SISTEMAS MECÁNICOS 3 ÍNDICE OBJETIVO GENERAL....................................................................................................... 4 INTRODUCCIÓN............................................................................................................... 4 1 SISTEMAS DE TRANSMISIÓN DE MOVIMIENTO Y POTENCIA .................................. 5 1.1 POLEAS Y POLIPASTOS ...................................................................................... 12 1.2 PALANCAS............................................................................................................ 24 1.3 TORNILLOS........................................................................................................... 34 1.4 BROCAS................................................................................................................ 37 1.5 MACHUELOS......................................................................................................... 40 1.6 TORQUE................................................................................................................ 42 2 SISTEMA DE UNIDADES............................................................................................. 45 BIBLIOGRAFÍA................................................................................................................ 50
SISTEMAS MECÁNICOS 4 OBJETIVO GENERAL Se desarrolla un plan de entrenamiento centrado en las necesidades de la empresa con el propósito de desarrollar habilidades y conocimientos para poder mantener los montacargas en óptimas condiciones, minimizando la generación de tiempos muertos en el proceso productivo. Dirigido al personal determinado por la empresa que cumple funciones como técnico en mantenimiento de montacargas y esté interesado en adquirir, ampliar y/o perfeccionar sus competencias técnicas laborales acorde al puesto que desempeña en su centro de trabajo. INTRODUCCIÓN El ser humano siempre intenta realizar trabajos que sobrepasan su capacidad física o intelectual. Algunos ejemplos de esta actitud de superación pueden ser: mover rocas enormes, elevar coches para repararlos, transportar objetos o personas a grandes distancias, extraer sidra de la manzana, cortar árboles, resolver gran número de problemas en poco tiempo... Para solucionar estos grandes retos se inventaron las máquinas: una grúa o una excavadora son máquinas; pero también lo son una bicicleta, o los cohetes espaciales; sin olvidar tampoco al simple cuchillo, las imprescindibles pinzas de depilar, el adorado ordenador o las obligatorias escaleras. Todos ellos son máquinas y en común tienen, al menos, una cosa: son inventos humanos cuyo fin es reducir el esfuerzo necesario para realizar un trabajo. Prácticamente cualquier objeto puede llegar a convertirse en una máquina sin más que darle la utilidad adecuada. Por ejemplo, una cuesta natural no es, en principio, una máquina, pero se convierte en ella cuando el ser humano la usa para elevar objetos con un menor esfuerzo (es más fácil subir objetos por una cuesta que elevarlos a pulso); lo mismo sucede con un simple palo que nos encontramos tirado en el suelo, si lo usamos para mover algún objeto a modo de palanca ya lo hemos convertido en una máquina.
SISTEMAS MECÁNICOS 5 1 SISTEMAS DE TRANSMISIÓN DE MOVIMIENTO Y POTENCIA La transmisión de potencia es un sistema que permite conducir potencia de una fuente a otro mecanismo, incrementando, manteniendo o decreciendo la velocidad y el torque. Tipos de transmisiones: qué es cada uno, características y funciones Existen diferentes mecanismos que pueden funcionar como potencia de cualquier sistema que necesite movimiento, como lo son las bandas transportadoras. Cada uno de ellos tienen componentes engranados que son los encargados de llevar la energía a la máquina. Para que los sistemas funcionen como es lo esperado en las aplicaciones industriales, es importante que conozca los tipos de sistemas de transmisión de potencia mecánica para que elija el que más se adapta a sus necesidades. Los mecanismos de transmisión de movimiento permiten transferir energía mecánica de un objeto a otro sin cambiar la naturaleza del movimiento (rotacional a rotacional o traslacional a traslacional). Ej: En los engranajes, o ruedas de fricción, las ruedas del motor transmiten su movimiento rotacional a la rueda siguiente. Ambas ruedas están en rotación. La transmisión del movimiento puede ocurrir entre dos piezas mecánicas o con la ayuda de un aparato intermediario como una cadena o una correa.
SISTEMAS MECÁNICOS 6 Tipos de Mecanismos para la transmisión de movimientos Movimiento Entrada Movimiento Salida Mecanismo que podemos emplear Giratorio Giratorio Ruedas de fricción Transmisión por correa (Polea-correa) Transmisión por cadena (Cadena-piñón) Rueda dentada-Linterna Engranajes Sinfín-piñón Oscilante Leva-palanca Excéntrica-biela-palanca Lineal alternativo Cigüeñal-biela Excéntrica-biela-émbolo (biela-manivela) Leva-émbolo Lineal continuo Cremallera-piñón Tornillo-tuerca Torno-cuerda Oscilante Giratorio Excéntrica-biela-palanca Oscilante Lineal alternativo Sistema de palancas Lineal continuo Giratorio Cremallera-Piñón o Cadena-Piñón Aparejos de poleas Rueda Torno Lineal alternativo Giratorio alternativ o Cremallera-piñón Giratorio continuo Biela-manivela (excéntrica-biela; cigüeñal- biela) Lineal alternativo Sistema de palancas
SISTEMAS MECÁNICOS 7 Otros mecanismos Además de lo anterior, para la realización de proyectos mecánicos de Tecnología necesitaremos hacer uso de otros mecanismos que no se dedican a transformar movimientos, sino más bien a controlarlos o facilitarlos. Algunos de los más útiles son: El sistema mecánico de transmisión del movimiento se diferencia porque el sistema receptor y el sistema motriz se encuentran formados por el mismo tipo de movimiento. De esta manera, podemos encontrar mecanismos de transmisión lineal y transmisión circular. En cambio, en el sistema mecánico de transformación del movimiento posee en su sistema de salida y de entrada distintos movimientos, que pueden ser movimientos circulares en alternativos y movimientos circulares en rectilíneo. En este caso, el tipo de movimiento que tiene el elemento de entrada del mecanismo (elemento motriz) coincide con el tipo de movimiento que tiene el elemento de salida (elemento conducido). Mecanismo/operador Utilidad práctica Cable o cuerda Transmitir fuerzas entre dos puntos variando la dirección de estas Cuña Evita el movimiento de objetos rodantes. Multiplica la fuerza. Gatillo Permite liberar una energía fácilmente. Palanca Permite mover masas más fácilmente. Polea fija de cable Reduce el rozamiento en los cambios de dirección de una cuerda. Polipasto Permite mover masas más fácilmente. Rampa Guía el desplazamiento de objetos rodantes Tren de rodadura Facilita el desplazamiento de objetos sobre una superficie. Trinquete Evita que un eje gire en un sentido no deseado.
SISTEMAS MECÁNICOS 8 Movimientos En las máquinas se emplean 2 tipos básicos de movimientos, obteniéndose el resto mediante una combinación de ellos: • Movimiento giratorio, cuando el operador no sigue ninguna trayectoria (no se traslada), sino que gira sobre su eje. • Movimiento lineal, si el operador se traslada siguiendo la trayectoria de una línea recta (la denominación correcta sería rectilíneo). • Estos dos movimientos se pueden encontrar, a su vez, de dos formas: • Continuo, si el movimiento se realiza siempre en la misma dirección y sentido. • Alternativo, cuando el operador está dotado de un movimiento de vaivén, es decir, mantiene la dirección, pero va alternando el sentido. Movimiento giratorio Si analizamos la mayoría de las máquinas que el ser humano ha construido a lo largo de la historia: molinos de viento (empleados para moler cereales o elevar agua de los pozos), norias movidas por agua (usadas en molinos, batanes, martillos pilones...), motores eléctricos (empleados en electrodomésticos, juguetes, maquinas herramientas...), motores de combustión interna (usados en automóviles, motocicletas, barcos...); podremos ver que todas tienen en común el hecho de que transforman un determinado tipo de energía (eólica, hidráulica, eléctrica, química...) en energía de tipo mecánico que aparece en forma de movimiento giratorio continuo en un eje. Por otra parte, si nos fijamos en los antiguos tornos de arco, los actuales exprimidores de cítricos, el mecanismo del péndulo de un reloj o el eje del balancín de un parque infantil, podemos observar que los ejes sobre los que giran están dotados de un movimiento giratorio de vaivén; el eje gira alternativamente en los dos sentidos, es el denominado movimiento giratorio alternativo.
