U.d. 3 transmisión de movimiento y mecanismos
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TRANSMISIÓN DE MOVIEMIMIENTOS
Y MECANISMOS
U.D.3: Transmisión de movimiento y mecanismos
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U.D. 3
Francisco Gallardo Pineda
SUMARIO
U.D.3: Transmisión de movimiento y mecanismos
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Ruedas y conos de fricción
Engranajes
Poleas y correas
Cadenas
Palancas
Biela-manivela
Leva
Tornillo y tuerca
Árboles de transmisión
F.G.P.(11/12)
OBJETIVOS
U.D.3: Transmisión de movimiento y mecanismos
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Estudiar los mecanismos y sus movimientos
Conocer las magnitudes que intervienen en la transmisión de movimientos
Conocer los mecanismos más importantes utilizados en los vehículos
Calcular desarrollos y relaciones de transmisión con los distintos mecanismos
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INDICE
U.D.3: Transmisión de movimiento y mecanismos
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1. Transmisión de movimiento1. Velocidad de un mecanismo2. Revoluciones por minuto3. Fuerza4. Momento de inercia o par5. Potencia6. Rendimiento
2. Mecanismos1. Ruedas y conos de fricción2. Engranajes y ruedas dentadas3. Poleas y correas4. Cadenas5. Palancas6. Biela-manivela7. Leva8. Tornillos y tuerca9. Árboles ejes de transmisión
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1.-Transmisión de movimiento
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En cada conjunto mecánico del vehículo, como el motor, la caja de cambios, la suspensión, etc... se incorporan piezas y mecanismos acoplados y sincronizados entre sí que, entre todos, realizan la función para la que se diseñó
Los mecanismos permiten transformar y transmitir las fuerzas y los movimientos
necesarios para los que han sido diseñados
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1.-Transmisión de movimiento
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Los tipos de movimientos que pueden realizar los mecanismos quedan resumidos en:
Denominación Descripción Ejemplo
Lineal Su trayectoria se realiza en línea recta
Desplazamiento del émbolo y el vástago de un amortiguador
Lineal alternativo Su trayectoria es lineal en una dirección y su opuesta de forma alternativa
Movimiento del pistón de un motor
Rotativo, giratorio o angular
Su trayectoria es circular, es decir, todos los puntos son concéntricos al centro de rotación
Giro de las ruedas
Oscilante Movimiento de avance y retroceso describiendo un arco
Trayectoria que realiza un trapecio de suspensión
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1.-Transmisión de movimiento1.1.-Velocidad de un mecanismo
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Para calcular la velocidad en “un punto” de un mecanismo debemos definir el movimiento que realiza y utilizar las fórmulas adecuadas
Velocidad lineal (v): Cociente del espacio lineal recorrido (e) y el tiempo (t) necesario para recorrerlo
v = e / t (km/h ó m/s)
Velocidad angular (w): Es el cociente del espacio recorrido en rotación (θ) y el tiempo (t) empleado para recorrerlo
ω = θ / t (rad / min)
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1.-Transmisión de movimiento1.2.-Revoluciones por minuto
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Las revoluciones por minuto (rpm) es una unidad admitida para medir la velocidad
angular del giro de los motores. Las revoluciones por minuto se emplean para
medir las vueltas de los motores
Las unidades, en el sistema internacional son los radianes/segundo, aunque no se utilizan en los talleres de automoción donde trabajaremos con r.p.m.
1 r.p.m = 2 π rad/min
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Cálculo del número de vueltas a partir de la velocidad angular
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Calcula el número de vueltas que dará en 20 segundos una rueda que gira a 36 rpm
Partimos de la fórmula de la velocidad angular: ω = θ / t
Despejamos número de vueltas (θ):
θ = ω . t = 36 rpm . 20 s
Observamos que ω esta en minutos y t en segundos, con lo que tendremos que convertir el segundo
Sabemos que 1 min = 60 s, con lo que tendremos
θ = 36 rpm . 20 s . (1 min / 60 s) = 12 rpm
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1.-Transmisión de movimiento1.3.-Fuerza
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La fuerza es el producto de la masa de un cuerpo por su aceleración
F = m . a
La unidad de fuerza del sistema internacional es el newton (N)
1 N = 1 kg. m/s²
El N es una unidad pequeña, por eso se utiliza el decanewton (daN) o el kilopondio (kp)
1 daN = 10 N
1 kp = 1 kgf = 9,81 N
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1.-Transmisión de movimiento1.4.-Momento de inercia o par
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El momento de inercia o par (M) es el resultado de multiplicar la fuerza (F)
aplicada sobre un determinado brazo de palanca (l) dispuesto en un punto giratorio
M = F . L
La unidad de medida en el sistema internacional es el newton por metro (Nm)
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1.-Transmisión de movimiento1.4.-Momento de inercia o par
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El par aumenta con la fuerza y con la longitud del brazo de palanca. En automoción, el par es muy utilizado para:
Medir el apriete de tuercas y tornillos
Medir las rodaduras de conjuntos
Calcular la potencia de un motor
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1.-Transmisión de movimiento1.4.-Momento de inercia o par
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Para calular el par Cm de un motor, dado en daNm o kgfm, se emplea la siguiente fórmula:
Cm = 716,20 Wf / rpm
Wf= Potencia del freno expresada en caballos de vapor (CV)
rpm = revoluciones por minuto del motor
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1.-Transmisión de movimiento1.5.-Potencia
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La potencia es igual al trabajo realizado partido por el tiempo a lo largo del cual se
efectúa dicho trabajo
P = W . t
La potencia en el sistema internacional es el vatio(w) que equivales a 1J.1s
En automoción utilizamos el Caballo de Vapor(C.V.)
