Mecanismos de Transmisin de Movimiento

Generalmente, cuando se habla de mquinas es necesario hacerlo tambin de motores, pues en la mayora de los casos toda mquina lleva incorporada un motor que transforma, mediante un mecanismo de transmisin, la energa rotatoria de su eje en trabajo mecnico.

Uno de los retos ms importantes que tiene el hombre de hoy en da esaprovechar al mximo la energa de que dispone. Pues bien, quizs en ese sentido el motor elctrico tiene mucho que decir, pues del mismo modo que un generador elico transforma la energa cintica del viento en energa elctrica a la salida del generador, con esta energa producida podemos accionar a su ver otra mquina que lleve a cabo una nueva funcin.

Un mecanismo es un dispositivo que transforma el movimiento producidopor un elemento motriz en un movimiento deseado en la salida. La trasformacin de la fuerza y el movimiento producido, generalmente por un motor, se suele realizar mediante cadenas cinemticas, que sonsistemas de elementos mecnicos convenientemenete conectados entre spara transmitir potencia mecnica del elemento motriz a la carga propiamente dicha.

Estos elementos mecnicos, a su vez, suelen ir montados sobre los llamados ejes de transmisin, que son piezas cilindricas sobre las cuales se colocan los mecanismos de transimisin correspondientes y que sern los encargados de transmitir el movimiento de una parte a otra del sistema.

Entre los mecanismos de transimisin ms importantes empleados en la transmisin de potencia mecnica a travs de cadenas cinemticas, podemos destacar: sistemas de poleas y correas, sistemas de ruedas defriccin, sistemas de engranajes, sitemas de ruedas dentadas y cadenas, sistemas de tornillo sinfn y rueda helicoidal, sistemas de rueda dentada y cremallera, etc.

SISTEMA DE POLEAS Y CORREAS

Los sistemas de transmisin de poleas y correas se emplean para transmitir la potencia mecnica proporcionada por el eje del motor entre dos ejes separados entre s por una cierta distancia. La transmisin del movimiento por correas se debe al rozamiento stas sobre las poleas, de manera que ello slo ser posible cuando el movimiento rotrico y de torsin que se ha de transmitir entre ejes

sea inferior a la fuerza de rozamiento. El valor del rozamiento depende, sobre todo, de la tensin de la correa y de la resistencia de sta a la traccin; es decir, del tipo de material con el que estconstruida (cuero, fibras, hilos metlicos recubiertos de goma, etc.)y de sus dimensiones.

Las poleas son ruedas con una ovarias hendiduras en la llanta,sobre las cuales se apoyan lascorreas.

Las correas son cintas cerradas decuero y otros materiales que seemplean para transmitir movimientode rotacin entres dos ejesgeneralmente paralelos. Pueden serde forma plana, redonda,trapezoidal o dentada.

Este sistema se emplea cuando no sequiere transmitir grandes potenciasde un eje a otro. Su principalinconveniente se debe a que elresbalamiento de la correa sobre lapolea produce prdidasconsiderables de potencia; sobretodo en el arranque. Para evitar esto parcialmente se puede utilizar una correa dentada, que aumenta la sujecin.

Para evitar que las correas se salgan de las poleas, ser necesario que las primeras se mantengan lo suficientemente tensas como para quesean capaces de transmitir la mxima potencia entre ejes sin llegar asalirse ni romperse. Para evitar este problema se emplean a veces rodillos tensores, los cuales ejercen sobre las correas la presin necesaria para mantenerlas en tensin.

Mecanismo multiplicador y reductor de velocidad

Se denomina mecanismomultiplicador develocidad a aqul quetransforma la velocidadrecibida de un elementomotor (velocidad deentrada) en otravelocidad mayor(velocidad de salida).

Se denomina mecanismoreductor de velocidad aaqul que transforma lavelocidad de entrada enuna velocidad de salidamenor.