SISTEMAS MECÁNICOS 9 Movimiento giratorio y movimiento circular Cuando hablamos de movimiento giratorio nos estamos refiriendo siempre el movimiento del eje, mientras que cuando hablamos de movimiento circular solemos referirnos a cuerpos que giran solidarios con el eje describiendo sus extremos una circunferencia. En los ejemplos anteriores podemos observar que las aspas del molino y el péndulo del reloj son los que transmiten el movimiento giratorio a los ejes a los que están unidos. Pero los extremos de las aspas del molino describen una circunferencia, mientras que el péndulo del reloj traza un arco de circunferencia. Se dice entonces que las aspas llevan un movimiento circular y el péndulo uno oscilante (o pendular, o circular alternativo). Este movimiento circular (sea continuo o alternativo) aparece siempre que combinemos un eje de giro con una palanca. Se puede afirmar que el movimiento giratorio (rotativo o rotatorio) es el más corriente de los que pueden encontrarse en las máquinas y casi el único generado en los motores. Movimiento lineal Analizando el funcionamiento de una cinta transportadora (como las empleadas en aeropuertos o en las cajas de los supermercados) vemos que todo objeto que se coloque sobre ella adquiere un movimiento lineal en un sentido determinado, lo mismo sucede si nos colocamos en un peldaño de una escalera mecánica. Es el denominado movimiento lineal continuo. Este mismo tipo de movimiento lo encontramos también en las lijadoras de banda o las sierras de cinta. Si ahora nos paramos a estudiar el movimiento de la aguja de una máquina de coser podemos ver que esta sube y baja siguiendo también un movimiento lineal, pero a diferencia del anterior, este es de vaivén; lo mismo sucede con las perforadoras que se emplean para abrir las calles, las bombas de hinchar balones o el émbolo de las máquinas de vapor. A ese movimiento de vaivén que sigue un trazado rectilíneo se le denomina movimiento lineal alternativo.
SISTEMAS MECÁNICOS 10 Operadores para la transformación de movimientos La mayoría de los operadores mecánicos derivan de una máquina simple (o de una combinación de ellas), por lo que, aunque no sea una agrupación muy usual, se puede relacionar cada operador mecánico con la máquina simple de la que deriva. En la siguiente tabla aparecen relacionados, por orden alfabético, los operadores. OPERADOR mecánico MÁQUINA SIMPLE Palanca Plano inclinado Rueda Biela Cigüeñal * * Cremallera * * Cuña * Émbolo Excéntrica * * Husillo * * Leva * * Manivela * * Palanca * Plano inclinado * Polea * Rampa * Rodillo * Rueda * Rueda dentada * * * Sinfín * * Tirafondo * * Tornillo * * Tuerca *
SISTEMAS MECÁNICOS 11 Para comprender los sistemas mecánicos y distintos mecanismos que se desencadenan es necesario conocer que éstos están compuestos por al menos tres grandes elementos: Sistema receptor (o de salida) El sistema receptor, a veces llamado sistema de salida, recibe el cambio que ha sido producido por el bloque transmisor y, por lo tanto, recibe las fuerzas y el movimiento, llevando adelante el trabajo para el que fue diseñado e inventado el sistema mecánico que se está utilizando. Bloque transmisor Dentro de este bloque se encuentra el sistema necesario para poder interpretar al bloque motriz y así convertir el movimiento de entrada en un movimiento de salida. De cierta manera, este bloque es el encargado de transferir las fuerzas y el movimiento hasta el sistema de salida. Bloque motriz Este tipo de bloque o elemento es el encargado de poner en funcionamiento el sistema mecánico. Para esto se vale de cualquier fuente de energía, como puede ser el viento, una reacción química, el agua, algún dispositivo eléctrico e incluso el esfuerzo humano. Características de los sistemas mecánicos: Los sistemas mecánicos presentan ciertas características que los definen y los diferencian de otros sistemas. Estos son: • Los sistemas mecánicos se valen de distintos elementos para poder transferir o transmitir un movimiento.
SISTEMAS MECÁNICOS 12 • La mayor cantidad de los sistemas mecánicos son activados por motores de combustión interna. • Los sistemas mecánicos se caracterizan por ser elementos sólidos cuya función principal es realizar movimientos por acción o efecto de una o distintas fuerzas. • Para que el movimiento adquiera una intensidad y dirección es preciso cambiar la dirección y aumentar la intensidad de los sistemas mecánicos a través de diversos mecanismos. • Los sistemas mecánicos usualmente se encuentran ligados a los sistemas eléctricos y se valen de éstos para poder producir un movimiento. • El movimiento generado por los sistemas mecánicos suele ser lineal o circular. 1.1 POLEAS Y POLIPASTOS Polea simple Una polea simple es, básicamente, una polea que está unida a otro operador a través del propio eje. Siempre va acompañada, al menos, de un soporte y un eje. • El soporte es el que aguanta todo el conjunto y lo mantiene en una posición fija en el espacio. Forma parte del otro operador al que se quiere mantener unida la polea (pared, puerta del automóvil, carcasa del video...). • El eje cumple una doble función: eje de giro de la polea y sistema de fijación de la polea al soporte (suele ser un tirafondo, un tornillo o un remache). Además, para mejorar el funcionamiento del conjunto, se le puede añadir un casquillo de longitud ligeramente superior al grueso de la polea (para facilitar el giro de la polea) y varias arandelas (para mejorar la fijación y el giro). También es normal que la polea vaya dotada de un cojinete para reducir el rozamiento.
SISTEMAS MECÁNICOS 13 Polea de gancho La polea de gancho es una variación de la polea simple consistente en sustituir el soporte por una armadura a la que se le añade un gancho; el resto de los elementos básicos (eje, polea y demás accesorios) son similares a la anterior. El gancho es un elemento que facilita la conexión de la "polea de gancho" con otros operadores mediante una unión rápida y segura. En algunos casos se sustituye el gancho por un tornillo o un tirafondo. El aparejo de poleas (combinación de poleas de cable y cuerda) se emplea bajo la forma de polea fija, polea móvil o polipasto: La polea fija de cable se caracteriza porque su eje se mantiene en una posición fija en el espacio evitando su desplazamiento. Debido a que no tiene ganancia mecánica su única utilidad práctica se centra en: o Reducir el rozamiento del cable en los cambios de dirección (aumentando así su vida útil y reduciendo las pérdidas de energía por rozamiento) o Cambiar la dirección de aplicación de una fuerza. Se encuentra en mecanismos para el accionamiento de puertas automáticas, sistemas de elevación de cristales de automóviles, ascensores, tendales, poleas de elevación de cargas... y combinadas con poleas móviles formando polipastos. • La polea móvil de cable es aquella que va unida a la carga y se desplaza con ella. Debido a que es un mecanismo que tiene ganancia mecánica (para vencer una resistencia "R" es necesario aplicar solamente una potencia "P" ligeramente superior a la mitad de su valor "P>R/2") se emplea en el movimiento de cargas, aunque no de forma aislada, sino formando parte de polipastos. • El polipasto es una combinación de poleas fijas y móviles. Debido a que tiene ganancia mecánica su principal utilidad se centra en la elevación o movimiento de cargas. La podemos encontrar en grúas, ascensores, montacargas, tensores...
