INTEGRACIÓN DE LOS MECANISMOS

·         Identifica algunos mecanismos y los tipos de mecanismos presentes en algunas máquinas.

INTEGRACIÓN DE LOS MECANISMOS

Mecanismo: Un mecanismo es un conjunto de elementos, conectados entre sí por medio de articulaciones móviles. Sirven para:

- transformar una velocidad en otra velocidad.

- transformar una fuerza en otra fuerza.

- transformar una trayectoria en otra diferente.

- transformar un tipo de energía en otro tipo distinto.

Según el número de elementos, los mecanismos se pueden clasificar como:

- Simples: si tienen dos elementos de enlace.

- Complejos: si tienen más de dos elementos de enlace.

Sistema mecánico: un sistema mecánico o máquina es una combinación de mecanismos que transforma velocidades, trayectorias, fuerzas o energías mediante una serie de transformaciones intermedias.

Los movimientos que puede describir un elemento de un mecanismo son:

- Movimiento rectilíneo: en un único sentido.

- Movimiento alternativo: o movimiento de vaivén.

- Movimiento circular: una pieza que gira  o rota.

Los mecanismos (y por extensión los sistemas mecánicos) constan de los siguientes elementos básicos:

1. Sistema motriz o sistema de entrada: recibe la energía de entrada, la cual será transformada o transmitida. En un automóvil sería el motor.

2. Sistema transmisor: medio que permite modificar la energía o el movimiento proporcionado por el sistema motriz. En un automóvil este sistema estaría compuesto por ejes de transmisión, embragues, caja de cambios, etc.

3. Sistema receptor o sistema de salida: realiza el trabajo con la salida que le proporciona el sistema transmisor, y es el objetivo del sistema mecánico. En un automóvil este sistema estaría compuesto por las ruedas motrices.

Los mecanismos se pueden clasificar en dos grandes grupos:

a) Sistemas de transmisión del movimiento: En este caso el sistema motriz y el sistema receptor tienen el mismo tipo de movimiento. En base a esto, podemos encontrar dos tipos de sistemas de transmisión:

- Mecanismos de transmisión lineal: movimientos rectilíneos en movimientos rectilíneos (poleas, palancas, etc.).

- Mecanismos de transmisión circular: movimientos de rotación en otra rotación (transmisión por correas, con cadenas, engranajes, etc.).

b) Sistemas de transformación del movimiento: En este caso el sistema motriz y el sistema receptor tienen distinto tipo de movimiento. En base a esto, podemos encontrar dos tipos de sistemas de transformación:

- Mecanismos que transforman el movimiento circular en rectilíneo.

- Mecanismos que transforman el movimiento circular en alternativo.

Ahora veremos los mecanismos de transmisión circular, de ahí en adelante, que son los que nos interesan en este momento.

Mecanismos de transmisión circular:

Estos mecanismos “transforman” movimientos de rotación en otros movimientos de rotación. La principal utilidad de este tipo de mecanismos radica en poder aumentar o reducir la velocidad de giro de un eje tanto cuanto se desee. Por ejemplo: el motor de una lavadora gira a alta velocidad, pero la velocidad del tambor que contiene la ropa, gira a menor velocidad. Es necesario, pues, este

tipo de mecanismo. Para desempeñar su misión, las máquinas disponen de partes móviles encargadas de transmitir la energía y el movimiento de las maquinas motrices a otros elementos. Estas partes móviles son los elementos transmisores, que pueden ser directos e indirectos.

Elementos transmisores directos:

Ø  Eje: Un eje es un elemento, normalmente cilíndrico, que gira sobre sí mismo y sirve para sostener diferentes piezas.

Ø  Árbol: Un árbol es un elemento de una máquina, cilíndrico o no, sobre el que se montan diferentes piezas mecánicas, por ejemplo, un conjunto de engranajes o poleas, a los que se transmite potencia. Pueden adoptar diferentes formas (rectos, acodados, flexibles, etc.). Los arboles (también llamados árboles de transmisión) giran siempre junto con los órganos soportados.

Ø  Ruedas de fricción: Son elementos de máquinas que transmiten un movimiento circular entre dos árboles de transmisión gracias a la fuerza de rozamiento entre dos ruedas que se encuentran en contacto directo. A este tipo de transmisión también se le conoce como transmisión por fricción.

Ø  Tren de engranajes: Se conoce con el nombre de tren de engranajes al conjunto de dos o más ruedas dentadas que tienen en contacto sus dientes de forma que, cuando gira una, giran las demás. Es un sistema de transmisión circular directo.