1 C.V. = 736 w
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1.-Transmisión de movimiento1.5.-Potencia
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Existen diferentes tipos de potencias:
Potencia mecánica(P) Lineal : P = F. v F= fuerza en newtonv = velocidad en m/s
Rotación: P = M. ω M=momento del par en N.mω = velocidad angular en rad/s
Potencia Hidráulica P = Q . p Q= caudal de fluido en m²/sp= presión en N/m² (Pascales)
Potencia eléctrica P = V . I V= Tensión en Voltios (V)I = Intensidad de corriente medida en Amperios (A)
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Cálculo de potencias
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Calcula la potencia desarrollada por un motor a 2000 rpm, sabiendo que el par correspondiente es de 122 Nm• Comenzamos pasando el Nm a daNm para poder utilizar el sistema internacional, para ello
Si 10 Nm = 1 daNm; entonces 122 Nm = 12,2 daNm• Para calcular la potencia despejamos Wf de la fórmula del par: Cm = 716,20 Wf/rpm
Wf = (Cm . rpm) / 716,20• Sustituyendo datos:Wf = (12,2 daNm . 2000 rpm) / 716,20 = 34,07 C.V.
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1.-Transmisión de movimiento1.5.-Rendimiento
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El rendimiento es el cociente entre la potencia de salida y la de entrada de un
mecanismo
η = Potencia de salida / Potencia de entrada
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2.-Mecanismos
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Los mecanismos más empleados en automoción son:
Ruedas y conos de fricción
Engranajes o ruedas dentadas
Poleas y correas
Cadenas
Palancas
Mecanismo biela-manivela
Levas
Tornillo y tuerca
Árboles o ejes de transmisión
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2.-Mecanismos2.1.-Ruedas y conos de fricción
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Las ruedas de fricción están formadas por dos o más discos o ruedas cuyas superficies están
en contacto y permiten transmitir el movimiento entre dos o más ejes por fricción
de una rueda contra la otra
2.-Mecanismos2.1.-Ruedas y conos de fricción
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La transmisión del giro con ruedas de fricción no es exacta. Los deslizamientos y resbalamientos entre las ruedas pueden falsear las relaciones de transmisión.
En el mecanismo por ruedas de fricción, los ejes giran con distinto sentido de giro, por lo que si se quiere conseguir que dos ejes giren en el mismo sentido será necesario interponer otra rueda entre estos.
2.-Mecanismos2.1.-Ruedas y conos de fricción
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El mecanismo por conos de fricción tiene los mismos principios de funcionamiento que el
mecanismo por ruedas de fricción, con la diferencia que en este caso los ejes de ambas
ruedas se cortan
2.-Mecanismos2.1.-Ruedas y conos de fricción
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La relación de transmisión de este mecanismo es la siguiente:
Rt = Ǿ2 / Ǿ1 = r2 / r1 = N1 / N2Siendo:Rt = Relación de transmisiónǾ2 = diámetro de la polea conducidaǾ1 = diámetro de la polea conductorar2 = radio de la polea conducidar1 = radio de la polea conductoraN1 = revoluciones por minuto de la polea conductoraN2 = revoluciones por minuto de la polea conducida
2.-Mecanismos2.2.-Engranajes o ruedas dentadas
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Las ruedas dentadas se montan en ejes que giran sobre casquillos o rodamientos. En la
transmisión se pueden emplear tantas parejas de ruedas dentadas como sean
necesarias
2.-Mecanismos2.2.-Engranajes o ruedas dentadas
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Las características son:
Permiten transmitir grandes esfuerzos
Las relaciones de transmisión son fijas y exactas (No existe perdidas por resbalamiento de una rueda sobre sobre otra, como en las ruedas de fricción)
La rueda o engranaje de menor número de dientes se conoce como piñón.