SISTEMAS MECÁNICOS 14 Polea de correa La polea de correa trabaja necesariamente como polea fija y, al menos, se une a otra por medio de una correa, que no es otra cosa que un anillo flexible cerrado que abraza ambas poleas. Este tipo de poleas tiene que evitar el deslizamiento de la correa sobre ellas, pues la transmisión de potencia que proporcionan depende directamente de ello. Esto obliga a que la forma de la garganta se adapte necesariamente a la de la sección de la correa empleada. Tren de poleas Se emplea cuando es necesario transmitir un movimiento giratorio entre dos ejes con una gran reducción o aumento de la velocidad de giro sin tener que recurrir a diámetros excesivamente grandes o pequeños. El elemento principal de este mecanismo es la polea doble, que consiste en dos poleas de diámetros diferentes unidas entre sí de manera que ambas giran solidarias. Solamente las poleas situadas sobre los ejes extremos (el conectado al motor y el conectado a la carga) giran solidarias con ellos. El sistema completo se construye con un soporte sobre el que se instalan varias poleas dobles con sus respectivos ejes y una correa por cada dos poleas. El sistema se monta en cadena de tal forma que en cada polea doble una hace de conducida de la anterior y otra de conductora de la siguiente. Según cual se elija
SISTEMAS MECÁNICOS 15 como conductora o como conducida tendremos un reductor o un amplificador de velocidad. Además de lo anterior, este mecanismo también necesita contar con un sistema que permita tensar las correas adecuadamente en caso de que la distancia entre ejes no vaya de acuerdo con la longitud de la correa; en este caso se suele recurrir a una polea tensora o a una loca. Este sistema técnico nos permite aumentar o disminuir mucho la velocidad de giro de un eje, cumpliendo todo lo apuntado para el multiplicador de velocidad por poleas. Si suponemos un sistema técnico formado por tres tramos (tres correas) en el que el eje motriz gira a la velocidad N1, por cada grupo montado se producirá una reducción de velocidad que estará en la misma proporción que los diámetros de las poleas dobles (Db /Da): N2=N1• (Db/Da) N3=N2• (Db/Da) N4=N3• (Db/Da)
SISTEMAS MECÁNICOS 16 Por tanto, en este caso tendremos que la velocidad del eje útil respecto a la del eje motriz será: N4=N1· (Db/Da) · (Db/Da) · (Db/Da) Luego: Polea fija de cable Esta polea se emplea para tres utilidades básicas: Transformar un movimiento lineal continuo en otro de igual tipo, pero de diferente dirección o sentido; reducir el rozamiento de las cuerdas en los cambios de dirección y obtener un movimiento giratorio a partir de uno lineal continuo. Las dos primeras son consecuencia una de la otra y la tercera es muy poco empleada. Modificar la dirección de un movimiento lineal Reducir el rozamiento de la cuerda en los cambios de dirección, si queremos que el movimiento de la resistencia (el objeto que queremos mover; "efecto") se realice en dirección o sentido diferente al de la potencia(fuerza que nosotros realizamos para mover el objeto; "causa") es necesario que la cuerda que une ambas fuerzas (potencia y resistencia) presente cambios de dirección en su Esos cambios de dirección solamente pueden conseguirse haciendo que el cable roce contra algún objeto que lo sujete; pero en esos puntos de roce se pueden producir fricciones muy elevadas que pueden llegar a deteriorar la cuerda y producir su rotura. Una forma de reducir este rozamiento consiste en colocar poleas fijas de cableen esos puntos. Por tanto, la polea fija de cable se emplea para reducir el rozamiento de la cuerda en los cambios de dirección y la encontramos bajo la forma de polea simple de cable en mecanismos para el accionamiento de puertas automáticas, sistemas de elevación de cristales de automóviles, ascensores, tendales, poleas de elevación de cargas... y bajo la forma de polea de gancho en los sistemas de elevación de cargas, bien aisladas o en combinación con poleas móviles formando polipastos.
SISTEMAS MECÁNICOS 17 Convertir movimiento lineal en giratorio Al halar de la cuerda del aparejo se produce el giro de la polea, lo que puede aprovecharse para conseguir que también gire el propio eje sin más que conectar polea y eje entre sí. Esta utilidad es muy poco empleada en la actualidad, pero podemos encontrar una variación de ella en los sistemas de arranque de los motores fueraborda. La polea fija de cable es una polea simple, o una de gancho, cuyo eje no se desplaza cuando tiramos de la cuerda que la rodea. Para su construcción necesitamos, como mínimo, un soporte, un eje, una polea de cable y una cuerda. La polea de cable puede ser fija o de gancho.
SISTEMAS MECÁNICOS 18 En estas poleas se distinguen los siguientes elementos tecnológicos básicos: Resistencia (R).Es el peso de la carga que queremos elevar o la fuerza que queremos vencer. Tensión (T). Es la fuerza de reacción que aparece en el eje de la polea para evitar que la cuerda lo arranque. Tiene el mismo valor que la suma vectorial de la potencia y la resistencia. Potencia (P). Es la fuerza que tenemos que realizar para vencer la resistencia. Esta fuerza coincide la que queremos vencer. Las poleas de cable soportan una fuerza de reacción (Tensión, T) que se compensa con la suma vectorial de las fuerzas de la Potencia (P) y la Resistencia (R). El funcionamiento de este sistema técnico se caracteriza por: • Potencia y resistencia tienen la misma intensidad (valor numérico), por lo que el mecanismo no tiene ganancia mecánica.
SISTEMAS MECÁNICOS 19 • La cuerda soporta un esfuerzo de tracción igual al de la carga (por lo que este mecanismo necesita emplear cuerdas el doble de resistentes que las empleadas para elevar la misma carga con una polea móvil). • La potencia se desplaza la misma distancia que la carga (pues está unida directamente a ella a través de la cuerda), pero en diferente dirección o sentido. • De lo anterior deducimos que la ventaja de emplear este mecanismo para elevar pesos solo viene de la posibilidad de que podemos ayudarnos de nuestro propio peso corporal ejerciendo la fuerza en dirección vertical hacia abajo, en vez de hacia arriba. Polea móvil Debido a que es un mecanismo que tiene ganancia mecánica (empleando pequeñas potencias se pueden vencer resistencias mayores), se emplea para reducir el esfuerzo necesario para la elevación o el movimiento de cargas. Se suele encontrar en máquinas como grúas, montacargas, ascensores. Normalmente se encuentra formando parte de mecanismos más complejos denominados polipastos. La polea móvil no es otra cosa que una polea de gancho conectada a una cuerda que tiene uno de sus extremos anclados a un punto fijo y el otro (extremo móvil) conectado a un mecanismo de tracción. Estas poleas disponen de un sistema armadura- eje que les permite permanecer unidas a la carga y arrastrarla en su movimiento (al tirar de la cuerda la polea se mueve arrastrando la carga).
SISTEMAS MECÁNICOS 20 Para su construcción en el aula taller se necesitan, como mínimo, los operadores siguientes: polea, eje, armadura, gancho y cuerda. Su constitución es similar a la polea fija de gancho, diferenciándose solamente en su forma de funcionamiento. La presentación comercial de estas poleas varía según la utilidad a la que vaya destinada. En algunas versiones se montan varias poleas sobre una misma armadura con la finalidad de aumentar El número de cuerdas y por tanto la ganancia mecánica del sistema. En otras se sustituye la armadura por una carcasa metálica que recoge a la polea en su interior, mejorando así la presentación estética y la seguridad en su manipulación. En ellas se distinguen los siguientes elementos tecnológicos básicos: • Resistencia (R). Es el peso de la carga que queremos elevar o la fuerza que queremos vencer. • Tensión (T). Es la fuerza de reacción que aparece en el punto fijo para evitar que la cuerda lo arranque. Tiene el mismo valor que la potencia. • Potencia (P). Es la fuerza que tenemos que realizar para vencer la resistencia. Esta fuerza es la única que nosotros tenemos que aplicar, pues la tensión es soportada por el punto de anclaje de la cuerda.
SISTEMAS MECÁNICOS 21 Podemos ver que la polea móvil está colgando de dos tramos de cuerda; además también vemos que la resistencia (R) tira hacia abajo, mientras que la potencia (P) y la tensión (T) lo hacen hacia arriba, por tanto, en este mecanismo la resistencia queda anulada o compensada con las fuerzas de la potencia y la tensión, cumpliéndose que su suma vectorial es nula. El funcionamiento de este sistema técnico se caracteriza por lo siguiente: •Podemos elevar un objeto pesado (resistencia, R) ejerciendo una fuerza (potencia) igual a la mitad del peso de la carga (P=R/2). La otra mitad del peso (tensión) la soporta el otro extremo de la cuerda, que permanece unido a un punto fijo (T=R/2). •La cuerda solamente soporta un esfuerzo de tracción equivalente a la mitad de la carga (T=R/2). Por eso con este mecanismo se pueden emplear cuerdas la mitad de resistentes que en el caso de emplear una polea fija •La carga y la polea solamente se desplazan la mitad del recorrido (L/2 metros) que realiza el extremo libre de la cuerda (L metros).