En todo mecanismo detransmisin existen como mnimo dos eje, llamados eje motriz y eje conducido o arrastrado. El eje motriz es el que genera el movimiento y puede estar acoplado a un motor o ser accionado manualmente por medio de una manivela. El eje conducido es el que recibe el movimiento generado por el eje motriz.

La velocidad de giro de los ejes se puede medir de dos formas:

Velocidad circular (n) en revoluciones o vueltas por minuto (r.p.m.). Velocidad angular (w) en radianes por segundo (rad/seg).

La expresin matemtica que hace pasar de r.p.m. a rad/seg es:

w = (2 * p * n) / 60

Transmisin Simple

Cuando un mecanismo se transmite directamente entre dos ejes (motriz y conducido), se trata de un sistema de transmisin simple.

Si se considerandos peleas dedimetros "d1" y"d2" que giran auna velocidad "n1"y "n2"respectivamente,tal y como seindica en lafigura, al estarambas poleasunidas entre spor medio de una correa, las dos recorrern el mismo arco, en el mismo periodo de tiempo.

d1 * n1 = d2 * n2

De donde se deduce que los dimetros son inversamente proporcionales a las velocidades de giro y, por tanto, para que el mecanismo acte como reductor de velocidad, la polea motriz ha de ser de menor dimetro que la polea conducida. En caso contrario actuar como mecanismo multiplicador.

El sentido de giro de ambos ejes es el mismo.

Relacin de transmisin (i)

i = velocidad de salida / velocidad de entrada

i = n2 / n1 = d1 / d2

Cuando i es mayor que 1 es un sistemamultiplicador.Cuando i es menor que 1 es un sistemareductor.

Transmisin Compuesta

Cuando un movimiento se transmite entre ms dedos rboles o ejes de transmisin se dice quese trata de un sistema de transmisincompuesta.

Consideremos el siguiente ejemplo de lafigura.

n1 * d1 = n2 * D2

n2 * d2 = n3 * d3

i = n3 / n1 = (d1 / D2) * (d2 / d3)

i = i1,2 * i2,3 = (d1/D2) * (d2/d3) = (n2/n1) * (n3/n2)

SISTEMA DE CADENAS Y PIONES

Mediante este sistemase consiguen transmitir potencias relativamente altas entre dos ejes distantes entre s, sin que exita apenas resbalamiento o desprendimiento entre las dos ruedas de piones y la cadena, que es el elemento de enlace qeu une ambas ruedas.

Quizs entre las muchas aplicaciones queusan este tipo de sistemas detransmisin, las primeras que nos vienena la mente son la de la bicicleta y lade la motocicleta, aunque tambin seutilizan en otros muchos campos, sobretodo en el sector de la maquinariaagrcola.

Este sistema consta de dos ruedasdentadas (piones) montados sobre dosejes paralelos y sobre las cuales seadentras los eslabones flojamentearticulados que componen la cadena, demanera que al hacer girar una de ellas(rueda motriz) arrastra a la otra (ruedaconducida). El movimiento rotatorio y elmovimiento de torsin se trasmite entreejes por la traccin entre la cadena ylas ruedas dentadas.

Para evitar problemas de prdida de velocidad por el resbalamiento dela cadena ser necesario que sta se mantenga suficientemenete tensa,lo cual se consigue a base de ruedas tensosras dentadas. Adems, un sistema de este tipo necesita de un mantenimiento continuo de lubricacin para reducir el deterioro y el desajuste entre la cadena y los piones, as como el funcionamiento ruidoso de ste.

Para este sistema se cumplen las mismas expresiones que en un sistemade poleas de transmisin simple.

D1 * n1 = d2 * n2

SISTEMA DE RUEDAS DE FRICCIN

Este sistema de transmisin consiste en hacer resbalar dos o ms ruedas que se tocan entre s y montadas sobre ejes paralelos mediantela fuerza que produce el rozamiento entre ambas. Para poder transmitir movimiento de un eje a otro ser necesario que ambas ruedas estn en contacto, ejerciendo una cierta presin la una sobre la otra.

