES “TALLER DE ASESORIA PEDAGÓGICA SOBRE USO DE MATERIALES MANIPULATIVOS”

93333

MINISTERIO DE EDUCACIÓNDIRECCIÓN GENERAL DE EDUCACIÓN BÁSICA REGULAR

DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SECUNDARIA

MINISTERIO DE EDUCACIÓNMINISTERIO DE EDUCACIÓN

REPÚBLICA DEL PERÚREPÚBLICA DEL PERÚ

RECURSOS TECNOLÓGICOS

EDUCACIÓN PARA EL TRABAJOTECNOLOGÍA DE BÁSE

EQUIPO DEL ÁREA EDUCACIÓN PARA EL TRABAJO:

▪ Brey Justiniano Rojas Arroyo.▪ Guillermo Buiza Román▪ Enrique Corvera Ormeño

Marzo - 2008

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OBSERVA Y

RECUERDA:La mayoría de los objetos y seres vivos disponen de una estructura que tiene como principal función soportar pesos y cargas sin que se produzca la rotura o deformación excesiva del objeto.


Llamamos estructura a un conjunto de elementos de un cuerpo destinados a soportar los efectos de las fuerzas que actúan sobre él, capaces de aguantar pesos y cargas sin romperse y sin apenas deformarse.

También podemos indicar que es toda construcción destinada a soportar su propio peso y la presencia de acciones exteriores (fuerzas, momentos, cargas térmicas, etc.) sin perder las condiciones de funcionalidad para las que fue concebida.

¿Qué es una estructura?

ESTRUCTURAS

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Se pueden realizar muchas clasificaciones de las estructuras, atendiendo a diferentes

parámetros: por su origen, movilidad, etc

Según su origen:

Estructuras naturales.

El esqueleto de un ser vertebrado, las formaciones

pétreas, el caparazón de un animal o la estructura de

un árbol, los corales marinos, las estalagmitas y

estalactitas, etc. son algunos ejemplos de este tipo de

estructura.

Estructuras artificiales

Son todas aquellas que han sido diseñadas y

construidas por el hombre para satisfacer sus

necesidades a lo largo de su evolución. Los ejemplos

más usuales de este tipo de estructuras son los

puentes, edificios y en la mayoría de los objetos

realizados por el hombre

Según su utilidad:

Estructuras Rígidas

Son aquellas que no se deforman cuando se les somete

a diferentes fuerzas (compresión, tensión torsión, etc),

excepto si sus elementos se rompen. Por ejemplo:

torres, puentes, monumentos, etc.

Estructuras Flexibles

Son aquellas en las que cuando se les aplica una

fuerza, la estructura se deforma, controladamente, al

Puedes reconocer muchas estructuras a simple vista, como la de una grúa, un taburete, un puente o una bicicleta.

Tipos de estructuras

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desplazarse los elementos que la integran, como por

ejemplo: una bisagra, un puente levadizo, un

pantógrafo, etc.

Según su función:

Estructuras Móviles

Son todas aquellas estructuras articuladas o que

cuentan con ruedas para permitir su desplazamiento,

Como por ejemplo: un esqueleto, un coche de bebé, un

auto, etc.

Estructuras Fijas

Aquellas que por el contrario, no pueden ni deben

permitir desplazamientos, o estos son mínimos. Como

por ejemplo: edificios, torretas, puentes, entre otros.

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A la hora de diseñar o estudiar una estructura, se debe observar origen, su utilidad y su

función. Asimismo debe cumplir dos propiedades principales: ser resistente y estable.

• Resistente, para que soporte sin romperse por efecto de las fuerzas a las que se

encuentra sometida principalmente a causa de su utilidad y función.

• Estable para que se mantenga en equilibrio sin volcarse ni caerse.

La estructura que construye el hombre tiene una finalidad determinada, para la que ha sido

pensada, diseñada y finalmente construida.

Podemos hacer un análisis en función de la necesidad que satisface:

• Soportar peso: se engloban en este apartado aquellas

estructuras cuyo fin principal es el de sostener cualquier

otro elemento, son los pilares, las vigas, estanterías,

torres, patas de una mesa, etc.

• Salvar distancias: su principal función es la de esquivar

un objeto, permitir el paso por una zona peligrosa o difícil,

son los puentes, las grúas, teleféricos, etc.

• Proteger objetos: cuando son almacenados o

transportados, como las cajas de embalajes, los cartones

de huevos, cascos, etc. Por ejemplo La forma y rigidez del

casco protege la cabeza del motorista.

Propiedades de las estructuras

Funciones de las estructuras

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• Para dar rigidez a un elemento: son aquellos en que lo

que se pretende proteger es el propio objeto, y no otro al

que envuelve, por ejemplo en las puertas no macizas el

enrejado interior, los cartones, etc.

Dependiendo de su posición dentro de la estructura y del tipo de fuerzas que actúan

sobre ellos, los elementos o piezas de las estructuras soportan diferentes tipos de

esfuerzos. Dichos esfuerzos pueden ser:

De tensión, cuando las fuerzas que

actúan sobre la pieza tienden a estirarla,

tal y como sucede, por ejemplo, con los

cables de un puente colgante.

De compresión, cuando las fuerzas que

soporta la pieza tienden a aplastarla,

como es el caso, por ejemplo, de los

pilares. Cuando nos sentamos en una

silla, sometemos a las patas a un

esfuerzo de compresión, con lo que

tiende a disminuir su altura.

Tensión Compresión

Las estructuras tienen como principal función soportar pesos y cargas sin que se produzca la rotura o deformación excesiva del objeto.

Esfuerzos que soportan las estructuras

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De flexión, cuando las fuerzas que

actúan sobre la pieza tienden a doblarla,

como sucede con las vigas. Al saltar en

la tabla del trampolín de una piscina, la

tabla se flexiona. También se flexiona un

panel de una estantería cuando se carga

de libros . Flexión

a. De corte o cizalladura, cuando las

fuerzas que soporta la pieza tienden a

cortarla. Este es el tipo de esfuerzo al

que están sometidos los puntos de apoyo

de las vigas. Al cortar con unas tijeras un

papel estamos provocando que unas

partículas tiendan a deslizarse sobre

otras.

b. De torsión, cuando las fuerzas que

soporta la pieza tienden a retorcerla.

Este es el caso de los ejes, los

cigüeñales y las manivelas.

Elementos de las estructuras.

a. De corte o cizalladura

b. De Torsión

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La resistencia de una estructura no depende solamente de las propiedades del material

con el que está elaborada, sino también de la disposición del conjunto de elementos

resistentes que la forman.

En cualquier estructura podemos encontrar uno o varios de los siguientes elementos

resistentes.

• Los pilares

Son los apoyos verticales sobre los cuales descansan

las vigas y el resto de la estructura. Estos elementos

soportan el peso de la propia estructura y el peso de

los elementos que se cargan o apoyan sobre ellos.

También se le denomina poste, columna, larguero, etc. Los materiales con los que

se construyen pueden ser: madera, acero, aluminio, hormigón armado, ladrillos,

mármol, etc. Suelen ser de forma geométrica regular (cuadrada, rectangular,

circular)

• Las vigas

Son piezas horizontales. Se apoyan sobre dos puntos,

y su misión es la de soportar cargas. Son elementos

colocados normalmente en posición horizontal que

soportan la carga de la estructura y la transmiten hacia

los pilares.

• Los tirantes o tensores

Son cables inextensibles (fabricados de cuerdas,

cables de acero, cadenas, listones de madera) que

está sometida principalmente a esfuerzos de tracción

y que tienen múltiples funciones dentro de las

estructuras:

a) Pueden servir para sujetar o colgar vigas, como es el caso de la mayoría de

los puentes modernos.

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b) Pueden servir de elementos de sujeción de los elementos verticales de la

estructura, como sucede con los palos de una tienda de campaña o con las

antenas de televisión.

• Los Arcos

Forma geométrica muy utilizada a lo largo de la

historia como solución arquitectónica. Permite trasmitir

las cargas que soporta hacia los elementos que

sustentan la estructura.

• Las escuadras

Son triángulos rectángulos que se emplean para

reforzar estructuras. Pueden ser planas ( para unir una

viga con una columna), en forma de L o en forma de

prisma. En estos dos últimos casos se emplean para

unir vigas con pilares y también para mantener

verticales dichos pilares.

• Los Triángulos

Puede demostrarse, de forma experimental, que el

triángulo es la forma geométrica más estable, al no

deformarse al actuar sobre él fuerzas externas. Esta

es la razón por la que se utiliza la triangulación para

aportar mayor rigidez a las estructuras. En caso

contrario nos encontraremos con una estructura

flexible.

Estructuras rígidas Estructuras flexibles

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En ocasiones la colocación de una simple escuadra otorga

a la estructura la rigidez y resistencia que necesita. Las

vemos en construcciones industriales, grúas, gradas

metálicas, postes eléctricos, etc.