SISTEMAS MECÁNICOS 22 El inconveniente de este montaje es que para elevar la carga tenemos que hacer fuerza en sentido ascendente, lo que resulta especialmente incómodo y poco efectivo. Para solucionarlo se recurre a su empleo bajo la forma de polipasto (combinación de poleas fijas con móviles). Polipasto Se emplea en la elevación o movimiento de cargas siempre que queramos realizar un esfuerzo menor que el que tendríamos que hacer levantando a pulso el objeto. Es una combinación de poleas fijas y móviles recorridas por una sola cuerda que tiene uno de sus extremos anclado a un punto fijo. Los elementos técnicos del sistema son los siguientes: • La polea fija tiene por misión modificar la dirección de la fuerza (potencia) que ejercemos sobre la cuerda. El hecho de ejercer la potencia en sentido descendente facilita la elevación de cargas, pues podemos ayudarnos de nuestro propio peso. • La polea móvil tiene por misión proporcionar ganancia mecánica al sistema. Por regla general, cada polea móvil nos proporciona una ganancia igual a 2. • La cuerda (cable) transmite las fuerzas entre los diferentes elementos. Su resistencia a la tracción ha de estar en función del valor de la resistencia y de la ganancia mecánica del sistema, que a su vez depende del número de poleas móviles y de su combinación con las fijas. En este mecanismo la ganancia mecánica y el desplazamiento de la carga van en función inversa: cuanto mayor sea la ganancia conseguida menor será el desplazamiento. La ganancia de cada sistema depende de la combinación realizada con las poleas fijas y móviles, por ejemplo, podremos obtener ganancias 2, 3 ó 4 según empleemos una polea fija y una móvil, dos fijas y una móvil o una fija y dos móviles respectivamente.
SISTEMAS MECÁNICOS 23 Este sistema tiene el inconveniente de que la distancia a la que puede elevarse un objeto depende de la distancia entre poleas (normalmente entre las dos primeras poleas, la fija y la primera móvil). Para solucionarlo se recurre a mecanismos en los que varias poleas fijas y móviles acoplados respectivamente en ejes comunes, son recorridos por la misma cuerda.
SISTEMAS MECÁNICOS 24 1.2 PALANCAS Palanca La palanca es un operador compuesto de una barra rígida que oscila sobre un eje (fulcro). Según los puntos en los que se aplique la potencia (fuerza que provoca el movimiento) y las posiciones relativas de eje y barra, se pueden conseguir tres tipos diferentes de palancas a los que se denomina: de primero, segundo y tercer género (o grado). El esqueleto humano está formado por un conjunto de palancas cuyo punto de apoyo (fulcro) se encuentra en las articulaciones y la potencia en el punto de unión de los tendones con los huesos; es por tanto un operador presente en la naturaleza. De este operador derivan multitud de máquinas muy empleadas por el ser humano: cascanueces, alicates, tijeras, pata de cabra, carretilla, remo, pinzas... Desde el punto de vista técnico, la palanca es una barra rígida que oscila sobre un punto de apoyo (fulcro) debido a la acción de dos fuerzas contrapuestas (potencia y resistencia). En los proyectos de tecnología la palanca puede emplearse para dos finalidades: vencer fuerzas u obtener desplazamientos. Desde el punto de vista tecnológico, cuando empleamos la palanca para vencer fuerzas podemos considerar en ella 4 elementos importantes: • Potencia (P), fuerza que tenemos que aplicar. • Resistencia (R), fuerza que tenemos que vencer; es la que hace la palanca como consecuencia de haber aplicado nosotros la potencia. • Brazo de potencia (BP), distancia entre el punto en el que aplicamos la potencia y el punto de apoyo (fulcro). • Brazo de resistencia (BR), distancia entre el punto en el que aplicamos la resistencia y el (fulcro).
SISTEMAS MECÁNICOS 25 Pero cuando el problema técnico a solucionar solamente afecta a la amplitud del movimiento, sin tener en cuenta para nada la intensidad de las fuerzas, los elementos tecnológicos pasarían a ser: • Desplazamiento de la potencia (dP), es la distancia que se desplaza el punto de aplicación de la potencia cuando la palanca oscila. • Movimiento de la resistencia (dR), distancia que se desplaza el punto de aplicación de la resistencia al oscilar la palanca • Brazo de potencia (BP), distancia entre el punto de aplicación de la potencia y el fulcro. • Brazo de resistencia (BR), distancia entre el punto de aplicación de la resistencia y el fulcro. Según la combinación de los puntos de aplicación de potencia y resistencia y la posición del fulcro se pueden obtener tres tipos de palancas:
SISTEMAS MECÁNICOS 26 • Palanca de primer grado. Se obtiene cuando colocamos el fulcro entre la potencia y la resistencia. Como ejemplos clásicos podemos citar la pata de cabra, el balancín, los alicates o la balanza romana. • Palanca de segundo grado. Se obtiene cuando colocamos la resistencia entre la potencia y el fulcro. Según esto el brazo de resistencia siempre será menor que el de potencia, por lo que el esfuerzo (potencia) será menor que la carga (resistencia). Como ejemplos se puede citar el cascanueces, la carretilla o la perforadora de hojas de papel. • Palanca de tercer grado. Se obtiene cuando ejercemos la potencia entre el fulcro y la resistencia. Esto tras consigo que el brazo de resistencia siempre sea mayor que el de potencia, por lo que el esfuerzo siempre será mayor que la carga (caso contrario al caso de la palanca de segundo grado). Ejemplos típicos de este tipo de palanca son las pinzas de depilar, las paletas y la caña de pescar. A este tipo también pertenece el sistema motriz del esqueleto de los mamíferos. De todo lo anterior podemos deducir que la palanca puede emplearse con dos finalidades prácticas:
SISTEMAS MECÁNICOS 27 • Modificar la intensidad de una fuerza. En este caso podemos vencer grandes resistencias aplicando pequeñas potencias • Modificar la amplitud y el sentido de un movimiento. De esta forma podemos conseguir grandes desplazamientos de la resistencia con pequeños desplazamientos de la potencia Ambos aspectos están ligados, pues solamente se puede aumentar la intensidad de una fuerza con una palanca a base de reducir su recorrido, y al mismo tiempo, solamente podemos aumentar el recorrido de una palanca a base de reducir la fuerza que produce. Ley de la palanca Con los cuatro elementos tecnológicos de una palanca se elabora la denominada Ley de la palanca, que dice: La "potencia" por su brazo es igual a la "resistencia" por el suyo. Matemáticamente se puede poner: POTENCIA x BRAZO DE POTENCIA = RESISTENCIA x BRAZO DE RESISTENCIA P x BP = R x BR Esta expresión matemática representa una proporción inversa entre la "potencia" y su brazo por un lado y la "resistencia" y el suyo por el otro. Por tanto, para una "resistencia" dada, aumentos de la "potencia" obligan a disminuir su brazo, mientras que aumentos del brazo de potencia supondrán disminuciones de su intensidad. Por esta razón es lo mismo emplear una potencia de 8 N y un brazo de potencia de 0,25 m, que una "potencia" de 0,5 N y un brazo de potencia de 4 m,
SISTEMAS MECÁNICOS 28 pues su producto es equivalente. Algunas otras posibilidades las podemos ver en la tabla siguiente: P (Potencia en Newton) BP (Brazo de Potencia en metros) PxB P 8 0,25 2 2 1 2 1 2 2 0,5 4 2 Esta expresión matemática podemos sentirla de forma práctica si pensamos en estos ejemplos: • La fuerza necesaria para hacer girar una puerta (potencia) es menor cuanto más lejos de las bisagras (brazo de potencia) la aplicamos. • Es mas fácil cortar una alambre (potencia) con unos alicates de corte, cuanto más cerca del eje lo colocamos (brazo de resistencia) y cuanto más lejos de él aplicamos la fuerza (brazo de potencia). • Al emplear un cascanueces es más fácil romper la nuez (resistencia) cuanto más lejos (brazo de potencia) ejerzamos la fuerza (potencia). • Es más fácil aflojar los tornillos de las ruedas de un coche (potencia) cuanto más larga sea la llave empleada (brazo de potencia). Si en vez de considerar la intensidad de las fuerzas de la "potencia" y la "resistencia" consideramos su desplazamiento, esta ley la podemos enunciar de la forma siguiente: El desplazamiento de la "potencia" es a su brazo como el de la "resistencia" al suyo.