La rueda o engranaje de mayor número de dientes se conoce como corona.
2.-Mecanismos2.1.-Engranajes o ruedas dentadas
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La relación de transmisión de este mecanismo es:
Rt = Z2 / Z1 = N1 / N2
Rt= Relación de transmisión
Z2= Nº dientes del engranaje conducido
Z1= Nº de dientes del engranaje conductor
N1= r.p.m. del engranaje conductor
N2= r.p.m. del engranaje conducido
2.-Mecanismos2.2.-Engranajes o ruedas dentadas: Tipos
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Existen tres tipos de dentados en los engranajes: Dentado recto:
Los dientes se tallan paralelos al eje, de tal manera que la transmisión de fuerza se realiza de forma perpendicular al eje.
Dentando helicoidal:Están mecanizados de forma oblicua con respecto al eje. La
superficie de contacto entre dos piñones es superior a la del dentado con la misma anchura de piñón, con lo que el desgaste es menor. Su funcionamiento es más silencioso
Dentado de doble hélice:Los dientes van mecanizados en forma de flecha. Con ello
contrarrestamos los esfuerzos axiales que se producen en el dentado helicoidal. Ofrece gran superficie de apoyo entre los engranajes.
2.-Mecanismos2.2.-Engranajes o ruedas dentadas: Módulo una rueda dentada M
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El módulo de una rueda es la relación entre el diámetro primitivo de un engranaje partido por el
número de dientes
M = Dp / Z
Dp = Diámetro primitivo = Es el diámetro de que deben tener dos ruedas engranadas (sin dientes) para que por fricción tengan la misma relación original
M = MóduloZ = Número de dientes
El tamaño de los dientes y el módulo están normalizados
2.-Mecanismos2.2.-Engranajes o ruedas dentadas: Módulo una rueda dentada M
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Dos ruedas dentadas engranadas tienen el mismo módulo. El módulo se puede calcular conociendo el
diámetro exterior de la rueda dentada
M = De / (Z + 2)
M = Módulo
De = Diámetro exterior
Z = Número de dientes
2.-Mecanismos2.2.-Engranajes o ruedas dentadas: Características de los engranajes con dentado recto
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En el dentado recto se distinguen los siguientes parámetros: Circunferencia o diámetro primitivo (Dp)
Es el diámetro de la circunferencia sobre la que hacen contacto los dientes cuando engranan unos con otros
Dp : Z . M Circunferencia exterior (De)
Es el diámetro de la circunferencia que limita la parte exterior del engranajeDe = (Z + 2) . M
Circunferencia interior (Di)Es el diámetro de la circunferencia que limita el pie del diente
Di = De – 2h ; donde h = 13. M / 6 Paso circular (pc)
Es la distancia entre dos puntos iguales de dos dientes consecutivos, medida sobre la circunferencia primitiva.
pc = π . M ó pc = (π . Dp) / Z Altura o cabeza del diente (ha)
Es la distancia desde la circunferencia primitiva hasta la parte exterior del diente
2.-Mecanismos2.2.-Engranajes o ruedas dentadas: Características de los engranajes con dentado recto
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Altura del pie del diente (hf)Es la distancia desde la circunferencia primitiva hasta la parte inferior del diente.
Altura del diente (h) Es la suma entre la altura de la cabeza y el pie del diente
Espesor del diente (s)Es el grosor del diente medido sobre la circunferencia primitiva
Ancho del hueco del diente (s’)Es la longitud del hueco del diente medida sobre la circunferencia primitiva
Ancho del diente (b)Es el ancho del diente
2.-Mecanismos2.2.-Engranajes o ruedas dentadas: Características de los engranajes helicoidales
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Tienen los mismos parámetros que uno recto, con las siguientes diferencias:
Tienen paso circunferencial, paso normal y paso helicoidal
Tienen el módulo circunferencial y el módulo normal
2.-Mecanismos2.2.-Engranajes o ruedas dentadas: Tipos de engranajes
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Se clasifican en función de los ejes y su posición
Posición de los ejes Tipos de engranajes Ej. utilización
Paralelos Ejes exteriores con dentado recto y helicoidal
En el cambio de marchas
Que se cortan Engranajes cónicos con dentado recto u oblicuo o en forma de arco
En los diferenciales
Que se cruzan
Engranajes cónicos helicoidales
Accionamiento para distribución y encendido
Engranaje de dornillo sin fin o globloide
•Limpiaparabrisas•Dirección (tornillos sin fin)
Engranaje hipoide Grupos cónicos
En un mismo eje Ejes dentados y cubo dentado
Tren epicicloidal, motor de arranque y cambios automáticos
2.-Mecanismos2.2.-Engranajes o ruedas dentadas: Trenes de engranaje
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Un tren de engranaje esta formado por dos o más ruedas dentadas unidas entre sí. El tren de engranaje puede ser:
Tren de engranajes simple:
Esta compuesto por dos ruedas dentadas engranadas entre sí. En este mecanismo se invierten los sentidos de giro de ambos engranajes.