Al contrario de loque sucedia en elsistema de poleas yen el de cadenas, eneste tipo demecanismo el sentidode giro del ejemotriz ser contrarioal del eje conducido.

Generalmete este tipode sitema solamentese usa cuando sepretenden transmitirpequeas potencias,yq que al estar encontacto una rueda con otra se produce, por resbalamiento, una prdida de velocidad. Otro inconveniente del uso de estas ruedas es su continuo desgaste debido a que funcionan por rozamiento y por presin.

Sus principales aplicaciones se encuentran en el campo de la electrnica y en el de la informtica: equipos de sonido, vdeo, impresoras, etc.

Al igual que con los dos mecanismos anteriores, para este tipo de sistema tambin se cumplen las mismas expresiones matemticas que en el caso de las poleas , siendo la distancia entre ejes "c" igual a:

n1 * d1 = n2 * d2

c = (d1 + d2) / 2

SISTEMA DE ENGRANAJES

Ruedas dentadas

Engranajes rectos

Engranajes helicoidales

Engranajes cnicos

Parmetros y caractersticas de los engranajes con dientes rectos

Transmisin simple

Transmisin Compuesta

RUEDAS DENTADAS

Se trata de uno de los mecanismos de transmisin, conjuntamente con las poleas, ms antiguos que se conocen. Los engranajes son mecanismos utilizados en la transmisin de movimiento rotatorio y movimiento de torsin entre ejes.

Este sistema posee grnades ventaja con respecto a las correas y poleas: reduccin del espacio ocupado, relacin de transmisin ms estable (no existe posibilidad de resbalamiento), posibilidad de cambios de velocidad automticos y, sobre todo, mayor capacidad de transmisin de potencia. Sus aplicaciones son muy numerosas, y son devital importancia en el mundo de la mecnica en general y del sector del automvil en particular.

Se trata de un sistema reversible capaz de transmitir potencia en ambos sentidos, en el que no son necesarios elementos intermedios como correas y cadenas para transmitir el movimiento de un eje a otro.

En un sistema de este tipo se le suele llamar rueda al engranaje de mauor dimetro y pin al ms pequeo. Cuando el pin mueve la ruedase tiene un sistema reductor de velocidad, mientras que cuando la rueda mueve el pin se trata de un sitema multiplicador de velocidad. Obviamente, el hecho de que una rueda tenga que endentar con otra para poder transmitir potencia entre dos ejes hace que el sentido de giro de stos sea distinto. En funcin de la forma de sus dientes y de la del propio engranje, stos pueden ser:

* Engranajes rectos. * Engranjes helicoidales. * Engranajes cnicos.

Engranajes rectos

Son engranajes cilndricos de dientes recots y van colineales con el propio eje de la rueda dentada. Se utilizan en transmisiones de ejes paralelos formando as lo que se conoce con el nombre de trenes de engranajes. Este hecho hace que sean unos de los ms utilizados, puesno en vano se pueden encontrar en cualquier tipo de mquina: relojes,juguetes, mquinas herramientas, etc.

Engranajes helicoidales

Son aqullos cuyos dientes estn dispuestos siguiendo la trayectoria de hlices paralelas alrededor de un cilindor. Estos engranajes pueden transmitir movimiento (potencia) entre ejes paralelos o entre ejes que se cruzan en cualquier direccin (invluso perpendiculares). Debido a su forma geomtrica, su construccin resulta ms cara que los anteriores y se utiliza en aplicaciones especficas tales como: cajas de cambios, cadens cinemticas, mquinas herramientas, etc. En este caso, el sistema de engrane de sus dientes proporciona una marcha ms suave que la de los engranajes rectos, lo cual hace que setrate de un sistema ms silencioso, con una transmisin de fuerza y de movimiento ms uniforme y segura.