En las siguientes fotografías puedes observar algunos

ejemplos comunes de utilización de estructuras

triangulares:

• Tubos

Otro tipo de elementos que presentan gran resistencia

son los tubos o estructuras tubulares. Su geometría

cilíndrica permite un reparto equitativo de las cargas

sobre sus paredes. Una de sus principales

aplicaciones es la construcción de canalizaciones.

• Muros

Son elementos que soportan los esfuerzos en toda su longitud, de forma

que reparten las cargas. Los materiales de los que están construidos son

variados: piedra, ladrillos, madera, cartón, etc.

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• En la prehistoria ya se empleaba de forma inconsciente para amplificar el golpe

(hachas y martillos) y el transporte de materiales sobre palos que se sujetaban con

las manos en un extremo y arrastraban por el suelo en el otro.

• Hacia el 2800 a. de C. se empleaba en Egipto remos fijos apoyados en chumaceras

o aros para el desplazamiento por el Nilo (Palanca de 2º grado)

Los inventos basados en la palanca se fueron desarrollando a lo largo de los

siglos y tuvieron aplicaciones en campos muy diversos: agricultura, deporte,

transporte, etc..

PALANCAS

Historia de la palanca

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La ley de Arquímedes dice:

"El esfuerzo multiplicado por su

distancia al punto de apoyo es

igual a la carga multiplicada por su

distancia al punto de apoyo".


• Hacia el 2650 a. de C. ya se empleaba en forma habitual en Egipto y Mesopotamia

la balanza de brazos móviles en cruz, para la medición de masas (palanca de 1°

grado).

• Sobre el 2600 se empleaban palancas de grandes proporciones para el movimiento

de grandes bloques de piedra empleados en la construcción de las primeras

pirámides (palanca de 2º grado).

• Por el 2500 a. de C. los artesanos de Ur (Mesopotamia) ya empleaban las pinzas

en trabajos delicados (palanca de 3° grado).

• Por el 1550 empezó a emplearse en Egipto y

Mesopotamia grandes palancas para la

extracción del agua de los ríos, que

posteriormente evolucionarían hacia las grandes

grúas egipcias.

• Hacia el 1000 a. de C. ya se fabricaban tijeras de hierro para trasquilar ovejas en

forma de palancas de tercer grado.

• En el 250 a. de C. Arquímedes descubre el principio de la palanca, ilustró su teoría

con una frase muy famosa: "Dadme un punto de apoyo y moveré el mundo",

dando por hecho que de tener una palanca suficientemente larga podría mover la

Tierra con sus propias fuerzas. La rueda, la palanca, la polea, el tornillo, el plano

inclinado y la cuña son algunas máquinas simples.

Se define a la palanca como una barra rígida que

puede girar sobre un punto de apoyo (fulcro)

sobre el cual se aplica una fuerza pequeña para

obtener una gran fuerza en el otro extremo; la

fuerza pequeña se denomina "potencia" (p) y la

gran fuerza, "resistencia" (R)

¿Qué es una palanca?

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En física, la fórmula de la palanca es:

R es la fuerza que levantamos (carga o resistencia) y

P es la fuerza que ejercemos para levantarlo (esfuerzo o potencia).

Bp y Br son las distancias que hay del punto de apoyo a la R y P

Al utilizar las palancas se aplica el principio de los momentos, donde una de las fuerzas

hace girar la palanca en un sentido y la otra en sentido contrario, como se aprecia en la

figura:

Desde el punto de vista tecnológico, cuando empleamos la palanca para vencer fuerzas

podemos considerar en ella 4 elementos importantes:

• Potencia (P), fuerza que tenemos que aplicar.

• Resistencia (R), fuerza que tenemos que

vencer; es la que hace la palanca como

consecuencia de haber aplicado nosotros la

potencia.

• Brazo de potencia (BP), distancia entre el punto

en el que aplicamos la potencia y el punto de

apoyo (fulcro).

• Brazo de resistencia (BR), distancia entre el

punto en el que aplicamos la resistencia y el

punto de apoyo (fulcro).

R·Br=P·Bp.

Importante:

Recuerda que la finalidad de

una palanca es conseguir

mover una carga grande a partir

de una fuerza o potencia muy

pequeña.

Elementos de la palanca

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Hay varios tipos de palancas, pero en todas ellas hay un punto donde se coloca el

cuerpo que se quiere mover, llamaremos a ese cuerpo carga o resistencia, y otro

punto donde se aplicará la fuerza para mover a la carga, a esa fuerza la llamaremos

potencia o esfuerzo.

A las distancias entre el punto de apoyo y los puntos de aplicación de carga y potencia

se les llama brazo (brazo de carga y brazo de potencia).

En el esquema siguiente, el balde que

se intenta levantar es la carga, la

fuerza ejercida por la persona es la

potencia.

De acuerdo con la posición de la

"potencia" (fuerza) y de la "resistencia"

(carga) con respecto al "punto de

apoyo" (fulcro), se consideran tres

clases de palancas: de primer grado,

de segundo grado y de tercer grado

Se llama de primer grado cuando el eje, o punto de apoyo, se ubica entre la carga y la

fuerza aplicada (potencia y resistencia.) Mientras más cerca está la carga del punto de

apoyo o fulcro entonces la fuerza aplicada puede ser menor.

Es nuestra idea intuitiva de palanca, algo que nos ayuda a mover una carga pesada.

Ejemplos de este tipo de palanca son el sube y baja,

las tijeras, las tenazas y los alicates, además en el

cuerpo humano se encuentran otros ejemplos de

primer género como el Triceps - codo - Antebrazo .

1.- Palanca de primer grado.

Tipos de palanca

http://www.practiciencia.com.ar/cfisicas/mecanica/fuerzas/apoyo/index.html

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Algunos ejemplos de palancas de primer grado

El objeto que se pesa es la carga, y los

contrapesos realizan la fuerza para equilibrar el

mecanismo. Ambos pesos son iguales y se

encuentran a la misma distancia.

El punto de apoyo no está en el centro, y el peso se

desplaza por la barra hasta que equilibra el objeto

que debe ser pesado.

La fuerza realizada por el operador se aumenta

para extraer el clavo. La carga es la resistencia del

clavo al ser extraído.

En el segundo tipo, la carga se ubica entre la potencia y el punto de apoyo o fulcro. De

esta forma funciona una carretilla.

Ejemplos de este tipo de palanca son la

carretilla, el cascanueces, los remos,

destapador de botellas, etc.

22.- Palanca de segundo grado

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Algunos ejemplos de palancas de segundo grado

Al elevar las varas es posible levantar una pesada

carga que se halla más cerca del punto de apoyo, la

rueda.

Al levantar el mango, se supera la fuerte resistencia de

la tapa.

El cascanueces es una palanca combinada de

segundo grado. La carga es la resistencia que la

cáscara de la nuez opone a ser partida.

Se llaman palancas de tercer grado, cuando la potencia (Fuerza) se encuentra entre el

Punto de Apoyo y la Resistencia. Como la carga esta mas alejada del punto de apoyo la

fuerza aplicada debe ser mayor. En contraste la carga tiene un gran movimiento.

3.- Palanca de tercer grado.

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Ejemplos de este tipo de palanca son el brazo

humano, el quitagrapas; también otro ejemplo lo

tenemos al levantar una cuchara con sopa o el tenedor

con los tallarines, una engrapadora también es un

ejemplo de este tipo.

Algunos ejemplos de palancas de tercer grado.

El martillo actúa como una palanca de tercer grado

cuando se utiliza para clavar un clavo. El punto de apoyo

es la muñeca y la carga es la resistencia que opone la

madera. La cabeza del martillo se mueve a mayor

velocidad que la mano al golpear.

Mientras una de las manos actúa como punto de apoyo, la

otra provee la fuerza para mover la caña. La carga es el

peso del pez., que se puede levantar a gran altura con un

movimiento de mano corto.

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Un par de pinzas es una palanca de tercer grado

compuesta. El esfuerzo que ejercen los dedos se reduce

en los extremos de la pinza, lo cual le permite tomar

objeto.

Algunos ejemplos de palancas múltiples

La excavadora es un ensamble rotativo

de tres palancas (el pescante, el móvil y

la cuchara) montadas sobre orugas.

Estas tres palancas accionadas por

pistones hidráulicos que permiten

colocar la cuchara en cualquier

posición, van montadas sobre una

plataforma.

Las cortaúñas son una combinación clara de

dos palancas que permiten realizar una potente

acción de corte y son fáciles de manipular. El

mango es una palanca de segundo grado que

presiona las dos hojas de corte hasta unirlas.

Las hojas actúan con gran fuerza, y dan lugar a

una combinación de palancas de tercer grado.

Los filos de las hojas realizan un movimiento

corto para vencer la dura resistencia que ofrece

la uña.

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Con los cuatro elementos tecnológicos de una palanca se elabora la denominada Ley de

la palanca.

Esta expresión matemática representa una proporción inversa entre la "potencia" y su

brazo por un lado y la "resistencia" y el suyo por el otro.