Ø  Tornillo sinfín: El mecanismo consta de una rueda conducida dentada, y un tornillo, que es la rueda motriz. Tiene la ventaja de que solamente se puede transmitir el movimiento del tornillo a la rueda cóncava (corona) y nunca al revés, lo que permite que se pueda utilizar en aplicaciones en las que una vez que el motor se ha parado, no sea arrastrado por el propio peso. Permite la transmisión de esfuerzos muy grandes y a la vez tiene una relación de transmisión muy baja. 

Eje	Árbol	Ruedas de fricción	Tren de Engranajes	Tornillo sin fin

Elementos transmisores indirectos:

Poleas con correa: Este tipo de transmisión está basado en la polea, y se utiliza cuando la distancia entre los dos ejes de rotación es grande. El mecanismo consiste en dos poleas que están unidas por una misma correa o por un mismo cable, y su objetivo es transmitir el movimiento del eje de una de las poleas al de la
otra.

Piñones y cadena: Estos mecanismos están compuestos por dos ruedas dentadas que están conectadas mediante una cadena que se engrana en los dientes de las ruedas. Sirven para conectar dos ejes que se encuentran muy alejados. Se emplean, al igual que los engranajes, para variar la fuerza y la velocidad de un giro.

ACTIVIDAD 1: Lea el texto que viene en la guía, analícelo y responda las siguientes preguntas en su cuaderno.

1.       ¿Qué es un mecanismo?

2.       ¿Para qué sirven los mecanismos?

3.       ¿Qué son mecanismos simples?

4.       ¿Qué son mecanismos complejos?

5.       ¿Qué es un sistema mecánico?

6.       ¿Qué es un movimiento rectilíneo?

7.       ¿Qué es un movimiento alternativo?

8.       ¿Qué es un movimiento circular?

9.       ¿Qué es un sistema motriz o sistema de entrada?

10.    ¿Qué es un sistema transmisor?

11.    ¿Qué es un sistema receptor o de salida?

12.    ¿Qué son sistemas de transmisión del movimiento?

13.    ¿Qué son mecanismos de transmisión lineal?

14.    ¿Qué son mecanismos de transmisión circular?

15.    ¿Qué es un eje? Dibújelo o péguelo en su cuaderno.

16.    ¿Qué es un árbol? Dibújelo o péguelo en su cuaderno.

17.    ¿Qué es una rueda de fricción? Dibújela o péguelo en su cuaderno.

18.    ¿Qué es un tren de engranajes? Dibújelo o péguelo en su cuaderno.

19.    ¿Qué es un tornillo sin fin? Dibújelo o péguelo en su cuaderno.

20.    ¿Qué es un mecanismo de polea con correa? Dibújelo o péguelo en su cuaderno.

21.    ¿Qué es un mecanismo de piñón y cadena? Dibújelo o péguelo en su cuaderno.

ACTIVIDAD 2. Resuelva la siguiente sopa de letras con los temas vistos en esta guía.

“La senda de la virtud es muy estrecha y el camino del vicio, ancho y espacioso” 

Miguel de Cervantes

LA RUEDA DENTADA

·         Identifica los componentes que involucran un mecanismo manual.

·     Utilizar herramientas TIC (blogs) para consultar información en internet y profundizar el aprendizaje.

LA RUEDA DENTADA

Se denomina engranaje o rueda dentada al mecanismo utilizado para transmitir potencia de un componente a otro dentro de una máquina. Los engranajes están formados por dos ruedas dentadas, de las cuales la mayor se denomina ‘corona’ y la menor 'piñón'. Un engranaje sirve para transmitir movimiento circularmediante contacto de ruedas dentadas. 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 conocida como engranaje motor y la otra está conectada al eje que debe recibir el movimiento del eje motor y que se denomina engranaje conducido.¹ Si el sistema está compuesto de más de un par de ruedas dentadas, se denomina 'tren de engranajes’.

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.

Una mejora en la efectividad se consigue mediante el acoplamiento de ruedas dentadas, aventajando a los sistemas de poleas en que no pueden resbalar y por tanto, perder firmeza en la transmisión de energía. La unión de dos ruedas dentadas se llama engranaje.

Los mecanismos que utilizan como solución mecánica un engranaje son innumerables, con lo que vale la pena entender su funcionamiento.

Partes principales de una rueda dentada:

Diámetro primitivo (dp)

Se considera a una circunferencia equivalente al contacto que tendrían si se tratara de ruedas de fricción (ruedas sin dientes), queda situada aproximadamente a media altura de los dientes.

Número de dientes (z)

Tal como la palabra indica, se trata de contabilizar el número de dientes de la rueda, que nos servirá para realizar diferentes operaciones matemáticas.