Engranajes cnicos

Se utilizan para transmitir movimientoentre ejes perpendiculares, aunque tambinse fabrican formando ngulos diferentes a90 grados.Se trata de ruedas dentadas en forma detroncos de cono, con dientes tallados enuna de sus superficies laterales. Dichosdientes pueden ser rectos o curvos(hipoides), siendo estos ltimos muyutilizados en sistemas de transmisin paraautomviles.

Ruedas dentadas

Parmetros y caractersticas de losengranajes con dientes rectos

Obviamente para que en un sitema de engranajes se endenten o se engranen unos con otros, el tamao de los dientes deber ser el mismopara todas las ruedas.

Al nmero de dientes de una rueda se le denominar con la letra "Z". Se denominar paso "p" a la distancia entre dos dientes consecutivos.

La circunferencia primitiva o dimetro primitivo "dp", sobre e que sesupone que las ruedas realizan la transmisin, est relacionado con otro parmetro importante denominado mdulo "m", que es la relacin entre el dimetro primitivo y el nmero de dientes. Tanto el mdulo como el paso se expresarn en unidades de longitud (mm).

M = dp / Z p = p * m

El valor del mdulo suele ser un nmero entreo o fraccin sencilla.

Por su parte, la altura total del diente "h" se divide generalmente en dos partes:

* La altura de la cabez del diente "hc" que normalmente toma como valor : hc = m * La altura de fondo o pie del diente que normalmente toma como valor: hf = 1,25 * m

Conocido el dimetro primitivo y la altura total del diente "h", se puede determinar el dimetro exterior "de" y el dimetro de fondo "df":

h = hc + hf = 2,25 * m de = dp + 2 * hc = dp + 2 * m df = dp 2 * hf = dp 2,5 * m

Finalmente, queda por mencionar lalongitud del diente "B", que suele tenertambin un valor normalizado de B = 10*m

Todos los valores anteriotes se puedenobservar grficamente en la figura.

Transmisin simple

Cuando el movimiento se transmitedirectamente entre dos ejes se trata deun sistema detransmisinsimple.

M = dp1 / Z1 m = dp2 / Z2

igualando ambas expresines:

dp1 / dp2 = Z1 / Z2

n1 * dp1 = n2 * dp2

n2 / n1 = dp1 / dp2 = Z1 / Z2

n1 * Z1 = n2 * Z2

Donde Z1 y Z2 es el nmero de dientes de la rueda conductora y conducida respectivamente y n1 y n2 la velocidad de giro en ambos ejes en r.p.m. Por su parte, la relacin de transmisin "i" del sistema as como la distancia "c" entre ejes, ser igual a:

i = velocidad de salida / velocidad de entrada = n2 / n1 = Z1 / Z2

c = (dp1 + dp2) / 2

Transmisin Compuesta

En este caso la transmisin se realizaentre ms de dos ejes simultneamente,para lo cual ser necesario que en cadauno de los ejes intermedios vayan montadasobligatoriamente dos ruedas dentadas (Z2 yz2). Una de ellas engrana con la ruedamotriz, que es la que proporciona elmovimiento, mientras que la otra conectacon el eje siguiente al que arrastra.

n1 * z1 = n2 * z2

n2 * Z2 = n3 * z3

i = i1,2 * i2,3 = (z1 / Z2) * (z2 / z3) =(n2 / n1) * (n3 / n2)

i = n3 / n1 = (z1 / Z2) * (z2 / z3)

MECANISMO DE HUSILLO Y TUERCA

Tipos de Rosca.

Pasos de Rosca.

El mecanismo de husillo y tuerca est constituido por un tornillo (husillo) y una tuerca. Su suncionamiento es tal que si se mantine fija la tuerca, el movimiento giratorio del tornillo produce su desplazamiento longitudinalmente y veceversa.

Mediante este sistema se consigue convertir elmovimiento circular del tornillo en movimientorectilineo de la tuerca.