Por esta razón es lo mismo emplear una potencia de 8 N y un brazo de potencia de 0,25

m, que una "potencia" de 0,5 N y un brazo de potencia de 4 m, pues su producto es

equivalente. Algunas otras posibilidades las podemos ver en la tabla siguiente:

P (Potencia en Newton)BP (Brazo de Potencia en metros)

P x BP

8 0,25 2

2 1 2

Se denomina ley de la palanca a una

relación que expresa que el producto de la

Potencia por su brazo es igual al de la

Resistencia por el suyo:

POTENCIA x BRAZO DE POTENCIA = RESISTENCIA x BRAZO DE RESISTENCIAP x BP = R x BR

Ley de la palanca

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1 2 2

0,5 4 2

Esta expresión matemática podemos sentirla de forma práctica si pensamos en estos

ejemplos:

Si en vez de considerar la intensidad de las fuerzas de la "potencia" y la "resistencia"

consideramos su desplazamiento, esta ley la podemos enunciar de la siguiente forma:

El desplazamiento de la "potencia" es a

su brazo

como el de la "resistencia" al suyo.

De todo lo anterior podemos deducir que la palanca puede emplearse con dos finalidades

prácticas

La fuerza necesaria para hacer girar una puerta (potencia) es menor cuanto más

lejos de las bisagras (brazo de potencia) la aplicamos.

Es mas fácil cortar una alambre (potencia) con unos alicates de corte, cuanto mas

cerca del eje lo colocamos (brazo de resistencia) y cuanto más lejos de él

aplicamos la fuerza (brazo de potencia).

Al emplear un cascanueces es más fácil romper la nuez (resistencia) cuanto más

lejos (brazo de potencia) ejerzamos la fuerza (potencia).

Es más fácil aflojar los tornillos de las ruedas de un coche (potencia) cuanto más

larga sea la llave empleada (brazo de potencia).

Esto representa una proporción directa entre el desplazamiento de la potencia y su

brazo, de tal forma que para aumentar (o disminuir) el desplazamiento de la potencia es

necesario también aumentar (o disminuir) su brazo, y lo mismo sucedería con la

resistencia.

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Modificar la intensidad de una fuerza. En este caso podemos vencer

grandes resistencias aplicando pequeñas potencias.

Modificar la amplitud y el sentido de un movimiento. De esta forma

podemos conseguir grandes desplazamientos de la resistencia con

pequeños desplazamientos de la potencia.

RUEDAS Y EJES

Historia de la rueda

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• Parece ser que la primera aplicación de la rueda como los tornos de alfarería

corresponde hacia el 3300 a. de C. en el oriente medio, en forma de sencillo disco de

madera montado sobre un cono giratorio impulsado a mano.

• Hacia el 3200 a. de C. empieza a aplicarse como elemento de transporte (en forma

de rueda maciza de piedra que formaba cuerpo con ejes de madera y se sujetaba a

la carreta por medio de tiras de cuero) formando parte de carros de tracción animal.

• Hacia el 2900 a. de C. Ya se aplicaba para la molienda de trigo (molino de ruedas).

• Hacia el 1500 a. de C. empezó a emplearse como elemento motor accionado por la

fuerza muscular del hombre (rueda de varios metros de diámetro por la que se

mueven varios hombres haciéndola girar).

• Es posible que hacia el 1500 a. de C. ya se empleaba la polea (en forma de polea

simple) en Mesopotamia y Egipto.

• Hacia el 260 a. de C. ya se empleaban las ruedas hidráulicas, como elemento que

aprovecha el movimiento lineal de la guía de los ríos para producir un movimiento

que sirve como fuerza motriz.

• Hacia el 250 a. de C. ya se usaban las ruedas dentadas (engranajes) para la

trasmisión de movimientos rotativos entre ejes separados (reloj hidráulico).

• Hacia el 900 empiezan las ruedas eólicas (aprovechan la fuerza del viento para

producir un movimiento giratorio) para el accionamiento de molinos de piedra en

Pekín y Persia

•

•

La rueda es un disco con un orificio central por el que penetra un eje que guía el

movimiento y le sirve de sustento.

La parte operativa de la rueda es la periferia del disco, que se recubre con materiales o

terminaciones de diversos tipos con el fin de adaptarla a la utilidad correspondiente.

Algunas de las ruedas más empleadas son:

• Rueda dentada, empleada principalmente para

la transmisión del movimiento giratorio entre

ejes.

¿Qué es la rueda?

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• Rueda de transporte, empleada para reducir el

rozamiento con el suelo. Muy empleadas con las

de cámara de aire.

• Polea, muy empleada tanto para la transmisión

de movimientos como para la reducción del

esfuerzo al elevar o mover pesos.

• Turbinas (rueda de palas), empleadas para la

obtención de un movimiento giratorio a partir del

movimiento de un fluido (agua, aire, aceite...)

Recuerda que:

Desde el punto de vista tecnológico, la rueda es

un operador dependiente, nunca puede usarse

sola y siempre debe ir acompañada de un eje

(que guía y sirve de sustento) y de un soporte o

armadura (que es el operador que controla la

posición del eje y sirve de sostén a todo el

conjunto).

Las ruedas se emplean en multitud de aplicaciones, algunas muy usuales son:

• Facilitar el desplazamiento de objetos;

reduciendo el rozamiento entre

De la rueda se derivan multitud de máquinas de las que cabe destacar: polea

simple, rodillo, tren de rodadura, polea móvil, polipasto, rodamiento, engranajes,

sistema correa-polea...etc.

Elementos de la rueda

Utilidad de las ruedas

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superficies (tren de rodadura, rodillo,

rodamiento); como en carretillas, coches,

bicicletas, patinetes, pasillos

rodantes...etc.

• Obtener un movimiento rotativo; en un

eje a partir del movimiento del agua

(rueda de palas, noria, turbina o rodete);

como en contadores de agua, molinos de

agua, norias de regadío, centrales

hidroeléctricas, turbinas...etc.

• Transmitir un movimiento giratorio entre ejes

(polea, piñón, ruedas de fricción...); como en

lavadoras, neveras, bicicletas, motos, motores de

automóvil, taladros, tocadiscos, etc.

• Reducir el esfuerzo; Para elevar una masa

(polea de cable, polea móvil, polipasto...); como

en pozos de agua, grúas, ascensores...etc.

• Transformar en giratorio otros movimientos o

viceversa (excéntrica, leva, torno); como en

piedras de afilar, máquinas de coser, ruedas de

timón, programadores de lavadora,

cabrestantes...etc.

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Es simplemente un cilindro (o un tubo) mucho más largo

de grueso.

En la actualidad también se le da el nombre de rodillo a

ruedas cuya longitud es muy grande respecto a su

diámetro y que manteniéndose fijas en el espacio

(gracias a que también disponen de un eje de giro)

permiten el desplazamiento de objetos sobre ellas.

Permite suprimir (más bien minimizar) la fricción

que existe entre un objeto y la superficie sobre la

que se mueve, al convertir el desplazamiento por

deslizamiento en desplazamiento por rodadura.

Aunque hay muchos tipos de rodillos y con muchas

aplicaciones (máquinas de escribir, proyectores de

cine...etc.), se puede decir que las principales

utilidades del rodillo se centran en:

• Cojinetes.

Sustituyendo a las bolas en caso de que la fuerza

ejercida entre las pistas exterior e interior fuese muy

elevada. Estos mecanismos son de gran utilidad

para reducir la fricción que aparece entre la rueda y

La principal diferencia entre el

rodillo y la rueda es que esta se

desplaza con el objeto que se

mueve (va unida a él gracias al

eje y el soporte), mientras que

el rodillo no permanece fijo en el

espacio o se traslada a diferente

velocidad que el objeto.

Rodillos

Utilidad de los rodillos

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el eje , pues convierte un giro con deslizamiento en

uno con rodadura. Prácticamente todos los

mecanismos dotados de movimiento giratorio

incluyen un cojinete.

• Movimiento de cargas.

Aunque tiene la ventaja de facilitar el movimiento

de grandes cargas al introducir un elemento que

produce rodadura entre la carga y el suelo; tiene el

inconveniente de que, a medida que la carga se

desplaza, los rodillos se van quedando atrás, por lo

que se hace necesario introducirlos de nuevo por

el frente

• Pasillo rodante.

Es una superficie formado por rodillos sobre los

que se desliza la carga sin presencia de fricción.

Es empleado en grandes almacenes, centros de

distribución de cargas, cajas de los centros

comerciales, cintas transportadoras, etc.

• Conformado de materiales (laminación).

Empleado tanto en repostería (rodillo de amasar)

como en las grandes acerías (tren de laminación),

permitiendo reducir el espesor de un material,

dándole la forma adecuada con una combinación

de presión y giro.

¿Sabias que?

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Una noria es una máquina hidráulica

que sirve para extraer agua de pozos, en

los que el movimiento se consigue

generalmente utilizando tracción animal.

Un cabrestante (o cabestrante) es un

dispositivo mecánico, impulsado

manualmente o por un motor eléctrico,

destinado a levantar y desplazar grandes

cargas. Consiste en un rodillo giratorio,

alrededor del cual se enrolla un cable

provocando el movimiento en la carga sujeta

al otro lado del mismo.

