Mecanismos de Transformación de Movimiento

Éstos son los mecanismos en los que la naturaleza de los movimientos de entrada y de salida es diferente. Los dos movimientos entre los que se puede producir la transformación son:

• giro de velocidad de rotación n (r.p.m.)

• movimiento rectilíneo cuya velocidad lineal es v (m/s)

Algunos de los mecanismos que se ven a continuación son reversibles, es decir el movimiento de entrada puede ser tanto la rotación como el desplazamiento.

PIÑÓN Y CREMALLERA

El piñón es una rueda dentada corriente, y la cremallera es una pieza recta en cuya superficie se han tallado unos dientes. Al girar el piñón, la cremallera se desplaza a un lado o a otro y viceversa, es decir, éste es un mecanismo reversible.

Este mecanismo es universalmente utilizado para controlar la dirección de los automóviles: el volante está unido al piñón y la cremallera provoca la inclinación de las ruedas hacia los lados. También se puede encontrar en los ferrocarriles de montaña o en las taladradoras de columna.
La relación entre las velocidades de giro del piñón y la cremallera vienen ligadas por el paso de los dientes, ya que en 1 vuelta del piñón se recorre una distancia p · Z (paso por número de dientes del piñón).

HUSILLO Y TUERCA Ya vimos el tornillo como máquina simple. En la técnica mecánica, el término husillo significa tornillo cilíndrico con capacidad de girar, y ésta es la utilización más corriente, acoplándole una tuerca a la que se impide girar pero se le permite desplazarse.

Cada vuelta del tornillo provoca que la tuerca avance un diente,es decir, la distancia del paso de la rosca. Por lo tanto, la relación entre la velocidad de giro y la de avance se obtiene con una sencilla regla de tres.

BIELA-MANIVELA

Con este mecanismo se transforma un giro en un movimiento lineal de vaivén. Consta de una pieza giratoria en forma de U llamada cigüeñal, una segunda llamada pistón que se desplaza linealmente por un camino fijo, y uniendo ambas una tercera pieza llamada biela, que adapta el giro del cigüeñal con el movimiento rectilíneo del pistón.

En este caso, la relación de velocidades de giro y de desplazamiento es complicada, debido a la geometría del mecanismo.

La altura del émbolo respecto al eje de giro del cigüeñal viene dado por: h = b · cos β + r · sen α las distancias b y r dependen de las biela y el cigüeñal, respectivamente, y la relación del ángulo β en relación al ángulo α se obtiene por geometría: x = b · sen β x = r · sen α sen β = r/b · sen α

Es decir, la distancia h depende únicamente del ángulo α, razón por la que siempre se habla de ángulo de giro del cigüeñal en lugar de altura del émbolo. Desde estas expresiones se obtiene la relación de velocidades, pero se escapa de los objetivos de este curso.

El de émbolo-biela-manivela es otro mecanismo reversible, y el movimiento motriz puede ser tanto el giratorio (por ejemplo, en los compresores de aire) como el de vaivén (como en las locomotoras de vapor). Cuando la velocidad de giro debe ser muy rápida, el cigüeñal tiene unos contrapesos que equilibran las fuerzas centrífugas que aparecen.

LEVA Y SEGUIDOR

Una leva es un disco giratorio con un contorno definido sobre el cual se apoya un elemento llamado seguidor que se mueve siguiendo la forma de la leva. Los sistemas leva-seguidor se clasifican dependiendo del movimiento del seguidor, y tenemos seguidores de traslación y de oscilación.

Existen otros tipos de levas, círculos excéntricos respecto al eje de giro, levas con forma de campana, etc. y en todas, el diseño y análisis de su forma se realiza mediante gráficos para determinar en cada ángulo el alzado de la leva (distancia que se eleva el seguidor):