En este caso el movimiento circular no tiene porqu estar proporcionado por un elemento motor,sino que se puede producir manualmente medianteuna manivela como sucede en el tornillo debanco.

El husillo, al igual que cualquier otrotornillo, se caracteriza por el nmero deentradas (e) y por el paso de la rosca (p). As,por ejemplo, un tornillo de 2 mm de paso y unaentrada, al girar una vuelta completa sobre unatuerca produce un avance de sta de 2mm. Sinembargo, en un tornillo con el mismo paso y dosentradas, avanza la tuerca en el mismo tiempo 4mm.

El avance sera: A = p * e

La velocidad de avance ser: Va = A * n = p * e * n ; donde (n) es lavelocidad circular de giro.

El tiempo que tarda la tuerca en recorrer ladistancia (l) ser: Va = l / t donde t = l / Va

Tipos de Rosca.

Existen diferentes tipos de roca en funcin dela forma del perfil del filete, del nmero defiletes que tenga, del paso de la propia rosca,y del sentido de giro de avance del tornillo.

Generalmente el perfil de una rosca suele serde forma triangular, si bien tambin existenroscar de perfil cuadrado, trapecial, y endiente de sierra o redondo.

En cuanto al sentido de giro de la rosca,normalmente el avance se produce girando la

rosca a la derecha, mientras que el retorno se produce girando la rosca a la izquierda. Tambien existen tornillos y tuercas que

funcionan en sentido inverso.

Pasos de Rosca.

Una rosca puede estar constiuida por uno o msfiletes, enrollados paralelamente alrededor delncleo del tornillo.

Al nmero de filetes de una rosca se le donominanmero de entradas (e).

Se denomina paso (p) a la distancia entre dosfiletes consecutivos.

Para la construccin de roscas interiores(tuercas) se utilizan los machos de roscar, queson unos tornillos de acero muy duro (templado)provistos de unas ranuras longitudinales quepermiten desalojar la viruta que se genera en eltallado de la rosca. Para la fabricacin deroscas exteriores (tornillos) se utilizan las terrajas de roscar que estn formadas por unatuerca de acero templado provistas de unasranuras o paletas longitudinales que permiten desalojar la viruta quese genera en el tallado de la rosca.

POTENCIA MECNICA. MOMENTO DE GIRO.

Para facilitar lacomprensin de estos dosconceptos se tomar comoreferencia un torno como elde la figura, accionado poruna manivela, mediante elcual se pretende elevar unacarga de un determinadopeso.

Se define momento de giro(par) del torno (M) al

producto del radio del trono (r) por la fuerza ejercida debido al peso de la carga (F); es decir M = F * r ; donde la Fuerza viene expresada en Newton y el radio en metros.

Para que el sistema est en equilibrio y se pueda elevar la carga, ser necesario que el momento de giro producido por dicha carga sea igual al momento de giro originado por la manivela:

M = F * r = Q * d

Por su parte, se define potencia mecnica (P) del torno al producto del par (M) por la velocidad angular (w):

P = M * w = F * r * w

donde la potencia mecnica (P) viene expresada en Vatios (W), cuando el par est expresado en Newton por metro (N*m) y la velocidad en radianes por segundo (rad / seg).

En este caso, el torno ser el elemento encargado de trnaformar el movimiento circular (w) en lineal (v) de la carga siendo:

w = v / r ---- v = w * r ---- P = F * v

Se puede decir que la potencia mecnica tambin es igual al producto de la Fuerza ejercida, debido al peso de la carga, por la velocidad lineal de subida de sta expresada en metros por segundo.

La velocidad lineal con la que sube o baja la carga ser: v = l / t

SISTEMA DE TORNILLO SINFN Y RUEDA DENTADA

Con este mecanismo, adems de poder transmitir fuerza y movimiento entre dos ejes perpendiculares entre s, se puden conseguir relaciones de transmisin altas.