Imagina que quieres levantar algo muy pesado y no tienes suficiente

fuerza en tus músculos para hacerlo...¿cómo lo solucionarías?.

POLEAS

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La única nota histórica sobre su uso se debe a Plutarco quien

en su obra Vidas paralelas (c. 100 adC) relata que

Arquímedes, en carta al rey Hierón de Siracusa, a quien lo

unía gran amistad, afirmó que con una fuerza dada podía

mover cualquier peso e incluso se jactó de que si existiera

otra Tierra yendo a ella podría mover ésta.

Según relata Plutarco tras cargar el barco con muchos pasajeros y con las bodegas

repletas, Arquímedes se sentó a cierta distancia y jalando la cuerda alzó sin gran

esfuerzo el barco sacándolo del agua tan derecho y estable como si aún permaneciera en

el mar.

También llamada garruchas, carrucha, trocla, trócola o

carrillo son ruedas generalmente maciza y acanalada en su

borde, que, con el concurso de una cuerda o cable que se

hace pasar por el canal, se usa como elemento de

transmisión en máquinas y mecanismos para cambiar la

dirección del movimiento multiplicar las fuerzas.

El eje se encuentra se encuentra sostenido con una

horqueta llamada armadura, mediante la cual se suspende

la polea de un soporte fijo ; la máquina simple así constituida

se denomina polea fija.

Esa misma polea fija se puede utilizar como polea móvil si de la armadura se cuelga un

peso y entonces es el cordón el que se fija en el soporte.

«La polea es el punto de apoyo de una cuerda que moviéndose se arrolla sobre ella sin dar una vuelta completa» actuando en uno de sus extremos

la resistencia y en otro la potencia

Historia de la polea

¿Qué son la poleas?

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En toda polea se distinguen tres partes:

• Cuerpo,

• Cubo y

• Garganta.

• El cuerpo

Es el elemento que une el cubo con la

garganta. En algunos tipos de poleas está

formado por radios o aspas para reducir peso y

facilitar la ventilación de las máquinas en las

que se instalan.

• El cubo

Es la parte central que comprende el agujero,

permite aumentar el grosor de la polea para

aumentar su estabilidad sobre el eje. Suele

incluir un chavetero que facilita la unión de la

polea con el eje o árbol (para que ambos giren

solidarios).

La garganta (o canal )

Es la parte que entra en contacto con la cuerda

o la correa y está especialmente diseñada para

Partes de la polea

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conseguir el mayor agarre posible. La parte

más profunda recibe el nombre de llanta.

Puede adoptar distintas formas (plana,

semicircular, triangular...) pero la más

empleada hoy día es la trapezoidal.

Según su desplazamiento las poleas se clasifican en:

Poleas simples

• Poleas simples fijas: se caracteriza porque su eje se

mantiene en una posición fija en el espacio evitando su

desplazamiento, solamente giran alrededor de su propio

eje, cuyas armas se suspenden de un punto fijo. Se

encuentra en mecanismos para el accionamiento de

puertas automáticas, sistemas de elevación de cristales

de automóviles, ascensores, tendales, sacar agua de

los pozos, poleas de elevación de cargas, etc.

Este sistema no aumenta la fuerza aplicada.

Las poleas empleadas para tracción y elevación de cargas tienen el perímetro acanalado en forma de semicírculo (para alojar cuerdas), mientras que las empleadas para la transmisión de movimientos entre ejes suelen tenerlo trapezoidal o plano (en automoción también se emplean correas estriadas y dentadas)

Clasificación de las poleas

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Las poleas simples se usan en máquinas en las que se debe

cambiar la dirección del movimiento, como por ejemplo un ascensor.


siendo Q la fuerza peso del cuerpo (carga) , y P la fuerza aplicada (potencia)

• Poleas simples Móviles: Consta de una polea móvil conectada a una fija 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.

Este sistema si amplifica la fuerza aplicada P.

P = Q/2

siendo Q la fuerza peso del cuerpo, y P la fuerza aplicada

SISTEMA EXPLICACIÓN EJEMPLO

POLEA MÓVIL

Con este sistema reducimos el

esfuerzo necesario para levantar

el peso a la mitad. Cuantas más

poleas móviles menos esfuerzo

se realiza.

n= nº poleas móviles

Poleas Compuestas:

P = Q

32



Las poleas compuestas son aquellas donde se usan más de

dos poleas en el sistema, y puede ser una fija y una móvil, o

dos fijas y una móvil etc.,

Tirar una cuerda de arriba hacia abajo resulta más fácil que

hacerlo desde bajo hacia arriba. Para cambiar la dirección

del esfuerzo, a la polea móvil se agrega una polea fija

proporcionando una ventaja mecánica.

La ventaja mecánica es la disminución del esfuerzo.

SISTEMA EXPLICACIÓN EJEMPLO

POLIPASTO

Consta de varios dispositivos de poleas móviles accionadas por una sola cuerda, es decir, un dispositivo en el que la mitad de las poleas y la mitad móviles.

n= nº poleas móviles

MULTIPLICANDO LA FUERZAUn sistema de poleas móviles, el polipasto, permite obtener lo que se denomina una ventaja o ganancia mecánica. Este concepto se define matemáticamente como el cociente entre la fuerza de salida (el peso del objeto, la resistencia) y la de entrada (la necesaria para levantar el cuerpo, el esfuerzo).

En un caso ideal el resultado es igual al número de segmentos de cuerda que sostienen la carga que se quiere mover (los que llegan a las poleas móviles), excluyendo en el que se aplica la fuerza de entrada, que no ofrece ninguna ventaja salvo cambiar la dirección del esfuerzo. El rozamiento reduce la ganancia mecánica real y suele limitar el número total de poleas a cuatro. Según el trabajo que se vaya a realizar y la ventaja mecánica deseada pueden emplearse muchas combinaciones diferentes de poleas.

Utilidad de la polea

32



En el primer caso tenemos una polea de cable que

puede emplearse bajo la forma de polea fija, polea

móvil o polipasto. Su utilidad se centra en la elevación

de cargas (pastecas, grúas, ascensores...), cierre de

cortinas, movimiento de puertas automáticas, etc.

En el segundo caso tenemos una polea de correa

que es de mucha utilidad para acoplar motores

eléctricos a otras máquinas (compresores,

taladros, ventiladores, generadores eléctricos,

sierras...) permitiendo aumentar, disminuir o

mantener la velocidad de giro, mientras mantiene

o invierte el sentido. Con este tipo de poleas se

construyen mecanismos como el multiplicador de

velocidad, la caja de velocidad y el tren de poleas.

Su utilidad se centra en la transmisión de movimiento giratorio entre dos ejes distantes;

La podemos encontrar en lavadoras,

ventiladores, lavaplatos, pulidoras, videos,

multicultores, cortadores de carne, taladros,

generadores de electricidad, cortadoras de

césped, transmisiones de motores,

compresores, tornos... en forma de

multiplicador de velocidad, caja de velocidades

o tren de poleas.

Básicamente la polea se utiliza para dos fines:

Cambiar la dirección de una fuerza mediante cuerdas o

Transmitir un movimiento giratorio de un eje a otro mediante correas.

http://concurso.cnice.mec.es/cnice2006/material107/mecanismos/mec_pol_trenpoleas.htm

http://concurso.cnice.mec.es/cnice2006/material107/mecanismos/mec_pol_cajavelocidades.htm

http://concurso.cnice.mec.es/cnice2006/material107/mecanismos/mec_pol_multiplicador.htm

32



La polea se emplea principalmente para transmitir movimientos o para elevar cargas. La forma que adoptan las acanaladuras de las ruedas cambia en función del tipo de objeto que vaya a pasar por ellas. Por este motivo, pueden ser de sección semicircular, para el paso de los cables o las cuerdas; trapezoidal, en el caso de correas con esta forma; y alveolada, para el paso de cadenas. Como ejemplo, en el precursor del ascensor, las cuerdas de elevación pasaban a través de una polea.

Reducción e incremento de velocidad

32



32



Uno de los principales problemas de la Ingeniería

Mecánica es la transmisión de movimiento, entre un

conjunto motor y máquinas conducidas.

Desde épocas muy remotas se han utilizado cuerdas y

elementos fabricados de madera para solucionar los

problemas de transporte, impulsión, elevación y

movimiento.

La forma más básica de un engrane es una pareja de ruedas, una de ellas provistas de

barras cilíndricas y la otra formada por dos ruedas unidas por barras cilíndricas.

Leonardo da Vinci se dedico mucho a la creación de máquinas de guerra para la defensa

y el ataque, sus materiales son madera, hierro y cuerdas las que se elaboran en forma

rudimentaria, pero sus esquemas e invenciones trascienden el tiempo y nos enseñan las

múltiples alternativas que nos brindan mecanismos básicos de palancas, engranes y

poleas unidas entre si en una máquina cuyo diseño geométrico es notable.

ENGRANAJES

Historia de los engranajes

32


Los engranajes son ruedas provistas de dientes que posibilitan que dos de ellas

se conecten entre sí.