Tren de engranajes compuesto:
En los trenes de engranajes compuestos existen al menos tres árboles:
a) Primario o motriz
b) Intermedio
c) Resistente o secundario
2.-Mecanismos2.2.-Engranajes o ruedas dentadas: Trenes de engranaje: Relación de transmisión
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Tren de engranajes simple:La relación entre la primera y la última rueda nos dará la relación finalRt = Z2 / Z1 = rpm1 / rpm2 Z2 . rpm1 = Z1 . Rpm2
Rt = Relación de transmisiónZ2= Nº dientes rueda conducida; Z1= Nº dientes rueda conductoraRpm1 o N1 = r.p.m. rueda conductora; Rpm2 o N2 = r.p.m. rueda
conducida Tren de engranajes compuesto:
La relación de transmisión del tren de engranajes compuesto se consigue multiplicando las relaciones de transmisión de los distintos ejes
2.-Mecanismos2.3.- Poleas y Correas
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Las poleas y correas permiten transmisión de movimiento entre árboles paralelos alejados entre
sí. La transmisión de movimiento entre poleas se realiza por la
fuerza de rozamiento de la polea con la correa
2.-Mecanismos2.3.- Poleas y Correas: Características
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1. La velocidad angular en la zona de contacto de la polea y su correa es la misma en todas las poleas que se encuentran unidas con la correa
2. La velocidad de giro de los ejes (rpm) depende del diámetro de las poleas (menor diámetro, mayor velocidad)
3. Están fabricadas con lonas textiles o hilos metálicos y caucho que permiten el movimiento de las poleas con un mínimos deslizamiento de manera suave y silenciosa
4. Según la forma de la polea se emplea un tipo distinto de correa
2.-Mecanismos2.3.- Poleas y Correas: Tipos de correas
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El tipo de correa dependerá de la forma de la polea. Tenemos:
1. Redondas
2. Planas
3. Trapezoidales
4. Poly-V
5. Dentadas; que pueden ser: de dentados trapezoidales ó de dentados redondeados
Las dentadas son las únicas que transmiten el movimiento sin deslizamiento
2.-Mecanismos2.3.- Poleas y Correas: Montaje de mecanismos con poleas y correas
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La unión de las poleas con respecto a su eje se puede realizar de diversas maneras. La más común es a través de estriados o dentados, aunque también se utilizan pasadores o chaveteros, de tal manera que se imposibilita el giro de la polea con respecto a su eje.
El elemento indispensable en el mecanismo de poleas con correa es el tensor. El tensor dispone de un rodillo que apoya en la correa y la mantiene tensa evitando las oscilaciones. Los tensores pueden ser de ajuste automático o manual.
2.-Mecanismos2.3.- Poleas y Correas: Montaje de mecanismos con poleas y correas
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A la hora de realizar el montaje debemos seguir las siguientes recomendaciones:
No tensar en exceso la correa, ya que pueden sufrir los rodamientos de los ejes
No dejar la correa floja, ya que podría existir un resbalamiento excesivo de esta sobre las poleas (patinar)
Siempre que se sustituya la correa es aconsejable sustituir el tensor
Tras el tensado, comprobar la tensión de la correa por su tramo más largo.
2.-Mecanismos2.3.- Poleas y Correas: Cálculos con poleas
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Para realizar cálculos con poleas tenemos la siguiente ecuación:
Rt = Ø2/Ø1 = N1/N2 = r2/r1Rt = Relación de transmisión
Ø2 = diámetro de la polea conducida
Ø1 = diámetro de la polea conductora
r2 = radio de la polea conducida
r1 = radio de la polea conductora
N1 = r.p.m. de la polea conductora
N2 = r.p.m. de la polea conducida
2.-Mecanismos2.4.- Cadenas
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El mecanismo por cadena está formado por dos o más piñones o coronas, montados sobre ejes paralelos, unidos entre sí por una cadena con
eslabones. La transmisión de movimiento se realiza por el empuje generado entre los dientes de los
piñones y los eslabones de la cadena
2.-Mecanismos2.4.- Cadenas
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Este sistema nos permite realizar mayores esfuerzos que el mecanismo de poleas y cadenas aunque tiene como desventajas la necesidad de lubricación y limpieza y el aument0 del ruido.
Necesita un sistema de tensor que posibilite su ajuste automáticamente. Este dispositivo suele ser elástico para adsorber las variaciones de longitud que pueda sufrir la cadena
2.-Mecanismos2.4.- Cadenas: Relación de transmisión
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La relación de transmisión es la siguiente:
Rt = Z2/Z1 = Ø2/Ø1 = r2/r1 = N1/N2
R= relación de transmisión
Z2= número de dientes del piñón conducido
Z1= número de dientes del piñón conductor
Ø2= diámetro del piñón conducido
Ø1= diámetro del piñón conductor
r2= radio del piñón conducido
r1= radio del piñón conductor
N1= rpm del piñón conductor
N2= rpm del piñón conducido
2.-Mecanismos2.5.- Palancas
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El mecanismo de la palanca permite multiplicar o
dividir la fuerza de transmisión de movimiento gracias a un punto de apoyo
(pa) que hace posible su giro
2.-Mecanismos2.5.- Palancas
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En la palanca, la fuerza que se deseamos vencer se denomina resistencia y la fuerza motriz aplicada, potencia.
Por tanto los brazos de la palanca se denominan: brazo de resistencia y brazo de potencia
2.-Mecanismos2.5.- Palancas: Tipos de palancas
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Dependiendo de dónde se sitúe el punto de apoyo tendremos:
Palanca de primer género:
El punto de apoyo está situado entre los puntos de aplicación de la potencia y la resistencia. P.ej. Alicantes
Palanca de segundo genero:
La resistencia está situada ente el punto de apoyo y la potencia. P. ej, el brazo de suspensión de un vehículo
Palanca de tercer género:
La potencia se aplica entre el punto de apoyo y la
resistencia. P.ej, las pinzas.
2.-Mecanismos2.5.- Palancas: Ley de la palanca
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La fuerza o potencia aplicada por la longitud de esta hasta el punto
de apoyo es igual a la resistencia o fuerza que se desea vencer por la distancia de esta hasta el punto
de apoyo
F1 . d1 = F2 . d2
2.-Mecanismos2.6.- Biela-manivela
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El mecanismo biela-manivela se emplea en los motores para transformar el trabajo que
produce un movimiento lineal alternativo del pistón en
movimiento giratorio del cigüeñal
2.-Mecanismos2.7.- Leva
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Las levas permiten transformar un movimiento circular en
movimiento lineal alternativo
2.-Mecanismos2.7.- Leva
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Las levas son piezas ovales o excéntricas que giran sobre un árbol y cuyo movimiento varía la longitud del radio en la zona de contacto con el mecanismo de trabajo.
El desplazamiento máximo longitudinal del mecanismo será el resultado de restar el radio mínimo de la leva al máximo, lo que
dará como resultado el alzado de leva.
2.-Mecanismos2.8.- Tornillo y tuerca
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El mecanismo tornillo y tuerca basa su funcionamiento en el movimiento
longitudinal que se produce al girar un tornillo sobre una tuerca. Permite
transformar un movimiento de rotación en un movimiento rectilíneo
2.-Mecanismos2.8.- Árboles o ejes de transmisión
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Los árboles de transmisión se emplean para transmitir el movimiento entre dos ejes o conjuntos mecánicos. La
relación de transmisión de este mecanismo es 1/1
2.-Mecanismos2.8.- Árboles o ejes de transmisión
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Los árboles pueden ser:
• Rígidos: Se emplean para transmitir movimiento entre dos piezas fijas. El eje no permite articulaciones y se montan dentro de conjuntos mecánicos como cajas de cambio, puentes traseros rígidos, etc…
• Árboles articulados y extensibles: Se emplean para transmitir giros entre mecanismos que se pueden desplazar. Por ejemplo, el cambio y el puente trasero, donde el árbol de transmisión empleado permite alargarse y encogerse
2.-Mecanismos2.8.- Árboles o ejes de transmisión
F.G.P.(11/12)U.D.3: Transmisión de movimiento y mecanismos
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Los acoplamientos entre dos árboles y entre un árbol y los conjuntos mecánicos acoplados se realizan con juntas elásticas, juntas cardán y juntas homocinéticas