Se trata de un sistema irreversible, en el cualnicamente es posibletransmitir potencia del eje delsinfn (1) al eje de la rueda(2), pero no en sentidocontrario.

Segn se puede ver en lafigura, y suponiendo que eltornillo es de una solaentrada, cada vez que ste dauna vuelta completa, slo un

diente de la rueda dentada pasa por el punto "x". Dicho de otro modo,para que la rueda dentada d una vuelta el tornillo deber dar tantasvueltas como dientes tenga la rueda. La velocidad de giro de ambos ejes v a depender tanto del nmero de dientes de la rueda (Z2) como del nmero de entradas (e1) del tornillo sinfn:

n1 * e1 = n2 * z2

En cuanto a la trnasminsin "i" del sistema, ser :

i = n2 / n1 = e1 / z2

En este caso "i" siempre sermenor que la unidad y elsistema actuar solamente comoreductor de velocidad.

El hecho de que con este tipode sistemas se consiganrelaciones de transmisinaltas, sobre todo si secomparan con los sitemasanteriores, hace que seutilice en aplicaciones muy diversas tales como contadores elctricos, cuantarrevoluciones, carros de mquinas herramientas, juguetes, cremalleras de direcciones para automviles, etc.

SISTEMA DE PIN Y CREMALLERA

Con este sistema se consigue transformar el movimiento circular que llega a la rueda dentada (pin) en rectilneo al engranar los disntes de citada rueda con los dientes de una barra prismtica (cremallera) que se desplaza longitudinalmente (movimiento rectilineo). Se trata de un sitema reversible en el que los dientes de la rueda dentada y de la cremallera deben tener el mismo paso con el fin de que el pin pueda deslizarse sobre la cremallera.

El avance (A) de la rueda o ,dicho de otra forma, losmilmetros que sta avanza cadavez que da una vuelta completaser igual a:

A = p * dp = p * z

donde:

dp representa el dimetro primitivo de la rueda en mm.

p representa el paso de los dientes de la rueda en mm.

z representa el nmero de dientes de la rueda.

La velocidad de avance (Va) de la cremallera expresada en mm/min. viene dada por:

Vz = A * n = p * z* n

donde n representa la velociadcircular de la rueda en r.p.m.

Teniendo en cuenta que el nmerode dientes por milmetro de lacremallera (N) es igual a :

N = z / A = 1 / p

p = 1 / N

La velocidad de avance puedeexpresarse de la forma:

Va = p * z * n = (z * n) / N

SISTEMA DE BIELA Y MANIVELA

Se trata de un mecanismo capaz de trnasformar el movimiento circular enmovimientoalternativo.Dichosistema est formado por unelemento giratoriodenominado manivela que vaconectado con una barrargida llamada biela, de talforma que al girar lamanivela la biela se veobligada a retroceder yavanzar, produciendo unmovimeito alternativo.

Es un sitema reversible mediante el cual girando la manivela se puedehacer desplazar la biela, y veceversa. Si la biela produce el movimiento de entrada (como en el caso de un "piston" en el motor de un automvil), la manivela se ve obligada a girar.

El recorrido de desplazamiento dela biela (carrera) depende de lalongitud de la manivela, de talforma que cada vez que sta da unavuelta completa la biela sedesplaza una distancia igual aldoble de la longitud de lamanivela; es decir:

l (carrera) = 2 * r

donde "l" es la longitud dedesplazamiento de la biela y "r"es la longitud de la manivela.

Entre sus numerosas aplicacionesdetacan sobre todo las utilizadasen el mundo del automvil.

SISTEMA DE EXCNTRICA

Se trata de un mecanismo no reversible mediante el cual es posible transformar el movimiento circular en alternativo, pero no inversamente.

En este caso, haciendo girar una pieza circular denominada excntricaalrededor de unpunto de giro nosituado en el centro de sta, seproduce un desplazamientoalternativo sobre cualquierelemento que se encuentre encontacto con ella.