Los engranajes son sistemas mecánicos que

transmiten el movimiento de rotación desde un eje

hasta otro mediante el contacto sucesivo de

pequeñas levas denominadas dientes. Los dientes

de una rueda dentada pueden ser cilíndricos o

helicoidales.

Existen muchos tipos distintos de engranajes. Los más simples son ruedas con dientes o

ruedas dentadas.

Los engranajes están formados por dos ruedas dentadas,

de las cuales a la mayor se le denomina corona y la menor

piñón.

Los engranajes cilíndricos rectos poseen dientes paralelos

al eje de rotación de la rueda y pueden transmitir potencia

solamente entre ejes paralelos

La principal ventaja que tienen las transmisiones por engranaje respecto de la

transmisión por poleas es que no patinan como las poleas, con lo que se obtiene

exactitud en la relación de transmisión.

La rueda dentada (engranaje, piñón) es,

básicamente, una rueda con el perímetro

totalmente cubierto de dientes. El tipo más

común de rueda dentada lleva los dientes

rectos (longitudinales) aunque también las hay

con los dientes curvos, oblicuos.

Casos particulares de las ruedas dentadas son el tornillo sinfín y la cremallera.

RECUERDA:Un engranaje sirve para transmitir movimiento circular mediante contacto de ruedas dentadas.

¿Qué son los engranajes?

http://concurso.cnice.mec.es/cnice2006/material107/operadores/ope_cremallera.htm

http://concurso.cnice.mec.es/cnice2006/material107/operadores/ope_sinfin.htm

http://concurso.cnice.mec.es/cnice2006/material107/operadores/ope_rueda.htm

32



Los engranajes se clasifican en tres grupos :

• Engranajes Cilíndricos : Existen de dientes

rectos que transmiten movimiento entre ejes

paralelo y de dientes helicoidales que transmiten

movimientos entre ejes paralelos, entre ejes que

se cruzan y entre ejes perpendiculares.

• Engranajes Cónicos Los engranajes cónicos

sirven para transmitir el movimiento entre dos

ejes que generalmente se encuentran.

Las intersecciones de los ejes es comúnmente a

90ª y se llaman engranajes cónicos de ángulos

rectos, en algunos casos el ángulo es mayor o

menor de 90ª y se llaman entonces engranajes

cónicos con ángulo obtuso o agudo según los

casos.

• Tornillo Sin Fin Y Corona: Transmiten el

movimiento entre ejes perpendiculares situados

en distintos planos se emplean donde se requiere

una acción silenciosa y gran reducción de

velocidad también se usa para aumentar la

potencia y para los sistemas irreversibles, es

decir, que siempre es el sinfín el que manda la

rueda.

Generalmente este mecanismo se hace trabajar

en cajas cerradas llenas de aceite o grasas. .Se

aplica para abrir puertas automáticas de casas y

edificios.

Engranajes Cónicos

Clasificación.

http://www.monografias.com/cgi-bin/search.cgi?query=sistemas&?intersearch

32



• Cremalleras:

Se llama cremallera, a dos elementos que

engranan de los cuales uno es en forma de

engranaje recto y el otro de una barra dentada.

Asimismo transmiten el movimiento rectilíneo

de un eje a un plano. Se emplean donde se

tienen que mover mecánicamente un

elemento en sentido rectilíneo alternado.

El campo de aplicación de los engranajes es

prácticamente ilimitado, por ejemplo, en las reducciones

de velocidad de las turbinas de vapor de los buques, en

el accionamiento de los hornos y molinos de las fábricas

de cemento, máquinas herramientas (taladros, tornos,

fresadoras...), relojería, como reductor de velocidad, pues

permite acoplar ejes paralelos o que se crucen con

cualquier ángulo etc.

Los encontramos en las centrales de producción de energía

eléctrica, hidroeléctrica y en los elementos de transporte

terrestre: locomotoras, automotores, camiones, automóviles,

transporte marítimo en buques de todas clases, aviones, en la

industria siderúrgica: laminadores, transportadores, etc.,

minas y astilleros, fábricas de cemento, grúas, montacargas,

máquinas-herramientas, maquinaria textil, de alimentación, de

vestir y calzar, industria química y farmacéutica, etc, hasta los

más simples movimientos de accionamiento manual.

Toda esta gran variedad de aplicaciones del engranaje

puede decirse que tiene por única finalidad, la transmisión

de la rotación o giro de un eje a otro distinto, reduciendo o

aumentando la velocidad del primero. Incluso algunos

engranes coloridos y hechos de plástico son usados en

algunos juguetes educativos.

Aplicaciones de los engranajes

32



El uso de poleas de transmisión tiene el inconveniente de que la correa puede resbalar;

para evitar este problema se utilizan mecanismos, como los engranajes o las ruedas de

dientes unidas por cadenas.

Cuando los ejes están cercanos se usan los engranajes, cuyos dientes encajan entre sí.

Con ellos podemos transmitir el movimiento entre ejes con distintas posiciones.

1.- Engranaje de ruedas con dientes rectos o engranaje plano

Para ejes alejados se usan ruedas dentadas y cadenas cuyos eslabones encajan entre los dientes de las ruedas

Una de las aplicaciones más importantes de los engranajes es la transmisión del movimiento desde el eje de una fuente de energía, como puede ser un motor de combustión interna o un motor eléctrico, hasta otro eje situado a cierta distancia y que ha de realizar un trabajo

De manera que una de las ruedas está conectada por la fuente de energía y es conocido como engranaje motor y la otra está conectada al eje que debe recibir el movimiento del eje motor y que se denomina engranaje conducido (o de salida). Si el sistema está compuesto de más de un par de ruedas dentadas, se denomina tren de engranajes

Ley fundamental del engranaje

http://es.wikipedia.org/wiki/Motor_el%C3%A9ctrico

http://es.wikipedia.org/wiki/Motor_de_combusti%C3%B3n_interna

http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81rbol_de_transmisi%C3%B3n

32



2.- Engranaje de cremallera y piñón, convierte un movimiento rotativo en movimiento lineal.

3.- Tornillo sin fin o sin fin corona.

En este engranaje siempre es el tornillo el que mueve la rueda dentada y nunca al contrario.

4.- Engranaje de

ruedas cónicas

El sistema de piñón y cremallera, es un par de

engranajes especiales. La cremallera se ve como si

el engranaje solidario externo, hubiese sido

estirado y puesto en un plano. El piñón es el

pequeño engranaje solidario que conecta con la

cremallera.

Piñón

Cremallera

Piñones y cremalleras.

32



Cuando el piñón rota, la cremallera avanza o

retrocede o si la cremallera avanza o retrocede,

eso hará rotar al piñón. Así el sistema de

cremallera y piñón transforman movimientos

giratorios en alternativos (o viceversa), empleando

mecanismos que combinan la rueda dentada con

la cremallera (sistema cremallera-piñón) Este

montaje se emplea en cerraduras, juegos

infantiles, microscopios, taladros sensitivos,

sacacorchos, etc.

Las cremalleras tiene aplicación en apertura y cierre de puertas automáticas de

corredera, desplazamiento de órganos de algunas máquinas herramientas

(taladros, tornos, fresadoras...), cerraduras, microscopios, gatos de coche, etc.

.

Podemos verlo en bicicletas, motocicletas, puertas de apertura automática

(ascensores, supermercados, aeropuertos...), mecanismos internos de motores; pero

solamente permite acoplar ejes paralelos entre si.

Ya sabemos que los engranajes pueden ser usados

para cambiar la velocidad de los ejes en rotación.

El sistema cadena piñón

Engranajes y fuerza.

Rv = Nro. de dientes de engranaje salidaNro. de dientes de engranaje motor

Ejm: 40/8 = 5 entonces Rv: 5:1

http://concurso.cnice.mec.es/cnice2006/material107/mecanismos/mec_cremallera-pinon.htm

http://concurso.cnice.mec.es/cnice2006/material107/operadores/ope_cremallera.htm

32



También pueden ser usados para cambiar la fuerza

o torque del eje rotante. La razón de engranajes es

el número de dientes del engranaje de la salida al

número de dientes del eje de entrada. Acá hay un

engranaje de salida de 40 dientes, conectado con

un engranaje de entrada de 8 dientes. La relación

es, entonces, de 5 a 1.

Recordemos que esto significa que el engranaje de salida gira 5 veces más lento que el

engranaje de entrada. Sin embargo, el torque de el eje de salida se ha incrementado en 5

veces.

La razón es el diámetro de los engranajes. Ambos engranajes ejercen la misma fuerza en

direcciones opuestas en el punto en el cual los engranajes están en contacto.

Dado que

podemos sustituir las ecuaciones para el torque de cada eje; el torque depende del radio

del engranaje. Esto nos dá T40 / r40 = -T8 / r8. Re escribiendo la ecuación T40 = -T8 x (r40 /

r8). La razón de r40 a r8 es 5 to 1, de manera que el torque sobre el eje del engranaje de

40 dientes es 5 veces más grande que el torque en el eje del engranaje de 8 dientes.

