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Engranajes y otros

Ruedas de Fricción

Este mecanismo consiste en dos ruedas solidarias a un eje, que giran porque están en contacto y el rozamiento y giro de una arrastra a la otra.

Este mecanismo no puede transmitir grandes esfuerzos entre los ejes, dado que su movimiento se debe a la fricción, pero sse utilizan en el movimiento de las dinamos de las bicicletas, tocadiscos etc.

Ruedas de fricción
Coaster_J. Ruedas de fricción (CC BY-SA)

Como apreciamos en la siguiente figura, correspondiente a las ruedas de fricción como parte del mecanismo de una montaña rusa.

Como curiosidad:

La fricción actúa en las montañas rusas entre las llantas del carrito y el riel, determina su máxima aceleración, y lo que es más importante aún su mínima distancia de parada. De modo que la naturaleza de esa fricción puede ser realmente una cuestión de vida o muerte. Sin la fuerza de fricción la montaña rusa nunca pararía. 

Este sistema consta de 4 elementos importantes:

  • Eje conductor: normalmente está unido a un motor y es el que inicia el movimiento.
  • Rueda conductora: gira solidaria al eje conductor y transmite por fricción el movimiento a la rueda conducida.
  • Rueda conducida: recibe el giro de la rueda conductora por fricción.
  • Eje conducido: Gira con la rueda conducida y transmite el giro al elemento correspondiente.

    Los parámetros definidos para este sistema son:                             

  • D1 = diámetro de la rueda motriz o conductora.
  • N1 = velocidad de la rueda motriz o conductora.
  • D2= diámetro de la rueda conducida.
  • N2= velocidad de la rueda conducida.
  • El cálculo de la relación de transmisión se realizaría con la fórmula:

                                                                       D1 * N1 = D2* N           i=N1/N2

Poleas con correa

Es un mecanismo que transmite el giro entre ejes normalmente paralelos, separados una determinada distancia; que giran simultáneamente, transmitiendo el movimiento del eje motriz o motor al eje conducido. En dichos ejes irán montadas las correspondientes poleas, las cuales deben ser acanaladas dado que la fuerza se transmite por el efecto de rozamiento de la correa sobre la polea.

Sistema polea con correa
Pixabay. Agua energía hidroeléctrica (Dominio público)

Este esquema de un sistema hidroeléctrico de generación de energía, se utiliza un sistema de poleas con correa, la polea unida a la noria, que se mueve con la fuerza del agua es la polea motriz (D1) y la polea unida al motor que producirá la luz es la polea conducida (D2).

Definimos los parámetros:

D1  = diámetro de la rueda conductora.
D2 = diámetro de la rueda conducida.

N1 = velocidad de la rueda motriz o conductora.

N2 = velocidad de la rueda conducida.

El cálculo de la relación de transmisión se realizaría con la fórmula:

                                                                   D1 * N1 = D2* N2            i=N2/N1


Engranajes

Los engranajes o ruedas dentadas son los elementos mecánicos utilizados para transmitir movimientos de giro. Los encontramos en casi todas las máquina y fundamentalmente, son ruedas con dientes, en su perímetro, que engranan unas en otras; consiguiendo así que el movimiento de una ruedas obligue a girar a la otra.

Su característica principal es el número de dientes de cada rueda (representado por la letra Z), y como dato - para que dos ruedas engranen deben tener el mismo "paso", distancia de la cara anterior de un diente a la cara anterior del siguiente-. Otra característica es la velocidad de giro de la rueda (representada por la letra N); se mide en rpm que serían las vueltas que da en un minuto.

Al igual que el resto de mecanismos de transmisión de giro, hay una rueda motriz que inicia el movimiento, montada en el eje conductor y una rueda conducida que recibe el movimiento, montada en el eje conducido.

Engranajes
MikeRun. Engranajes rectos de 10 y 20 dientes (CC BY-SA)


Definimos los parámetros:

Z1  = nº de dientes de la rueda conductora.

 Z2 = nº de dientes de la rueda conducida.

N1 = velocidad de la rueda motriz o conductora.

N2 = velocidad de la rueda conducida.

El cálculo de la relación de transmisión se realizaría con la fórmula:

                                                                   Z1 * N1 = Z2* N2            i=N1/N2

Utilizando mecanismos, podemos modificar la velocidad de giro de las maquinas, bien aumentando su velocidad; o reduciendo su velocidad (conocida como reductora, muy utilizada en el taller de Tecnología). La reducción de velocidad se consigue montando en la salida el engranaje de mayor tamaño.

Piñones y cadenas

Este mecanismo permite transmitir un movimiento giratorio entre dos ejes paralelos, pudiendo modificar la velocidad pero no el sentido de giro.

Este sistema consta de una cadena sin fin (cerrada), la característica es que sus eslabones engranan con ruedas dentadas (piñones) que están unidas a los ejes de los mecanismos conductor y conducido. Siendo ésta su principal ventaja frente al sistema correa-polea, ya que al engranar evita el deslizamiento que se producía en sistema correa-polea. Los ejes tienen que mantenerse en posición fija uno respecto a otro, por lo que suelen sujetarse mediante soportes, armaduras u horquillas (motos y bicicletas).

Piñón con cadena
Andy Dingley. Transmisión por cadena de rodillos (Dominio público)

Este mecanismo se emplea en bicicletas, motos, motores de coches, puertas elevables etc

Los parámetros definidos son los mismos que en el sistema de poleas con correa y engranajes de los apartados anteriores.

El cálculo de la relación de transmisión se realizaría con la fórmula:

                                                                   D1 * N1 = D2* N2            i=N1/N2

                                                                   Z1 * N1 = Z2* N           i=N1/N2

Se podría calcular tanto por con diámetros como con dientes.

Tarea

Tarea individual
emtic (CC BY-SA)

  • Esta tarea consiste en resolver los siguientes problemas de cálculo de mecanismos de transmisión circular y recoger el resultado en el porfolio individual.
     

En un sistema de poleas con correa tenemos los siguientes datos:
Polea 1 → 20 mm de diámetro y 250 r.p.m.
Polea 2 → 180 mm de diámetro.

a) Calcula la velocidad de la polea 2.
b) Calcula la relación de transmisión.
c) Decide si es un sistema multiplicador o reductor de velocidad.

2º En un sistema de piñones con cadena, queremos que el eje del engranaje 2 tenga el triple de fuerza que el eje motor. Si el motor gira a 1500 r.p.m. Y su piñón tiene 15 dientes.
Calcula:

a) El número de dientes del engranaje 2.
b) Velocidad de giro del engranaje 2.
c) La relación de transmisión del sistema.
d) Decide si es un sistema multiplicador o reductor de velocidad.

3º Dados dos engranajes acoplados. Si el piñón motriz tiene 10 dientes y la corona conducida 25 dientes.

a) ¿Cuál es la relación de transmisión del sistema?
b) Si el piñón motriz gira a 1200 r.p.m., ¿a qué velocidad gira la corona conducida?
c) Decide si es un sistema multiplicador o reductor de velocidad.

¿Cómo funcionan los engranajes?

Pincha en la imagen para visualizar el video y comprender el funcionamiento de los diferentes tipos de engranajes:

emtic (CC BY-SA)


Continúa aprendiendo para ser un gran inventor!