Módulo (m)

Una rueda dentada puede fabricarse con dientes más anchos o más estrechos, esta particularidad necesita un parámetro que indique correctamente dicho tamaño. "el módulo". La fórmula para el módulo es: m = dp / z.

El módulo es la relación entre la circunferencia primitiva y el número de dientes, siendo vital para que dos ruedas puedan engranar. Por tanto, para enlazar dos ruedas dentadas tienen que tener el mismo módulo.

Módulo elevado => tamaño del dentado grande.Módulo pequeño => tamaño del dentado pequeño.

Paso circular (p)

Las ruedas dentadas se mueven paso a paso como nosotros, en éste caso los pasos que realiza son entre diente y diente.

Para que una rueda dentada pueda acoplarse correctamente con otra tiene que cumplir una serie de requisitos, los más importantes son, elpaso circular y el módulo. Tienen que ser coincidentes para poder engranar.

Tipos de engranajes:

Existen engranajes de diversos tamaños, con los dientes rectos o curvos y con distintos ángulos de inclinación. Se conectan entre sí de varias maneras para la transmisión de fuerza y movimiento en las máquinas. Sin embargo, sólo existen cuatro tipos básicos de engranajes. Todos actúan de modo que la rueda de un engranaje gira más rápido o más despacio que la otra, o se mueve en distinta dirección. La diferencia de velocidad entre dos engranajes produce un cambio en la fuerza que se trasmite.

ACTIVIDAD 1: Lea el texto que viene en la guía y responda las siguientes preguntas en su cuaderno.

1.       ¿Qué es un engranaje?

2.       ¿Cómo están formados los engranajes?

3.       Dibuje o pegue en su cuaderno y coloree un engranaje.

4.       ¿Para qué sirve un engranaje y cuáles son sus aplicaciones?

5.       ¿Qué es un engranaje motor y qué es un engranaje conducido?

6.       ¿Qué es un tren de engranajes?

7.       ¿Cuál es la principal ventaja que tienen las transmisiones por engranajes con respecto a las poleas?

8.       ¿Qué es la rueda primitiva de una rueda dentada?

9.       ¿Qué es el número de dientes de una rueda dentada?

10.    Dibuje o pegue una rueda dentada con sus partes.

11.    ¿Qué es el módulo de una rueda y para qué sirve calcular su valor?

12.    ¿Qué es el paso circular de una rueda y para qué sirve?

13.    Escriba en su cuaderno los diferentes tipos de engranajes.

14.    Haga o pegue un dibujo de cada uno de los tipos de engranajes.

ACTIVIDAD 2. Resuelva la siguiente sopa de letras con los temas vistos en esta guía.

“Inteligencia es lo que usas cuando no sabes qué hacer”  Jean Piaget

Vídeo sobre los engranajes:

LA POLEA

·      Identifica qué es una polea, los tipos de polea y sus aplicaciones.

LA POLEA

Una polea es una rueda acanalada que gira en torno a un eje. Por el canal de la polea pasa una cuerda o cable.

Sólo con una cuerda y una rueda se puede arreglar el cambio de dirección. Se fija la rueda a un soporte y se pasa una cuerda por la rueda hasta alcanzar la carga. Al tirar desde el otro extremo de la cuerda, se puede elevar la carga hasta la altura en que se halla fija la polea. El propio peso del cuerpo de la persona  que tira se constituye en una ayuda. Una rueda utilizada de esta manera, se convierte en una polea, y el sistema de elevación que realiza es una simple grúa.

