Máquinas simples

Transmisión

Acoplamientos

Transformación

Cadenas cinemáticas

Acumuladores

Soportes

MECANISMOS DE TRANSMISIÓN

En estos mecanismos la naturaleza del movimiento de entrada y el resultante es la misma, y existen mecanismos que transmiten un movimiento rectilíneo o los que transmiten un movimiento rotatorio.

En los mecanismos que transmiten un desplazamiento rectilíneo están las palancas simples que ya hemos visto. La transmisión de un movimiento rectilíneo se basa en el uso de palancas:

Transmisión por palancas

Para analizar los mecanismos que transmiten un giro, hay que introducir tres nuevos conceptos:

En primer lugar, los elementos giratorios necesitan hacerlo alrededor de una barra que los mantiene en su posición. Cuando esta barra no transmite el giro, por ejemplo porque es fija y los elemtos giran sobre ella, decimos que tenemos un eje. Pero cuando la barra transmite esfuerzos de torsión decimos que tenemos un árbol, por ejemplo cuando los elementos están fijos a la barra y ésta es giratoria. A veces se llama palier al árbol de transmisión, cuando aplica el giro a una rueda.

Eje Árbol

 

En segundo lugar, se trabaja con velocidades de rotación, que miden el giro que describe un elemento en relación al tiempo empleado para ello. Aunque la velocidad en el Sistema Internacional se mide como velocidad angular ω en radianes partido por segundo (rad/s), es muy corriente utilizar la velocidad de giro n en revoluciones por minuto (rpm). El factor de conversión entre ambas unidades es sencillo:

Factor de conversión

 

Por último, a la relación de las velocidades de giro del elemento conducido entre la velocidad de giro del elemento motriz se le llama relación de transmisión, se representa por la letra i y no tiene unidades. Nos da la idea de cuántas vueltas gira el elemento conducido cuando el motriz gira una vuelta:

i = nCONDUCIDO / nMOTRIZ

 

Sin más, veamos los mecanismos de transmisión más frecuentes.

 

RUEDAS DE FRICCIÓN

Se trata de una rueda motriz que transmite el giro a otra rueda conducida por efecto del rozamiento en su periferia.

Las magnitudes características de este mecanismo son, además de la relación de transmisión, el diámetro (dM y dC) de las ruedas y la separación entre los centros de las mismas. La relación de transmisión viene dada por la expresión (pulsar aquí para ver la demostración):

i = nC / nM = dM / dC

Símbolo de las ruedas de fricción

El gráfico que aparece más arriba está constituido por dos ruedas exteriores, pero hay otras posibilidades:

Ruedas interiores

Ruedas interiores

Ruedas cónicas

Ruedas cónicas

Es un mecanismo que puede patinar, por lo cual sólo se emplea como elemento de seguridad, para permitir que la rueda motriz pueda girar en el caso de que la rueda conducida se quede bloqueada.

POLEAS Y CORREA
Arriba

Una polea es una rueda cilíndrica con un canal en su periferia, y una correa es una cinta cerrada que transmite giro entre dos poleas por efecto del rozamiento.

Poleas

Poleas

Correa

Correa

Mecanismo de poleas y correa

Símbolo

Al igual que en el caso anterior, la magnitud característica es el diámetro (dM y dC) de las poleas. La separación entre los centros y la longitud de la correa son otras magnitudes características, pero tienen expresiones complicadas que se salen del temario de este curso. La relación de transmisión viene dada por la misma expresión que las ruedas de fricción:

i = nC / nM = dM / dC

De hecho, es un sistema similar al de ruedas rozantes, que permite salvar grandes distancias. Además, evita la transmisión de vibraciones entre poleas, pero su inconveniente es el resbalamiento de la correa, que siempre existe.

La imagen anterior corresponde a una correa abierta, pero puede acoplarse de otras formas para obtener:

Correa cruzada

Correa cruzada

Correa retorcida

Correa retorcida

Los mecanismos de poleas y correa tienen limitado el par de giro que se puede transmitir, porque nunca se puede rebasar la fuerza de rozamiento entre los elementos. Para aumentar el rozamiento, las correas se hacen con forma trapezoidal y además se instalan poleas tensoras que no afectan a la transmisión.

La ventaja principal que tiene este sistema es su sencillez y bajo precio, unidos a un funcionamiento suave y silencioso, por lo que se utilizan ampliamente en los motores de automóvil. Su desventaja es el inevitable resbalamiento, que se acentúa con el desgaste.