SISTEMAS MECÁNICOS 29 Expresión que matemáticamente toma la forma: La propuesta representa una proporción directa entre el desplazamiento de la potencia y su brazo, de tal forma que para aumentar (o disminuir) el desplazamiento de la potencia es necesario también aumentar (o disminuir) su brazo, y lo mismo sucedería con la resistencia. Estas expresiones permiten determinar los elementos tecnológicos de las palancas para solucionar los problemas técnicos planteados. Palanca de primer grado La palanca de primer grado permite situar la carga (R, resistencia) a un lado del fulcro y el esfuerzo (P, potencia) al otro, lo que puede resultar muy cómodo para determinadas aplicaciones (alicates, patas de cabra, balancines...). Esto nos permite conseguir que la potencia y la resistencia tengan movimientos contrarios cuya amplitud (desplazamiento de la potencia y de la resistencia) dependerá de las respectivas distancias al fulcro. Con estas posiciones relativas se pueden obtener tres posibles soluciones: 1.- Fulcro centrado, lo que implicaría que los brazos de potencia y resistencia fueran iguales (BP=BR) Este montaje hace que el esfuerzo y la carga sean iguales (P=R), como también lo serán los desplazamientos de la potencia y de la resistencia (DP=DR). Es una solución que solamente aporta comodidad, pero no ganancia mecánica.
SISTEMAS MECÁNICOS 30 2.- Fulcro cercano a la resistencia, con lo que el brazo de potencia sería mayor que el de resistencia (BP>BR) Esta solución hace que se necesite un menor esfuerzo (potencia) para compensar la resistencia (P<R), al mismo tiempo que se produce aun mayor desplazamiento de la potencia que de la resistencia (DP>DR). Este sistema aporta ganancia mecánica y es el empleado cuando necesitamos vencer grandes resistencias con pequeñas potencias. 3.- Fulcro cercano a la potencia, por lo que el brazo de potencia sería menor que el de la resistencia (BP<BR). Solución que hace que sea mayor el esfuerzo que la carga (P>R) y, recíprocamente, menor el desplazamiento de la potencia que el de la resistencia (DP<DR). Esta solución no aporta ganancia mecánica, por lo que solamente se emplea cuando queremos amplificar el movimiento de la potencia. La palanca de primer grado se emplea siempre que queramos invertir el sentido del movimiento. Además:
SISTEMAS MECÁNICOS 31 • Podemos mantener la amplitud del movimiento colocando los brazos de potencia y resistencia iguales. Al ser una disposición que no tiene ganancia mecánica, su utilidad se centra en los mecanismos de comparación o simplemente de inversión de movimiento. Esta disposición se emplea, por ejemplo, en balanzas, balancines de los parques infantiles... • Podemos reducir la amplitud del movimiento haciendo que el brazo de potencia sea mayor que el de resistencia. Este montaje es el único de las palancas de primer grado que tiene ganancia mecánica, por tanto es de gran utilidad cuando queremos vencer grandes resistencias con pequeñas potencias, a la vez que invertimos el sentido del movimiento. Se emplea, por ejemplo, para el movimiento de objetos pesados, balanzas romanas, alicates de corte, patas de cabra, timones de barco... • Podemos aumentar la amplitud del movimiento haciendo que el brazo de la resistencia sea mayor que el de la potencia.
SISTEMAS MECÁNICOS 32 Esta solución presenta la ventaja de que a pequeños desplazamientos de la potencia se producen grandes desplazamientos de la resistencia, por tanto su utilidad se centra en mecanismos que necesiten amplificar e invertir el movimiento. Se utiliza, por ejemplo, en barreras elevables, timones laterales, pinzas de cocina... Palanca de segundo grado La palanca de segundo grado permite situar la carga (R, resistencia) entre el fulcro y el esfuerzo (P, potencia). Con esto se consigue que el brazo de potencia siempre será mayor que el de resistencia (BP>BR) y, en consecuencia, el esfuerzo menor que la carga (P<R). Este tipo de palancas siempre tiene ganancia mecánica. Esta disposición hace que los movimientos de la potencia y de la resistencia se realicen siempre en el mismo sentido, pero la carga siempre se desplaza menos que la potencia (DR<DP), por tanto es un montaje que atenúa el movimiento de la potencia. Al ser un tipo de máquina cuya principal ventaja es su ganancia mecánica, su utilidad principal aparece siempre que queramos vencer grandes resistencias con pequeñas potencias. Se emplea en cascanueces, carretillas, cortaúñas, remos...
SISTEMAS MECÁNICOS 33 Palanca de tercer grado La palanca de tercer grado permite situar el esfuerzo (P, potencia) entre el fulcro (F) y la carga (R, resistencia). Con esto se consigue que el brazo de la resistencia siempre será mayor que el de la potencia (BR>BP) y, en consecuencia, el esfuerzo mayor que la carga (P>R). Este tipo de palancas nunca tiene ganancia mecánica. Esta disposición hace que los movimientos de la potencia y de la resistencia se realicen siempre en el mismo sentido, pero la carga siempre se desplaza más que la potencia (DR>DP). Es un montaje, por tanto, que amplifica el movimiento de la potencia, lo que constituye su principal ventaja. Al ser un tipo de máquina que no tiene ganancia mecánica, su utilidad práctica se centra únicamente en conseguir grandes desplazamientos de la resistencia con pequeños desplazamientos de la potencia. Se emplea en pinzas de depilar, cortaúñas, cañas de pescar.
SISTEMAS MECÁNICOS 34 Es curioso que está palanca sea la única presente en la naturaleza, pues forma parte del sistema mecánico de los vertebrados. 1.3 TORNILLOS El tornillo es una máquina simple que deriva directamente del plano inclinado y siempre trabaja asociado a un orificio roscado. Básicamente puede definirse como un plano inclinado enrollado sobre un cilindro, o lo que es más realista, un surco helicoidal tallado en la superficie de un cilindro (si está tallado sobre un cilindro afilado o un cono tendremos un tirafondo). En él se distinguen tres partes básicas: cabeza, cuello y rosca. Los tornillos están fabricados en muchos materiales y aleaciones; en los tornillos realizados en plástico su resistencia está relacionada con la del material empleado. Un tornillo de aluminio será más ligero que uno de acero (aleación de hierro y carbono), pero será menos resistente ya que el acero tiene mejor capacidad metalúrgica que el aluminio; una aleación de duraluminio mejorará las capacidades de resistencia del aluminio, pero disminuirá las de tenacidad, ya que, al endurecer el aluminio con silicio o metales como
SISTEMAS MECÁNICOS 35 cromo o titanio, se aumentará su dureza, pero también su coeficiente de fragilidad a partirse. Los metales más duros son menos tenaces ya que son cualidades antagónicas. La mayoría de las aleaciones especiales de aceros, bronces y aceros inoxidables contienen una proporción de metales variable para adecuar su uso a una aplicación determinada. Siempre hay que usar el tornillo adecuado para cada aplicación. Si se usa un tornillo con demasiada resistencia de tensión (dureza) que no está ajustado al valor de diseño, podría romperse, como se rompe un cristal, por ser demasiado duro. Esto es porque los tornillos de alta tensión tienen menor resistencia a la fatiga (tenacidad) que los tornillos con un valor de tensión más bajo. Un tornillo compuesto por una aleación más blanda se podría deformar, pero sin llegar a partirse, con lo cual quizá no podría desmontarse, pero seguiría cumpliendo su misión de unión. El estándar ISO se marca con dos números sobre la cabeza del tornillo, por ejemplo "8.8". El primer número indica la resistencia de tensión (la dureza del material); el segundo número significa la resistencia a punto cedente, es decir, la tenacidad del material. Si un tornillo está marcado como 8.8, tiene una dureza (resistencia de tensión) de 800 MPa (megapascales), y una tenacidad (resistencia de tensión) del 80 %. Una marca de 10.9 indica un valor de tensión de 1000 MPa con una resistencia a punto cedente de 900 MPa, 90 % de resistencia de tensión. Los tornillos pueden soportar hasta un mayor peso o tracción, pero rebasada su capacidad se rajarán, pudiendo quebrarse. Los tornillos fabricados con aleaciones más duras pueden soportar un mayor peso o tracción, pero tienen igualmente un límite y menor tenacidad que los tornillos fabricados en aleaciones más blandas. Si usa un tornillo que ha sido sobre-ajustado, sea cual sea su dureza, puede quebrarse con facilidad ya que su resistencia de tensión (tenacidad) es muy baja.