¿Por qué ocurre esto?

f40 = -f8,

Engranaje fuerza

32



Este par de engranajes están en razón 40 a 8 ó,

5 a 1. Es decir, por cada 5 vueltas del eje de

entrada, se completa una del eje de salida.

Luego la velocidad de salida baja en un factor 5.

Si los engranajes se invierten, la razón será de 1

a 5, con lo cual el eje de salida rotará 5 veces

más rápido que el de entrada.

¿Por qué ocurre esto? La respuesta es debido a

los distintos diámetros de los engranajes y a la

relación entre velocidad de rotación y la

velocidad lineal. Ambos engranajes se mueven a

la misma velocidad lineal en el punto en el cual

los dientes están interconectados, pero se

mueven en direcciones opuestas.

Una propiedad de los engranajes es que

cambian la velocidad de rotación de los ejes

que sostienen los engranajes. La figura de la

derecha, tenemos un engranaje de 40

dientes en el eje de salida, conectado a uno

de 8 dientes en el eje de entrada.

Eje de Entrada

Eje de Salida

TORNILLOS SIN FIN

32


Desde el punto de vista conceptual la rueda

sinfín es considerado una rueda dentada de

un solo diente que ha sido tallado

helicoidalmente (en forma de hélice). Este

operador ha sido diseñado para la transmisión

de movimientos giratorios, por lo que siempre

trabaja unido a otro engranaje.


Un tornillo es básicamente, un cilindro que lleva

tallado en superficie lateral un canal continuo en

forma de hélice, denominado rosca. Cuando la

ranura se talla en la superficie interior de un

agujero, también cilíndrico, se obtiene una tuerca.

La hélice que se arrolla sobre el cilindro recibe el

nombre de hilo o filete de rosca. La distancia entre

dos crestas consecutivas del hilo se denomina

paso.

Los mecanismos de tornillo y tuerca tienen múltiples aplicaciones:

• Permiten unir dos o más piezas de manera que posteriormente, se puedan separar.

• Sirven para multiplicar el esfuerzo, por lo que se emplean para elevar (gatos), sujetar (mordazas, presas) y cerrar (tapas).

• El tornillo, en combinación con la tuerca, es un mecanismo que transforma el

movimiento rotatorio en movimiento lineal.

El tornillo tiene un solo diente con forma helicoidal, de manera que cada vez que el tornillo da una vuelta completa tan solo se desplaza un diente de la rueda. Por lo tanto, para que la rueda dé una vuelta completa, el tornillo tendrá que girar tantas veces como dientes tiene la rueda.

El tornillo.

El tornillo sin fin.

http://www.iesmarenostrum.com/departamentos/tecnologia/mecaneso/mecanica_basica/operadores/ope_ruedentada.htm

32



Este mecanismo consta de una rueda dentada helicoidal, denominada corona, y un

tornillo, solidario a un eje, que engrana con la rueda. Se emplea para transmitir

movimiento entre dos ejes perpendiculares. También suele utilizarse como reductor de

velocidad.

Por ejemplo, si la rueda tiene cincuenta dientes, el tornillo tendrá que girar cincuenta

veces o, dicho de otro modo, el tornillo sin fin tiene que girar cincuenta veces más

rápido que la rueda helicoidal.

El mecanismo es irreversible, es decir, el tornillo puede hacer girar la rueda, pero la

rueda no puede mover el tornillo. Por lo tanto, el elemento conductor es siempre el

tornillo.

El tornillo sin fin generalmente desempeña el papel de la rueda conducida. Se

distinguen tres tipos:

• Tornillo sin fin y corona cilíndricos:

La rueda conducida es igual a la de los engranajes cilíndricos usuales, el contacto

es puntual y por lo tanto el desgaste de ambos es rápido. Se utiliza en la transmisión

de pequeños esfuerzos y a velocidades reducidas.

• Tornillo sin fin y corona de dientes cóncavos:

El tornillo mantiene su forma cilíndrica, con sus filetes helicoidales. La rueda está

tallada de forma que sus dientes están curvados, con el centro de curvatura situado

sobre el eje del tornillo sin fin. El contacto entre los dientes es lineal, lo que hace

que se transmita mejor el esfuerzo y por tanto se produce menos desgaste. Se

utiliza en mecanismos de reducción.

• Tornillo sin fin y corona globoidal:

Tipos de tornillo sin fin

32



El tornillo se adapta a la forma de la rueda, es poco

frecuente, debido a su alto coste de fabricación. Se

utiliza en las cajas de dirección de los automóviles.

El sinfín, acompañado de un piñón

(mecanismo sinfín) transmite un

movimiento giratorio entre ejes

perpendiculares que se cruzan,

obteniendo una gran reducción de

velocidad. Podemos encontrarlo en

limpiaparabrisas, clavijas de guitarra,

reductores de velocidad para motores,

manivelas para andamios colgantes...

Reductores de velocidad

El problema básico de las máquinas es reducir la alta velocidad de

los motores a una velocidad utilizable por los equipos de las

máquinas. Además de reducir se deben contemplar las posiciones

de los ejes de entrada y salida y la potencia mecánica a transmitir.

Para potencias bajas se utilizan moto-reductores que son

equipos formados por un motor eléctrico y un conjunto

reductor integrado.

Para potencias mayores se utilizan equipos reductores separados del motor. Los

reductores consisten en pares de engranajes con gran diferencia de diámetros, de esta

forma el engrane de menor diámetro debe dar muchas vueltas para que el de diámetro

mayor de una vuelta, de esta forma se reduce la velocidad de giro. Para obtener grandes

reducciones se repite este proceso colocando varios pares de engranes conectados uno a

continuación del otro.

El reductor básico está formado por mecanismo de tornillo sinfín y corona. En este tipo de

mecanismo el efecto del rozamiento en los flancos del diente hace que estos engranajes

tengan los rendimientos más bajos de todas las transmisiones; dicho rendimiento se sitúa

Utilidad de la rueda sin fin

32



entre un 40 y un 90% aproximadamente, dependiendo de las características del reductor

y del trabajo al que está sometido.

Las clavijas de una guitarra

Las clavijas de una guitarra están formadas por

mecanismos que incluyen tornillos sin fin. De esta

manera, como la relación de transmisión es muy

elevada, una vuelta a la clavija motriz que permite

girar al tornillo hace que la rueda acoplada al eje

sobre el que se enrolla la cuerda gire muy poco, con

lo que se consigue una gran precisión a la hora de

afinar el instrumento.

CREMALLERAS

¿Qué son las cremalleras?

32



En mecánica, una cremallera es un

prisma rectangular con una de sus

caras laterales tallada con dientes.

Estos pueden ser rectos o curvados

y estar dispuestos en posición

transversal u oblicua.

Desde el punto de vista tecnológico podemos considerarla como un caso particular de la

rueda dentada, pues puede suponerse que es un engranaje de radio infinito.

El mecanismo piñón-cremallera permite transformar un

movimiento circular en un movimiento lineal (cremallera)

utilizando una rueda llamada piñón y una pieza rectilínea

llamada cremallera o viceversa. Este mecanismo como su

mismo nombre indica está formado por dos elementos

que son:

• Piñón y

• Cremallera.

El piñón es una rueda dentada normalmente con forma cilíndrica que describe un

movimiento de rotación alrededor de su eje.

La cremallera es una pieza dentada que describe un movimiento rectilíneo en uno u otro

sentido según la rotación del piñón.

¿Sabias que?

El mecanismo piñón-cremallera funciona como un engranaje simple, esto significa que

tanto la cremallera como el piñón han de tener el mismo paso circular y, en consecuencia,

el mismo módulo.

Mecanismo piñón cremallera

Aplicaciones de la cremallera

32



El mecanismo de cremallera aplicado a los engranajes lo

constituyen una barra con dientes la cual es considerada

como un engranaje de diámetro infinito y un engranaje de

diente recto de menor diámetro, y sirve para transformar un

movimiento de rotación del piñón en un movimiento lineal de

la cremallera.

En este caso, cuanto mayor sea el ángulo girado por la rueda,

mayor será el recorrido efectuado por la cremallera (d). Si la

rueda da una vuelta completa, entonces la cremallera efectuará

un recorrido igual a la circunferencia de la rueda:

Puesto que la rueda en principio puede girar

indefinidamente, debe haber algún sistema que evite

que la cremallera «se salga»; es decir, tras cierto

recorrido, la cremallera llegará a un tope que evitará que

la rueda siga girando.

Tiene gran aplicación en apertura y cierre de puertas

automáticas de corredera, desplazamiento de órganos

de algunas máquinas herramientas (taladros, tornos,

fresadoras...), cerraduras, microscopios, gatos de coche

El mecanismo piñón-cremallera tiene distintas aplicaciones como las que se presenta a

continuación.

La velocidad de la

cremallera dependerá del

radio del piñón y de su

velocidad de giro. Cuanto

mayor sea el piñón y más

deprisa gire, más rápido

se desplazará la

cremallera.