Tensores

Existen algunas variantes del sistema de poleas y correa:

Poleas escalonadas

Poleas escalonadas

Tren de poleas

Tren de poleas

Correa dentada

Correa dentada

 

ENGRANAJES
Arriba

Un engranaje es el conjunto de dos ruedas dentadas cuyos dientes se empujan entre sí; a la rueda mayor se le denomina corona y a la menor, piñón. Además, la forma de los dientes (tienen la forma de una curva llamada evolvente) tiene como efecto que las superficies de los dientes en contacto ruedan una sobre la otra sin fricción, y esto significa que el rozamiento es de rodadura, y por lo tanto el rendimiento es próximo al 100%.

Rodadura entre dientes

La relación de transmisión es exacta y no varía por resbalamientos. Por si fuera poco, la potencia que se puede transmitir es casi ilimitada, pues basta con utilizar ruedas dentadas de más grosor. En este caso, la magnitud característica es el número de dientes (ZM y ZC) de las ruedas dentadas, y la relación de transmisión viene dada por la expresión (pulsa aquí para ver la demostración):

i = nC / nM = ZM / ZC

La representación simbólica de una rueda dentada sólo indica la base y el extremo de los dientes, pero es necesario un análisis más detallado de la geometría de los dientes.

Símbolo del engranaje
Geometría de la rueda dentada

Circunferencia primitiva: rueda de fricción equivalente

Paso circular: distancia entre los dientes medida sobre la circunferencia primitiva

Addendum: distancia que sobresale el diente

Dedendum: distancia que se introduce el hueco

Dos ruedas dentadas pueden engranar cuando los dientes de una caben en los huecos de la otra. La magnitud que define estas medidas es el módulo, que es el diámetro de una circunferencia que tuviera una longitud igual al paso circular (con lo que se demuestra que el módulo es la relación entre el diámetro primitivo y el número de dientes):

p = π · m

m = dP / Z

Con el módulo se define la geometría de los dientes de ambas ruedas:

Addendum = m

Dedendum = 1,25 · m (algo mayor que el addendum para tener holgura)

Espesor del diente = 19/40 · m

Ancho del hueco = 21/40 · m (algo mayor que el espesor del diente para tener holgura)

Así, la condición para que dos ruedas dentadas engranen es que tengan el mismo módulo.

Los dientes de una rueda dentada pueden ser rectos, manteniendo la forma cilíndrica como en el dibujo anterior, pero hay otras posibilidades:

Engranaje de dientes rectos

Engranaje cilíndrico de dientes rectos

Engranaje de dientes helicoidales

Engranaje cilíndrico de dientes helicoidales

Engranaje de dientes Chevron

Engranaje cilíndrico de dientes en V o Engranaje Chevron

La inclinación de los dientes helicoidales tiene como efecto un funcionamiento suave y poco ruidoso, al estar siempre en contacto dos o más dientes, pero aparece una fuerza de empuje en la dirección del eje. Para evitarla se desarrollaron los engranajes Chevron.

Cuando hay que salvar una distancia grande, se interpone entre las ruedas motriz y conducida una tercera rueda que no influye en la transmisión, y que se llama piñón loco. Piñón loco

Al igual que ocurría con las ruedas de fricción, los engranajes también pueden ser interiores y cónicos:

Engranaje interior

Engranaje interior

Engranaje cónico de dientes rectos

Engranaje cónico de dientes rectos

Engranaje cónico de dientes helicoidales

Engranaje cónico de dientes helicoidales

Y también podemos tener trenes de engranajes para obtener relaciones de transmisión inalcanzables con un solo par de ruedas dentadas. Tren de engranajes
PIÑONES Y CADENA
Arriba

Al igual que en el mecanismo de poleas y correa, cuando hay que salvar una gran distancia mediante ruedas dentadas, la transmisión del giro se realiza mediante una cadena de eslabones cilíndricos, que no interviene en los cálculos de relaciones de transmisión.

En este caso, las ruedas dentadas tienen formas especiales para adaptarse a los eslabones de la cadena:

Piñón Piñón Piñón

Mecanismo de cadena

Símbolo de la cadena

Las correas dentadas se clasifican como un sistema de cadena especial, pues los cálculos se realizan también mediante el número de dientes de las ruedas dentadas motriz y conducida.

 

Correa dentada

SINFÍN Y RUEDA DENTADA

Es una aplicación más del tornillo, y para los cálculos, se puede considerar que es un caso particular de engranaje en el que una rueda dentada helicoidal tiene tanta inclinación que sólo tiene un diente.

i = ZM / ZC = 1 / ZC

Por este motivo se obtienen relaciones de transmisión pequeñísimas; tan es así, que a este mecanismo se le suele llamar reductora.

Símbolo del sinfín y corona

Sinfin y corona

 

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