HERRAMIENTA	DIBUJO
POLEA SIMPLE: Una polea simple es una palanca de primera clase. Sirve únicamente para cambiar de dirección o el sentido de la fuerza, ya que es más fácil ejercer tirando la cuerda hacia abajo que hacia arriba. Las poleas simples se usan en máquinas en las que se debe cambiar la dirección del movimiento, como por ejemplo un ascensor. Aquí, el movimiento ascendente de la cabina debe estar conectado con el movimiento descendente de un contrapeso. Con un sistema de polea simple, la distancia que recorre la carga es igual a la longitud de cuerda recogida. Esta polea no amplifica la fuerza aplicada al tirar de la cuerda, sólo permite aplicar la fuerza en dirección descendente.
Poleas móviles: Esta polea se une a la carga y no a la viga. Una polea móvil simple es una palanca de segunda clase que multiplica la fuerza ejercida. La carga es soportada en igual magnitud por ambos segmentos de cuerda esto hace que la fuerza que es necesario aplicar disminuya a la mitad. Sin embargo, se debe tirar la cuerda a una distancia mayor.
Polea Doble: En un sistema de poleas doble, la distancia que recorre la carga es la mitad de la longitud de la cuerda recogida. Pero al reducirse la distancia, se duplica la fuerza aplicada sobre la cuerda para tirar y elevar la carga.
Poleas Compuestas: Así como se puede cambiar la dirección de una fuerza mediante una polea, ésta también se puede usar para multiplicar una fuerza, como si fuera una palanca. Si se conectan varias ruedas de polea se obtiene una polea compuesta, que permite a una persona levantar varias veces su propio peso. Un polipasto es un conjunto de poleas acopladas, se utiliza para reducir la fuerza aplicada al levantar un peso, o un objeto. En un sistema de dos poleas, se ata una a la carga y otra al soporte. La cuerda circunda la polea superior, desciende y rodea a la polea inferior y luego sube de  nuevo a la polea superior, donde se fija. La polea inferior se mueve libremente, y cuando se tira de la cuerda se eleva la carga. Este sistema de poleas hace que la carga recorra la mitad de distancia en comparación con la cantidad de cuerda utilizada para el desplazamiento, pero se duplica la fuerza de elevación. También aquí, como ocurre con las palancas, surge el desequilibrio entre fuerza y distancia recorrida, que en este caso favorece a quien tira. El número de ruedas que tiene una polea influye en la amplificación de la fuerza de elevación. Teóricamente, la amplificación es igual al número de secciones de cuerda que levanta el juego de poleas inferiores atadas a la carga. En la práctica, la fuerza tiene que vencer la fricción en todas las poleas y levantar el peso de las poleas inferiores además de la carga. Esto reduce la amplificación de la fuerza.

TALLER No. 2          

ACTIVIDAD 1: Lea el texto que viene en la guía y complete los espacios en blanco con la(s) palabra(s) apropiada(s).

1.       Una ______________ es una rueda acanalada que gira en torno a un eje. Por el canal de la polea pasa una cuerda o cable.

2.       Sólo con una __________ y una _____________ se puede arreglar el cambio de dirección. Se fija la rueda a un soporte y se pasa una cuerda por la rueda hasta alcanzar la carga.

3.       Al tirar desde el otro ___________ de la cuerda, se puede elevar la ___________ hasta la altura en que se halla fija la polea.

4.       El propio ___________ del cuerpo de la persona  que tira se constituye en una ayuda. Una __________ utilizada de esta manera, se convierte en una polea, y el sistema de elevación que realiza es una simple grúa.

5.       Una _________   __________ es una palanca de primera clase. Sirve únicamente para cambiar de _________  o el sentido de la fuerza, ya que es más fácil ejercer tirando la cuerda hacia abajo que hacia arriba.

6.       Las poleas simples se usan en _____________ en las que se debe cambiar la _____________ del movimiento, como por ejemplo un ascensor.

7.       Con un sistema de polea simple, la ____________ que recorre la _______ es ________ a la longitud de cuerda recogida. Esta polea no amplifica la fuerza aplicada al tirar de la cuerda, sólo permite aplicar la fuerza en dirección ______________.

8.       Una polea ___________ simple es una palanca de ___________ clase que multiplica la fuerza ejercida.

9.       En un sistema de poleas ___________, la distancia que recorre la carga es la ___________ de la longitud de la cuerda recogida. Pero al reducirse la distancia, se duplica la fuerza aplicada sobre la cuerda para tirar y elevar la carga.

10.    Así como se puede cambiar la dirección de una fuerza mediante una polea, ésta también se puede usar para ____________ una _________, como si fuera una palanca.

11.    Si se conectan varias __________ de polea se obtiene una polea _____________, que permite a una persona levantar varias veces su propio peso.

12.    Este sistema de poleas hace que la carga recorra la ___________ de distancia en comparación con la cantidad de cuerda utilizada para el desplazamiento, pero se duplica la ___________ de elevación.

13.    También aquí, como ocurre con las palancas, surge el _____________ entre fuerza y _______________ recorrida, que en este caso favorece a quien tira.

14.    El número de ___________ que tiene una polea influye en la _______________ de la fuerza de elevación.

ACTIVIDAD 2:

Dibuje y coloree en su guía o en su cuaderno, una polea simple, una polea doble, una polea móvil y una polea compuesta.

ACTIVIDAD 3. Resuelva la siguiente sopa de letras con los temas vistos en esta guía.

ACTIVIDAD 4. Escriba una frase con cada una de las siguientes palabras sobre el tema visto. Debe redactar una oración con cada palabra o conjunto de palabras dada. Recuerde subrayar cada palabra que utilice en las oraciones que escriba. (Total: 5 oraciones).