SISTEMAS MECÁNICOS 36 Los tornillos se definen por las siguientes características: Diámetro exterior de la caña: en el sistema métrico se expresa en mm y en el sistema inglés en fracciones de pulgada. Tipo de rosca: métrica, Whitworth, trapecial, redonda, en diente de sierra, eléctrica, etc. Las roscas pueden ser exteriores o machos (tornillos) o bien interiores o hembras (tuercas), debiendo ser sus magnitudes coherentes para que ambos elementos puedan enroscarse. Términos de rosca: Existen dos términos de rosca que determinan el uso del tornillo en función de la separación del filete o hilo, o la extensión del fondo: a mayor separación entre los filetes menor compresión y torque; a menor separación entre los filetes más aumenta el torque y la compresión. Los tornillos con mayor separación en sus filetes se denominan bajo el término de rosca "NC" (National Coarse), rosca gruesa, mientras que los que tienen menor separación se denominan bajo el término "NTF" (National Thread Fine) o "NF" (National Fine), rosca fina. Esto determina su función, ya que los tornillos de término "NC" son utilizados para anclajes superficiales, mientras que los de tipo "NTF" o "NF" son utilizados para sistemas de gases y fluidos debido a la presión que pueden ejercer. Paso de la rosca: distancia que hay entre dos crestas sucesivas. En el sistema métrico se expresa en mm y en el sistema inglés por el número de hilos que hay en una pulgada. Sentido de la hélice de la rosca: a derechas o a izquierdas. La mayoría de la tornillería tiene rosca a derechas, pero para aplicaciones especiales, como en ejes de máquinas, contratuercas, etc, tienen alguna vez rosca a izquierdas. Los tornillos de las ruedas de los vehículos industriales tienen roscas de diferente sentido en los tornillos de las ruedas de la derecha (a derechas) que en los de la izquierda (a izquierdas). Esto se debe a que de esta forma los tornillos tienden a apretarse cuando las ruedas giran en el sentido de la marcha. Asimismo, la combinación de roscas a derechas y a izquierdas es utilizada en tensores roscados. El tipo de rosca, métrica o Whitworth, aparte de ser debida al país de origen, tiene distintas características físicas: la rosca inglesa o
SISTEMAS MECÁNICOS 37 Whitworth tiene un paso más reducido, por lo cual la rosca métrica tiene una mayor tendencia a aflojarse sola por el movimiento de las piezas. Para evitar este problema se optó por diversas soluciones, como crear variantes de rosca métrica de paso más reducido o usar tuercas y arandelas especiales que impiden más eficazmente que las piezas en movimiento se aflojen solas. Material constituyente y resistencia mecánica que tienen: salvo excepciones, la mayor parte de tornillos son de acero en diferentes grados de aleación y con diferente resistencia mecánica con tipo de cabeza: en estrella o Phillips, Bristol, de pala y algunos otros especiales como torx. 1.4 BROCAS La broca es una herramienta metálica de corte que crea orificios circulares en diversos materiales cuando se coloca en una herramienta mecánica como taladro, berbiquí u otra máquina. Su función es formar un orificio o cavidad cilíndrica. Para elegir la broca adecuada al trabajo se debe considerar la velocidad a la que se debe extraer el material y la dureza del mismo. La broca se desgasta con el uso y pierde su filo, siendo necesario un refilado, para lo cual pueden emplearse máquinas afiladoras, utilizadas en la industria del mecanizado. También es posible afilar brocas a mano mediante pequeñas amoladoras, con muelas de grano fino. Tipos de broca Brocas helicoidales para: (de izquierda a derecha) madera, metal, pared/hormigón, de centrado
SISTEMAS MECÁNICOS 38 Brocas de centrar Dependiendo de su aplicación, las brocas tienen diferente geometría. Entre muchos tipos de brocas podemos citar: Brocas normales helicoidales: Generalmente se sujetan mediante portabrocas. Existen numerosas variedades que se diferencian en su material constitutivo y tipo de material a taladrar. Broca metal alta velocidad: Para perforar metales diversos, fabricadas en acero de larga duración; las medidas más usuales son: 1/16 5/64 3/32 7/64 1/8 9/64 5/32 11/64 3/16 13/64 7/32 15/32 1/4 5/16 y 3/8. Están hechas de titanio Brocas para perforar hormigón: Brocas para perforar hormigón y materiales pétreos normalmente fabricadas en acero al cromo con puntas de carburo de tungsteno algunas de valor más elevado tienen zancos reducidos para facilitar introducirlas en taladros más pequeños y para evitar los giros cuentan con el mismo zanco en forma de triángulo denominado «p3 antiderrapante» y acabados color cobalto; las medidas más comunes son: 3/16*6 1/4*4 1/4*6 1/4*12 5/16*4 5/16*6 5/16*12 3/8*5 3/8*6 3/8*12 1/2*6 1/2*12 Brocas para perforar piezas cerámicas y vidrio: Fabricadas en carburo de tungsteno para facilitar la perforación de piezas cerámicas y vidrio, y carentes de la hélice ya que solo es el diamante montado sobre el zanco; las medidas más comunes son: 1/8 3/16 1/4 5/16 3/8 1/2
SISTEMAS MECÁNICOS 39 Broca larga: Se utiliza para taladrar los interiores de piezas o equipos. Broca super larga: Empleada para taladrar los muros de viviendas a fin de introducir cables. Broca de centrar: Broca de diseño especial empleada para realizar los puntos de centrado de un eje para facilitar su torneado o rectificado. Broca para berbiquí: Usadas en carpintería de madera, por ser de muy bajas revoluciones. Las hay de diferentes diámetros. Broca de paleta: Usada principalmente para madera, para abrir muy rápidamente agujeros con berbiquí, taladro o barreno eléctrico. También se le ha conocido como broca de espada plana o de manita. Broca para excavación o Trépano: Utilizada para la perforación de pozos petrolíferos y sondeos. Brocas para máquinas de control numérico: Son brocas especiales de gran rendimiento y precisión que se emplean en máquinas de control numérico, que operan a altas velocidades de corte. Con el tiempo y el uso, las brocas empiezan a perder el filo poco a poco. La dificultad del afilado de las brocas viene marcada por las distintas angulaciones del filo sobre los diferentes materiales que se utilizan. Cada tipo de broca se afila de una forma distinta, ya que tienen diferentes angulaciones del filo. Se debe utilizar un esmeril que tiene una piedra de grano fino para afilar los tres tipos de broca. Afilar broca para metal Cómo afilar una broca para metal paso. Probamos la broca en un trozo de metal con un taladro, en nuestro caso no funciona y la broca para metal está haciendo un agujero por desgaste en la superficie.
SISTEMAS MECÁNICOS 40 Utilizar una broca sin filo puede estropearla haciendo que se pierda su resistencia. Observamos los ángulos de corte que tiene la broca antes de comenzar a afilarla para mantener la misma angulación. Afilamos la broca acercándola a la piedra de grano fina y dando pequeños acercamientos manteniendo el ángulo para recuperar la inclinación. Intercambiamos los lados con cuidado mientras afilamos para que queden simétricos y una vez que estén, terminamos de afilar la broca con su punta. Comprobamos que la broca ya está afilada. En el caso de que veamos que no trabaja bien repetimos el proceso. Debemos tener en cuenta que cuando más blando sea el material que taladramos necesitaremos más velocidad en el taladro y cuanto más duro el material menor velocidad. 1.5 MACHUELOS El machuelo es un tipo de broca. Son sistemas de fijación que permiten el tallaje de la rosca interna del tornillo para favorecer el agarre.1 Los machuelos normalmente son de acero y/o otros materiales de tipo metálico cuya función es generar una rosca interior para un tornillo de un material específico. Muchas veces, al colocar un tornillo en un material determinado como madera o metal, solo es necesario hacer un agujero con un taladro y colocar una tuerca en la parte posterior del tornillo. Este enfoque es incorrecto en algunos trabajos, porque con el el paso del tiempo (principalmente madera), los tornillos comienzan a moverse y dañan la madera. Para evitar la situación anterior, se utilizan machos de roscar. A través de estos machos podemos grabar la rosca interior del tornillo durante el proceso de taladrado. Mediante el uso del macho de roscar podemos asegurarnos de que el tornillo está correctamente fijado a la madera y no daña el material ni daña el tornillo.
SISTEMAS MECÁNICOS 41 Los machuelos se fabrican principalmente de tres tipos de materiales: Acero Carburo Polvos metalúrgicos Además de los diferentes materiales, se pueden utilizar varios recubrimientos de acuerdo con los requisitos de su aplicación. Tipos de machuelos Los machuelos para roscar son los más idóneos para poder usarse en los insertos de hilo de rosca. Cuando elegimos una herramienta para realizar el roscado debemos saber previamente qué tipo de roscado necesitamos y para qué • Machuelo con guía: Este tipo de machuelo se diseña para poder reparar las roscas que están dañadas sin tener que taladrar previamente. Este tipo de machuelo nos permite usar la rosca como guía para conseguir un agujero recto. Este es el machuelo que solemos usar para reparar roscas de bujía. • Machuelo estría espiral: Los machuelos que disponen una estría espiral para roscar son los más recomendados para roscar los agujeros ciegos más especialmente en materiales blandos como cobre, magnesio o aluminio. • Machuelo con punta espiral: Si necesitamos roscar máquinas de agujeros pasantes este es el machuelo específico, ya que permiten crear un espacio dentro de la entrada del machuelo para las virutas • Machuelo con estrías rectas: Es el machuelo más comúnmente usado, para realizar roscados manuales. Es importante tener en cuenta que, para realizarlos, debemos usar aceros que produzcan virutas cortas y/o aceros de fundición. Se usan principalmente en los agujeros pasantes y/o los ciegos
SISTEMAS MECÁNICOS 42 • Machuelos con entrada corregida: Este tipo de machuelo denominado de entrada corregida a diferencia del de estrías rectas, nos permiten sacar la viruta, según vamos avanzando en el taladrado, por lo que se puede usar para roscados automatizados. Sólo se debe usar para roscar materiales blandos • Machuelos con estrías helicoidales a izquierdas: El machuelo de estría helicoidal solo debe usarse en orificios pasantes puesto que empuja hacia delante la viruta que va generando. • Machuelo de rosca interrumpida: Es el machuelo que se usa para los materiales duros ya que no genera tanta resistencia ni fricción y muchas veces se usa con lubricantes que permiten reducir la tensión generada. Uso de un machuelo Primero, debemos usar una broca correspondiente al tamaño del tornillo para taladrar, luego debemos usar un grifo en la broca o un trinquete especial y girarlo en sentido horario, lo que permitirá la creación de una rosca correspondiente al tornillo. 1.6 TORQUE ¿QUÉ ES EL TORQUE? El torque es una fuerza que se aplica para que algo gire, así de simple. Por ejemplo, en una bicicleta, es la fuerza que necesitas hacer con tus piernas sobre el pedal para que gire el rotor, y por tanto, la rueda. En un auto esta fuerza es generada en el cigüeñal. El torque representa la capacidad de un auto para mover algo pesado. Un tractor puede no tener muchos Caballos de Fuerza e ir lento, sin embargo, tiene mucho torque, lo que le permite arrastrar cargas de varias toneladas. El torque suele medirse en libras-pie (lb-pie). El máximo torque, que viene indicado en tu auto, se alcanza a cierto número de revoluciones por minuto (RPM). Por ejemplo, 656 lb-pie @ 4,800 RPM, quiere decir que su máximo torque (656 lb-pie) solo se logra mientras el motor gire a 4,800 RPM. Antes o después de eso, el torque será menor.
SISTEMAS MECÁNICOS 43 El torque se considera una magnitud vectorial, siendo más precisos, lo podríamos definir como el momento de fuerza o momento dinámico. Es decir, es la medida de la fuerza que se aplica a una varilla y que sirve para hacer girar un objeto. Este momento de fuerza también se mide en newtons/metro. Por otra parte, el torque en el ensamble de una máquina, refiere a la fuerza de torsión aplicada a los tornillos que mantienen el ensamble de la integración, y para esto es necesario el uso de un torquímetro. Un torquímetro (también conocido como llave de torsión), es un elemento que se usa para medir la tensión en tuercas y tornillos en los cuales es importante una tensión específica. Están diseñados y ensamblados por un tipo de llave de tubo y un sistema interno que se encarga de iniciar la lectura de torque. Es importante resaltar que el torquímetro es muy utilizado en talleres e industrias. Esta herramienta es ideal para trabajos en los cuales se necesita una alta precisión y así ejercer el torque necesario en determinadas piezas como tornillos, tuercas etc. Principalmente se emplean equipos que manejan gases o líquidos a baja presión, aire acondicionado, estructuras grandes, tuberías, ensamble de electrodomésticos, equipos electrónicos y eléctricos, así como también motores de combustión interna e industria automotriz. Existen diferentes tipos de torquímetros con distintas características para realizar ajustes de piezas. A continuación, se presentan algunos de ellos. Multiplicador de torque: Es caracterizado por ser un dispositivo que aumenta la fuerza aplicada por una persona.
SISTEMAS MECÁNICOS 44 Torquímetro electrónico computorque: Tiene diferentes aplicaciones, sin embargo, su principal característica es su grado superior de precisión. Torquímetro de caratula: Mide el torque de manera análoga mediante una carátula como su nombre lo indica, favoreciendo una lectura rápida y precisa. Torquímetro de trueno: Para utilizar esta clase de herramienta, se debe graduar el torque que necesitas antes de realizar la operación. Torquímetros pre-ajustados: Es utilizado en líneas de producción que necesitan un torque determinado, ya que al estar pre-ajustados es más sencillo realizar tareas repetitivas. ¿Cómo utilizar un torquímetro? Utilizar un torquímetro es tan fácil como usar una llave manual. Agarra firmemente este instrumento desde el mango. Ten en cuenta cuál es la medida de torque que se debe adaptar a la pieza a trabajar. Por esto, es importante que busques en el manual de descripciones que deja el fabricante. Cuando ya lo hayas determinado, gradúa este instrumento con el fin que le brinde el valor exacto al tornillo o tuerca y de esta forma, el ajuste será el adecuado. También lo puedes utilizar como una llave para apretar una tuerca o tornillo y este te indicará cuándo has llegado al punto correcto. En el caso de algunos torquímetros, avisará una alarma u otra señal. No se recomienda hacer uso del torquímetro si los tornillos o tuercas se encuentran en mal estado. No debes golpearlo, tener cuidado en su uso siempre te garantizará precisión. Debes tener claro el tamaño del ensamble. Y tener en cuenta la frecuencia de uso que le darás a esta herramienta, pues si es para utilizarlo seguidamente, lo recomendable es la selección de uno duradero y muy resistente.
SISTEMAS MECÁNICOS 45 La unidad de medida de esfuerzo de torsión es el newton metro, su es símbolo N·m, y a veces newton-metro. En Colombia también se maneja la unidad de medida en pie libra fuerza que equivale a 1.35 Newton. 2 SISTEMA DE UNIDADES SISTEMA INTERNACIONAL (SI) Unidades de medida Sistema Métrico y Sistema Ingles Los dos principales sistemas de medición son el sistema métrico y el inglés (Imperial), y sus usos en cada país fueron determinados principalmente por su desarrollo histórico. El sistema métrico hoy es el sistema oficial en la mayoría de países que estuvieron acostumbrados al sistema imperial, pero el cambio de sistemas ha demostrado ser un proceso difícil y lento, ya que la gente tiene que readaptarse a una nueva manera de pensar. En la actualidad el sistema internacional va tomando más poder en diversos países y el uso del sistema ingles se ha visto reemplazado, pero para su practicidad se recomiendan algunas equivalencias entre ambos sistemas y sus fórmulas de conversión. ¿Qué es el sistema métrico o sistema internacional de unidades? El Sistema Internacional de Unidades (abreviado SI, del francés: Le Système International d’Unités), también denominado Sistema Internacional de Medidas, es el nombre que recibe el sistema de unidades que se usa en casi todos los países. Es el heredero del antiguo Sistema Métrico Decimal y es por ello por lo que también se lo conoce como «sistema métrico», especialmente en las personas de más edad y en pocas naciones donde aún no se ha implantado para uso cotidiano. Una de las características trascendentales, que constituye la gran ventaja del Sistema Internacional, es que sus unidades se basan en fenómenos físicos
SISTEMAS MECÁNICOS 46 fundamentales. Excepción única es la unidad de la magnitud masa, el kilogramo, definida como «la masa del prototipo internacional del kilogramo», un cilindro de platino e iridio almacenado en una caja fuerte de la Oficina Internacional de Pesos y Medidas. Las unidades del SI constituyen referencia internacional de las indicaciones de los instrumentos de medición, a las cuales están referidas mediante una concatenación interrumpida de calibraciones o comparaciones. Se instauró en 1960, a partir de la Conferencia General de Pesos y Medidas, durante la cual inicialmente se reconocieron seis unidades físicas básicas. En 1971 se añadió la séptima unidad básica: el mol. Esto permite lograr equivalencia de las medidas realizadas con instrumentos similares, utilizados y calibrados en lugares distantes y, por ende, asegurar -sin necesidad de duplicación de ensayos y mediciones- el cumplimiento de las características de los productos que son objeto de transacciones en el comercio internacional, su intercambiabilidad. Entre los años 2006 y 2009 el SI se unificó con la norma ISO 31 para instaurar el Sistema Internacional de Magnitudes (ISO/IEC 80000, con las siglas ISQ). ¿Qué es el sistema de medidas inglés? El sistema inglés de unidades o sistema imperial, es aún usado ampliamente en los Estados Unidos de América y, cada vez en menor medida, en algunos países con tradición británica. El Sistema Inglés de unidades son las unidades no-métricas que se utilizan actualmente en los Estados Unidos y en muchos territorios de habla inglesa (como en el Reino Unido), pero existen discrepancias entre los sistemas de Estados Unidos e Inglaterra. Este sistema se deriva de la evolución de las unidades locales a través de los siglos, y de los intentos de estandarización en Inglaterra. Las unidades mismas tienen sus orígenes en la antigua Roma. Sin embargo, con el correr de los años, este sistema fue reemplazado de manera paulatina por que abarca mucho más: el sistema internacional de unidades. A pesar de esto, dos factores esenciales fueron los que produjeron una fuerte resistencia al cambio de método: la inercia del sistema primigenio y el costo sumamente elevado de la migración.” Ejemplos de ello son los productos de madera, tornillería, cables conductores y perfiles metálicos. Algunos instrumentos como los medidores de presión para neumáticos automotrices y otros tipos de manómetros frecuentemente emplean escalas en el sistema inglés.
SISTEMAS MECÁNICOS 47 Unidades de medidas del sistema métrico El Sistema Internacional de Unidades consta de siete unidades básicas (fundamentales), que expresan magnitudes físicas. A partir de estas se determinan las demás (derivadas): LONGITUD Unidad Básica: metro Unidad: m TIEMPO Unidad Básica: segundo Unidad: s MASA Unidad Básica: kilogramo Unidad: kg INTENSIDAD DE CORRIENTE ELÉCTRICA Unidad Básica: amperio Unidad: A TEMPERATURA Unidad Básica: Kelvin Unidad:K CANTIDAD DE SUSTANCIA Unidad Básica: mol Unidad: mol INTENSIDAD LUMINOSA Unidad Básica: candela Unidad: cd Además, las unidades pueden llevar Prefijos del Sistema Internacional, que van de 1000 en 1000: múltiplos (ejemplo kilo indica mil; 1 km= 1000 m), submúltiplos (ejemplo mili indica milésima; 1 mA=0,001 A). Múltiplos (en mayúsculas): kilo(K), Mega(M), Giga(G), Tera(T), Peta(P) , Exa(E) , Zetta(Z), Yotta(Y).
SISTEMAS MECÁNICOS 48 Submúltiplos (en minúsculas): mili (m), micro (mu griega), nano(n), pico (p), femto (f), atto(a), zepto (z), yocto (y).
SISTEMAS MECÁNICOS 49 Equivalencia entre las unidades del sistema métrico internacional Puesto que el Sistema Internacional tiene solo siete magnitudes fundamentales todas las demás son magnitudes derivadas. Son varias decenas: superficie, volumen, densidad, carga eléctrica, trabajo, energía, velocidad, aceleración, etc. Todas ellas se miden a partir de las magnitudes fundamentales y su unidad de medida derivará de las que miden las magnitudes fundamentales. Así la velocidad es el cociente entre longitud y tiempo, de forma que se mide en metro por segundo (m/s) porque la longitud se mide en metros y el tiempo en segundos. La densidad mide en kilogramos por metro cúbico (kg/m3), ya que la masa, en el Sistema Internacional, se mide en kilogramos y el volumen en metros cúbicos. Algunas unidades más habituales han recibido nombre, como Newton, que mide la fuerza, Culombio, que mide la carga eléctrica, o voltio, que mide el potencial eléctrico. Aunque el Sistema Internacional tiene unidades para medir cualquier magnitud, y es preciso emplearlas en las comunicaciones científicas e internacionales, también existen otras unidades de empleo corriente en varios países. Así, el volumen, no suele medirse en España mediante metros cúbicos (m3), sino en litros, y la velocidad, en lugar de medirse en metros por segundo (m/s) se suele medir en kilómetros por hora (km/h). Para emplear números más manejables, la mayoría de las unidades de medida tienen múltiplos (si se trata de medidas que obtienen números muy grandes) o submúltiplos (si al medir se obtienen números muy pequeños). Todos los múltiplos y submúltiplos se obtienen de la misma forma, agregando un prefijo a la unidad, y el prefijo indica el valor del múltiplo o submúltiplo. La masa es una excepción. Como la unidad de masa, el kilogramo, ya tiene un prefijo, estos se añaden al gramo, que es un submúltiplo del kilogramo. Equivalencia entre las unidades de medidas del sistema métrico y el sistema inglés. LONGITUD • 1 milla = 1,609 m • 1 yarda = 0.915 m • 1 pie = 0.305 m • 1 pulgada = 0.0254 m MASA • 1 libra = 0.454 Kg
SISTEMAS MECÁNICOS 50 • 1 onza = 0.0283 Kg • 1 ton. Inglesa = 907 Kg SUPERFICIE • 1 pie^2 = 0.0929 m^2 • 1 pulg^2= 0.000645 m^2 • 1 yarda^2= 0.836 m^2 VOLUMEN Y CAPACIDAD • 1 yarda 3 = 0.765 m^3 • 1 pie^3 = 0.0283 m^3 • 1 pulg^3= 0.0000164 m^3 • 1 galón = 3.785 l • BIBLIOGRAFÍA https://es.wikipedia.org/wiki/Micr%C3%B3metro(instrumento). https://como-funciona.co/sistemasmecanicos/#:~:text=. Manual de mecánica automotriz sistemas de carga y arranque mecanicoautomotriz.org Enciclopedia Británica Online. Needham, Joseph (1974) (en inglés). Science and Civilization in China: Volume 4. Cambridge University Press. pp. 759. ISBN 9780521058032. The Book of Knowledge of Ingenious Mechanical Devices: Kitáb fí ma'rifat al-hiyal al-handasiyya. Springer. 1973. ISBN 9027703299. Buchanan, R. A. (1985). The Economist History Review. Springer. pp. 42-60. Paul, Lagassé (2000) (en inglés). The Columbia Encyclopedia (sexta edición). Springer. ISBN 9780787650155. Fecha Responsable: Revisión / Motivo de la revisión MAYO/2022 Ing. Víctor H. Rodríguez G. Creación MAYO/2023 Ing. Rodolfo Quiroz R. Revisión y ajustes