D = 2πR

32



• La primera aplicación que podemos dar al

mecanismo piñón-cremallera es en la

dirección de un automóvil.

• Otra aplicación también de este mecanismo

es en la taladradora de columna

• En la cerradura de una puerta

En este mecanismo se transforma el

movimiento circular que se produce al girar

la llave en el movimiento lineal alternativo

del cerrojo al correrse el mismo.

La dirección de los automóviles

La dirección de un automóvil incorpora un

mecanismo piñón-cremallera para mover las

ruedas. Cuando el volante gira, el movimiento

se transmite a un piñón conectado a las ruedas

motrices por medio de una cremallera.

En un coche de Fórmula 1, por ejemplo, la

relación de transmisión es muy alta, de manera

que un pequeño giro del volante hace que las

ruedas delanteras giren muy deprisa.

32



Se usan para transmitir el movimiento de los pedales a la rueda en las bicicletas o dentro

de un motor para transmitir movimiento de un mecanismo a otro. Por ejemplo del cigüeñal

al árbol de levas.

Se llama transmisión al conjunto de bandas cadenas o engranes que sirven para comunicar fuerza y movimiento desde un motor hasta su punto de aplicación.

Recibe el nombre de tren de engranes el conjunto de éstos que se encuentran endentados entre sí, ya sea directamente o por medio de cadenas.

Son mecanismos que

transmiten el movimiento o

fuerza de una rueda a otra o de

un mecanismo a otro. Han

FAJAS Y CADENAS DE TRANSMISIÓN

¿Qué son las cadenas de transmisión?

32



En los motores se usan cadenas para el árbol de levas porque necesita cierta fuerza. Las

correas se usan para otros mecanismos de menos potencia como bomba de agua o el

alternador

Cada vez se tiende más a sustituir la cadena del árbol de levas

por una correa ya que hace menos ruidoso el motor. A cambio,

hay que sustituir la correa con más frecuencia que una cadena.

Las dos ruedas dentadas se comunican mediante una cadena o una correa dentada tensa. Cuando se usa una cadena el mecanismo es bastante robusto,

Las formas más habituales de transmisión son:

• Con correa dentada.

• Con cadena.

• Con balancines.

• Con cascada de engranajes.

• Con cardan.

La siguiente ilustración nos muestra un ejemplo y

como podemos observar, el engrane "M" (motor)

hace girar a los engranes "m" (movidos)

notándose que en cada paso se invierte el

sentido de giro.

En el caso de la transmisión por cadena, el

movimiento y la fuerza se transmiten a cierta

distancia de los engranes y se conserva el

sentido de giro

Además del cambio del sentido de giro existen otros conceptos que es necesario conocer

para la comprensión total del trabajo de una transmisión.

32



Uno de ellos es la relación de transmisión:

La relación de transmisión es la proporción entre el

número de dientes de un engrane en comparación con

su pareja de trabajo. En la ilustración tenemos una

relación de 2 : 1 en donde el engrane motor dará dos

vueltas para que el engrane movido gire sólo una.

La cadena de rodillos no es muy difícil de entender, está compuesta por cinco elementos:

rodillos, bujes, pernos y placas interiores y exteriores y son fabricadas con pernos

remachados o enchavetados, en simples y múltiples hileras, según normas europeas

(Estas cadenas se fabrican con simples, dobles, triples y cuadruples torones (o cordones).

Sirven para transportar material a diferentes partes de la

sección en forma cómoda, limpia, económica y rápida.

Las fajas son reforzadas y revestidas con caucho, para

aguantar tensiones y resistir al fuerte desgaste superficial

debido al rozamiento con los diferentes polines y por el

mismo paso de los materiales.

Componentes de la cadena

¿Qué son las fajas de transmisión?

32



• Las fajas propiamente dicha y sus respectivas

grampas.

• Las poleas, que tienen la misión de sostener a

la faja en sus extremos, tenemos 2 tipos:

* Polea motriz o de cabeza, que lleva acoplado

el motor que la mueve

* Polea zaguera o tensora, es similar a la

cabeza, no lleva motor, generalmente es la

parte que recibe al material.

• Los polines: sostiene las fajas entre las poleas como: polines de carga, polines

de retorno y poliones de guía.

Pendientes de las inclinadas

Se mantiene por debajo de ciertos valores críticos, para que así el material se

transporte sin resbalar. Los ángulos de inclinación en nuestro caso oscila entre 15° a

20°

Velocidad de las fajas

Funcionan normalmente a velocidades constantes. El procedimiento usual de

movimiento consiste en un dispositivo de mando eléctrico, su marcha comienza cuando

el operador pulsa un botón respectivo.

Componentes de las fajas transportadoras.

32



La leva es un disco con un perfil externo parcialmente

circular sobre el que apoya un operador móvil (seguidor

de leva ) destinado a seguir las variaciones del perfil de

la leva cuando esta gira. Una leva es una pieza que gira

solidariamente con un eje, con el que está unido

directamente o por medio de una rueda.

Conceptualmente deriva de la rueda y del plano inclinado.

LO QUE SIGNIFICA:

Una leva es un elemento que impulsa, por contacto directo, a otro

elemento denominado seguidor de forma que éste último realice un

movimiento alternativo concreto.

SISTEMA DE LEVAS

¿Qué es una leva?

http://concurso.cnice.mec.es/cnice2006/material107/operadores/ope_rueda.htm

32



Es general las levas se montan sobre ejes rotativos, aunque también se usan

estacionariamente con un seguidor moviéndose alrededor de estas. Las levas también

producen movimiento oscilatorio o pueden convertir movimientos de forma a otra.

Estos mecanismos se emplean en la maquinas, por su facilidad de diseño para producir

cualquier movimiento deseado, por lo que se usan para maquinaria de impresión,

maquinaria para fabricar zapatos, tornos automáticos, siendo difícil encintrar maquinas

denominadas “automáticas” sin un sistema de levas.

También se puede realizar una clasificación de las levas en cuanto a su naturaleza:

• Revolución,

• Translación,

• Desmodrómicas (éstas son aquellas que realizan una acción de doble efecto), etc

La leva va solidaria con un eje (árbol) que transmite el movimiento giratorio que

necesita; en muchas aplicaciones se recurre a montar varias levas sobre un mismo eje

o árbol (árbol de levas), lo que permite la sincronización del movimiento de varios

seguidores a la vez.

Clasificación de las levas

Descripción de las levas

32



Para su correcto funcionamiento, este mecanismo necesita, al menos: árbol, soporte, leva

y seguidor de leva (palpador) acompañado de un sistema de recuperación (muelle,

resorte)

• El árbol es el eje de giro de la leva y el

encargado de transmitirle su movimiento

giratorio.

• El soporte es el encargado de mantener

unido todo el conjunto y, normalmente,

guíar el movimiento del seguidor

La leva es siempre la que recibe el

movimiento giratorio a través del eje o del

árbol en el que está montada. Su perfil hace

que el seguidor ejecute un ciclo de

movimientos muy preciso.

• El seguidor (palpador) 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)

Características.

En los mecanismos de levas, el diseño del perfil de leva siempre estará en función del

movimiento que queramos que realice el seguidor de leva. Dicho de otro modo: la leva

es el resultado del movimiento que deseemos obtener en el seguidor.

32



Seguidor de leva: Según el tipo de movimiento que queramos obtener a la salida, se puede recurrir a dos tipos de seguidores:

Embolo Palanca

ÉMBOLO (para obtener movimientos de vaivén) Si queremos que el movimiento de

salida sea lineal alternativo. Que en todo momento han de permanecer en contacto con

el contorno de la leva. Para conseguirlo se recurre al empleo de resortes, muelles o

gomas de recuperación adecuadamente dispuestos

En el ejemplo vemos el sistema simplificado de distribución del motor de un coche. La

válvula actúa como émbolo y se combina con un empujador que es el que está en

contacto directo con la leva gracias a al acción del muelle

.

El émbolo también se emplea en multitud de mecanismos que trabajan con

fluidos a presión. Ejemplos simples pueden ser: las bombas manuales para

hinchar balones o las jeringuillas.

32



PALANCA

Si queremos que el movimiento de salida

sea oscilante.En este caso emplearemos la

palanca de primer o tercer grado para

amplificar el movimiento y la de primero o

segundo para atenuarlo.

El mecanismo suele complementarse con

un muelle de recuperación que permite

que el palpador (seguidor de leva) se

mantenga en contacto con el perfil de la

biela en todo momento.

Perfiles de leva La forma del contorno de la leva (perfil de

leva) siempre está supeditada al

movimiento que se necesite en el seguidor,

pudiendo aquel adoptar curvas realmente

complejas.

La leva es un mecanismo que nos permite

transformar un movimiento giratorio en uno

alternativo lineal (sistema leva-émbolo) o circular

(sistema leva-palanca), Este mecanismo se emplea

en la automatización de máquinas: motores de

automóviles (para la apertura y cierre de las

válvulas), programadores de lavadoras (para la

apertura y cierre de los circuitos que gobiernan su

funcionamiento), carretes de pesca (mecanismo de

Utilidad de la leva

http://concurso.cnice.mec.es/cnice2006/material107/mecanismos/mec_levas.htm#palanca

http://concurso.cnice.mec.es/cnice2006/material107/mecanismos/mec_levas.htm#embolo

http://www.iesmarenostrum.com/Departamentos/Tecnologia/mecaneso/mecanica_basica/operadores/ope_pal_segundogrado.htm

http://www.iesmarenostrum.com/Departamentos/Tecnologia/mecaneso/mecanica_basica/operadores/ope_pal_tercergrado.htm

http://www.iesmarenostrum.com/Departamentos/Tecnologia/mecaneso/mecanica_basica/operadores/ope_pal_primergrado.htm

32


Para comprender mejor el funcionamiento y diseño de este

mecanismo pondremos un ejemplo sencillo: los motores de

los automóviles disponen de un sistema de levas que abre

las válvulas para la entrada del combustible y salida de los

gases en los cilindros.

La apertura y cierre de estas válvulas se efectúa según el

sistema, en la que el movimiento de giro del cigüeñal es

transmitido a través de una correa dentada a la polea

situada en el árbol donde van montadas las levas ( llamado

árbol de levas).


avance-retroceso del carrete), cortapelos,

depiladoras, cerraduras.

Asimismo permite obtener un movimiento lineal

alternativo, o uno oscilante, a partir de uno giratorio;

pero no nos permite obtener el giratorio a partir de

uno lineal alternativo (o de uno oscilante). Es un

mecanismo no reversible.

El giro de las levas obliga al seguidor a abrir la válvula, que retrocede a la posición de

cerrada por la acción del muelle. De esta forma, montando en el árbol de levas tantas

unidades como válvulas dispone el motor y con el desfase adecuado en cada cilindro.

Las ecuaciones que definen el contorno de la leva y por lo tanto el movimiento del

seguidor deben cumplir los siguientes requisitos, lo que es llamado:

• La ecuación de posición del seguidor debe ser continua durante todo el ciclo.

• La primera y segunda derivadas de la ecuación de posición (velocidad y

aceleración) deben ser continuas.

• La tercera derivada de la ecuación (sobreaceleración o jerk) no necesariamente

debe ser continua, pero sus discontinuidades deben ser finitas.

Ley fundamental del diseño de levas:

Ley fundamental del diseño de levas

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• Las condiciones anteriores deben cumplirse para evitar choques o agitaciones

innecesarias del seguidor y la leva, lo cual sería perjudicial para la estructura y el

sistema en general.

En ocasiones resulta interesante desplazar el

seguidor de forma que su dirección de

deslizamiento no pase por el centro de rotación de

la leva. En este caso, se dice que el seguidor es

excéntrico y se llama excentricidad a la distancia

desde el centro de rotación de la leva a la dirección

de deslizamiento del seguidor.

Influencia de la excentricidad

La excentricidad es otro parámetro de partida en el diseño de sistemas leva-seguidor. Su

valor no puede ser mayor al radio del círculo primario ya que si así fuera, habría al menos

una posición en la que el seguidor caería por falta de contacto con la leva.

La excentricidad influye sobre todo en el ángulo de presión. Sin embargo, no modifica la

forma de la gráfica de variación del ángulo de presión, sino que solamente la desplaza

verticalmente. Así, la excentricidad puede hacer que disminuya el ángulo de presión en

unas zonas del diagrama de elevación a costa de aumentar en otras zonas. Además, la

excentricidad hace que el ángulo de presión deje de ser nulo cuando el seguidor está en

pausa.

La excentricidad

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La energía es una propiedad de todo

cuerpo o sistema material en virtud de la

cual éste puede transformarse, modificando

su estado o posición, así como actuar sobre

Uno de los principios básicos de la física sostiene que la energía no se crea ni

se destruye, sino que sólo se transforma de unos estados a otros. Este principio

se extiende también a la energía mecánica. Así, en un sistema aislado, la suma

de energías cinética y potencial entre dos instantes de tiempo se mantiene

constante. De este modo, la energía cinética se transforma en potencial, y a la

inversa.

TRANSFORMACIÓN DE ENERGÍA

¿Qué entendemos por energía?

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otros originando en ellos procesos de

transformación.

La energía puede tener distintos orígenes y,

dependiendo de ellos se le denomina de

una forma u otra:

• Energía cinética: Asociada al movimiento de los

cuerpos.

• Energía potencial: Asociada a la posición dentro

de un campo de fuerzas.

• Energía interna: Asociada a la temperatura de

los cuerpos.

• Energía luminosa: Asociada a la radiación solar.

• Energía nuclear: Asociada a los procesos de

fusión (unión de núcleos) o fisión (ruptura de

núcleos) que tienen lugar en el interior de los

átomos.

La energía presenta tres propiedades básicas:

• La energía total de un sistema aislado se conserva.

Por tanto en el Universo no puede existir creación o desaparición de energía.

• La energía puede transmitirse (transferirse) de unos cuerpos, o sistemas

materiales, a otros.

• La energía puede transformarse de unas formas a otras.

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Es aquella que el hombre utilizó, en un comienzo, como

producto de su propio esfuerzo corporal. Luego, la fuerza

animal, para lo que domesticó animales como bueyes,

caballos y burros.

Llamamos energías mecánicas a aquellas energías

vinculadas a la posición, al movimiento y a la masa de los

cuerpos. Ejemplos son la energía cinética, la energía

gravitatoria, la energía elástica.

La energía mecánica engloba dos tipos de

energía; la energía potencial (cuando el cuerpo

está en reposo) y la energía cinética (cuando un

cuerpo está en movimiento)

¿Qué es la energía mecánica?

Formas de energía.

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Existen diferentes formas de energía y por su naturaleza tenemos energía Potencial y cinética.

Energía potencial.

Es la energía que posee un cuerpo, por

ejemplo: la energía humana, la del

agua, del vapor, etc. Así el estado de

mecánico de una piedra que se eleva a

una altura dada no es el mismo que el

que tenia a nivel del suelo: ha

cambiado su posición.

la Energía Potencial depende del tipo

de fuerza que se aplique a un objeto.

Por tal razón, existen diferentes tipos de

energía potencial. Por ejemplo, un tipo

de energía potencial se debe a la fuerza

de gravedad y otro a la fuerza de

restitución de los cuerpos elásticos,

como una liga o un resorte.

En la determinación de la energía cinética sólo se toma en cuenta la masa y la velocidad

de un objeto, sin importar como se origino el movimiento; en cambio,

• Energía potencial debida a la fuerza gravitacional:

Cuando se sostiene un objeto en cierta altura, este no

tiene movimiento; pero si se cae, la caída se debe a la

fuerza de atracción de la gravedad.

Energía mecánicaEn los procesos físicos, la energía suele almacenarse en los cuerpos en forma combinada de tipo cinético y potencial. Esta suma de energías se denomina energía mecánica, y se escribe genéricamente como:

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La velocidad con el que el objeto llega al suelo

depende de la altura de donde el objeto se suelta, si

esta es pequeña, la velocidad también lo será, pero si

es grande la velocidad también lo será.

• Energía potencial elástica:

Este es otro caso de energía potencial, asociada a las

deformaciones de los objetos elásticos, por ejemplo la

tensión de un resorte, la compresión de un gas, el

estiramiento de un elástico o la extensión de la cuerda

de un arco antes de lanzar la flecha.

Otra forma común de energía potencial es la que posee un

muelle cuando se comprime. Esta energía potencial

elástica tiene un valor igual a:

donde x es la posición del extremo del muelle y k una

constante de proporcionalidad. Al soltar el muelle, se libera

energía potencial elástica, al tiempo que el extremo del

muelle adquiere velocidad (y, también, energía cinética).

Al comprimir un muelle, se realiza un trabajo que se

acumula como una energía potencial elástica.

Energía potencial.

La energía cinética es la que posee un cuerpo

debido a su movimiento o velocidad; La energía

¿SABIAS QUE ....? Una masa de 1kg de agua que está en la superficie de un lago tiene una energía potencial más alta que cuando está al pie de la represa: para una diferencia de altura de 100 metros la diferencia de energía potencial es de 981 Joules. Esta energía potencial es la que se usa en una central hidroeléctrica, donde la caída de agua mueve las aspas de las turbinas que a su vez mueven a los generadores eléctricos.

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cinética es, por lo tanto, la energía mecánica que

posee un cuerpo en virtud de su movimiento o

velocidad. por ejemplo:

El trabajo realizado por fuerzas que ejercen su acción sobre un cuerpo o sistema en

movimiento se expresa como la variación de una cantidad llamada energía cinética, cuya

fórmula viene dada por:

El producto de la masa m de una partícula por el cuadrado de la velocidad v se denomina

también fuerza viva, por lo que la expresión anterior se conoce como teorema de la

energía cinética o de las Fuerzas Vivas.

La energía del agua al caer de una cascada,La energía del aire en movimiento, etc.

recursos tecnolÓgicos : módulo mecanismos

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