Palabras: Polea, polea simple, rueda, carga, grúa.

“La violencia es el miedo a los ideales de los demás”  Mahatma Gandhi

LA PALANCA

·         Identifica qué es una palanca, los tipos de palanca, sus usos y aplicaciones.

LA PALANCA

Una palanca  es simplemente una barra rígida que oscila sobre un eje o punto de apoyo llamado fulcro. Como en casi todos los casos de máquinas simples, con la palanca se trata de vencer una resistencia o carga, situada en un extremo de la barra, aplicando una fuerza de valor más pequeño que se denomina potencia o contrapeso, en el otro extremo de la barra.

En una palanca podemos distinguir entonces los siguientes elementos:

El punto de apoyo o fulcro: punto alrededor del cual puede girar la palanca.

Potencia: es la fuerza (en la figura de abajo: contrapeso) que se ha de aplicar.

Resistencia: el peso (en la figura de abajo: carga) que se ha de mover.

PALANCA DE PRIMER GRADO:

Básicamente, existen tres tipos de palancas, la de primer grado tiene el punto de apoyo situado siempre entre la carga y la fuerza que se le imprime desde el extremo opuesto.

En la balanza 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.

Las tijeras son palancas combinadas de primer grado. Realizan una fuerte acción de corte cerca del punto de apoyo. La carga es la resistencia del material a la acción de corte de las hojas de la tijera. La potencia la ejerce el operario con los dedos al sujetar con fuerza las tijeras mientras cortan el material.

PALANCA DE SEGUNDO GRADO:

Se caracteriza porque la fuerza a vencer (Resistencia) se encuentra entre el Apoyo y la fuerza a aplicar (Potencia).

Al elevar la carretilla es posible levantar una pesada carga que se halla más cerca del punto de apoyo, la rueda. La carga está en el platón y la fuerza en las manos que sostienen la carretilla con el peso.

Al levantar el mango, se supera la fuerte resistencia de la tapa. El apoyo se encuentra en el extremo de la tapa, la resistencia es la tapa que se va a abrir, y la fuerza está en el mango del destapador, que ejerce la persona que levanta la tapa de la botella.

 PALANCA DE TERCER GRADO:

Se caracteriza por ejercerse la fuerza “a aplicar” (Potencia) entre el apoyo y la fuerza a vencer (Resistencia).

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 se opone la madera. La cabeza del martillo se mueve a mayor velocidad que la mano al golpear.

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. El apoyo se encuentra en la parte de la pinza que está unida, la resistencia es la parte de la pinza que sujeta los objetos, y la potencia la ejercen los dedos que sujetan la pinza.

ACTIVIDAD 1: Lea el texto que viene en la guía y complete los espacios en blanco con las palabra(s) apropiada(s).

1)       Una palanca  es simplemente una _________ rígida que oscila sobre un eje o punto de ____________ llamado fulcro.

2)       Como en casi todos los casos de máquinas __________, con la palanca se trata de vencer una ____________ o carga, situada en un extremo de la barra, aplicando una fuerza de valor más pequeño que se denomina _____________ o contrapeso, en el otro extremo de la barra.

3)       El punto de _________ o ___________ es el punto alrededor del cual puede girar la palanca.

4)       La _____________ es la fuerza (en la figura de abajo: contrapeso) que se ha de aplicar.

5)       La __________ es el peso (en la figura de abajo: carga) que se ha de mover.

6)       La palanca de _________ grado tiene el punto de ___________ situado siempre entre la __________ y la fuerza que se le imprime desde el extremo opuesto.

7)       La palanca de _________ grado se caracteriza porque la ___________ a vencer ( ____________) se encuentra entre el Apoyo y la fuerza a aplicar (Potencia).

8)       La palanca de __________ grado se caracteriza por ejercerse la ____________ “a aplicar” (__________) entre el apoyo y la fuerza a vencer (Resistencia).

9)       La carretilla es una palanca de _____________ grado.

10)   Las tijeras son una palanca de ____________ género.

ACTIVIDAD 2:

Escriba donde se ubica el punto de apoyo, la potencia y la resistencia en los siguientes ejemplos de palancas:

    

         

     

       

ACTIVIDAD 3. Clasifique los siguientes elementos de acuerdo con el tipo de palanca (de primero, segundo o tercer género) que corresponde, y escriba para qué sirve:

MAQUINA	TIPO DE PALANCA	UTILIDAD
El destapador de botellas
El sube y baja
El alicate
La carretilla
El martillo
El tenedor
La cuchara
La balanza
La pinza
La tenaza

     

“El tiempo perdido los santos lo lloran” Refrán popular

Vídeo sobre las los mecanismos: