Mecanismes i màquines

Website:	Cursos IOC - Batxillerat
Kurs:	Tecnologia industrial I (Bloc 2) ~ gener 2020
Buch:	Mecanismes i màquines

Gedruckt von:	Visiteur anonyme
Datum:	Dienstag, 28. Mai 2024, 04:05

Inhaltsverzeichnis

1. Mecanismes i màquines
2. Magnituds bàsiques
3. Sistemes de transmissió de moviment
4. Sistemes de transformació de moviment

1. Mecanismes i màquines

Des dels seus orígens, l'home ha intentat trobar solucions tècniques que satisfessin la seva necessitat de transmetre moviment des del lloc on aquest es generava fins als punts en què es necessitava aplicar, o de realitzar grans treballs desenvolupant petits esforços.

Així es van anar desenvolupant diverses tècniques i mecanismes que cada vegada eren més efectius. Fins i tot algun d'ells no han patit canvis significatius amb el pas del temps.

Molt parlem de mecanismes, i de màquines que ens ajuden a fer treballs, però:

Sabem què és un mecanisme?

És el mateix que una màquina?

Figura: Imatge en Mediateca . llicència CC

Un mecanisme és un conjunt d'elements connectats entre si per mitjà d'articulacions mòbils amb la missió: transformar una velocitat en una altra, una força en una altra, una energia en una altra forma d'energia o modificar una trajectòria.

Figura: Mecanisme

Es defineix una màquina com una combinació de mecanismes convenientment organitzats que s'alimenten amb un determinat tipus d'energia, la transformen en una altra i produeixen un efecte desitjat.

Figura: Màquina

Els grans filòsofs de l'antiguitat anomenaven a les màquines simples "les cinc grans".

Aquestes cinc grans màquines simples eren: la palanca, el pla inclinat, la cunya, el pern, la palanca i la roda.

Imatges en Wikimedia . llicència CC

El primer a sistematitzar-les i en exposar el seu funcionament va ser Arquímedes (287-212 aC). A ell es deu el coneixement de la politja composta, ell va ser qui va explicar la teoria de la palanca i qui va donar nom a la rosca sense fi empleat per elevar aigua d'una llera, procediment que encara avui es coneix com "rosca d'Arquímedes".

Funcionamiento del tornillo de Arquímedes

Imatge de Vladislav a Wikimedia . llicència CC

2. Magnituds bàsiques

En aquest punt farem un petit repàs de les magnituds que utilitzarem en aquesta unitat, així com de les expressions amb què les calcularem i de les seves magnituds.

Ens centrarem en els conceptes que necessitem, obviant definicions més genèriques. Així per exemple, el primer que anem a repassar és el concepte de velocitat angular, però no començarem recordant que velocitat és l'espai (lineal o angular) recorregut per unitat de temps.

Velocitat angular (ω)

La seva unitat de mesura en el Sistema Internacional és radiants/segon, rad/s.

En les aplicacions pràctiques (per exemple per determinar les velocitat del motor d'un cotxe) s'expressa en revolucions per minut, rpm, i en aquest cas s'utilitza la lletra n per identificar-la.

La relació entre ambdues és:

omega gleich Zähler n mal 2 mal pi geteilt durch Nenner 60 Bruchergebnis

$n gleich Zähler 60 mal omega geteilt durch Nenner 2 pi Bruchergebnis$

Velocitat tangencial (v)

Per calcular la velocitat angular d'un element que gira, per exemple, la velocitat d'un punt de la perifèria d'una roda o d'un eix, s'ha d'aplicar la fórmula:

v = ω · r

On la velocitat lineal, v, s'expressa en m/s, quan:

la velocitat angular s'expressa en rad/s

i el radi en m.

Força (F): Força és la causa que produeix moviment, modifica un moviment existent o deforma un sòlid.

L'expressió algebraica que ens determina el valor d'una força és:

F = m · a

La seva unitat en el SI és el newton, N
Encara que també s'empra com a unitat el quilopond, kp, que és la força amb què la terra atrau una massa d'1 kg
1kp = 9,8 N

Moment d'una força o parell d'una força (M)

El moment d'una força respecte a un punt és el producte de la força per la mínima distància entre el punt i la trajectòria de la força.

La seva expressió algebraica és:

M = F · d

La unitat en el SI és el Newton metre, Nm

Treball (W)

El treball realitzat per un cos és el producte de la força exercida per la distància recorreguda.

La seva expressió matemàtica és:

W = F · d

La seva unitat és el Joule, J, sent el seu equivalència (1 joule = 1 Newton · 1 metre)

Potència (P)

La potència és el treball realitzat a la unitat de temps.

La seva expressió és: $P gleich W geteilt durch t$

D'aquesta expressió es dedueix que: 1 watt = 1 joule/ 1 segon

En el SI la unitat de la potència és el watt, w, encara que en sistemes mecànics se sol emprar com a unitat el cavall de vapor, CV, que equival a 735 watts.

En general, les màquines presenten una potència pràcticament constant i emprarem les següents fórmules:

Si estem davant d'un moviment lineal: $P gleich F mal v$

Si es tracta d'un moviment rotatiu: $P gleich M mal omega$

3. Sistemes de transmissió de moviment

3.1. Transmissió per politges i corretges o cadenes.

3.2. Transmissió per rodes de fricció.

3.3. Transmissió per engranatges.

3.1. Transmissió per politges i corretges o cadenes.

Com vèiem al principi del tema, l'home sempre ha intentat trobar formes de transmetre moviments d'un lloc a un altre i, al mateix temps, transformar les seves característiques: obtenir moviments amb més o menys velocitat, o amb més o menys potència.

Una forma de transmissió de moviment és a través de sistemes de politges.

Figura: Imagen en Pixabay. CC0

Un sistema de transmissió per corretja és un conjunt de dos politges acoblades per mitjà d'una corretja per tal de transmetre forces i velocitats angulars entre arbres paral·lels que es troben a una certa distància.

La força es transmet per efecte del fregament que exerceix la corretja sobre la politja.

POLITGES

Les politges no són més que una roda (llanta) amb un forat en el seu centre per acoblar-la a un eix al voltant del qual giren. Per assegurar el contacte entre politja i corretja es talla en la politja una cadena o coll que "suporta" a la corretja.

Figura: Politges

En un sistema de transmissió de politges són necessàries dues d'elles:

una conductora, d'entrada o motora, que va solidària a un eix mogut per un motor.
una altra conduïda, de sortida o arrossegada, també acoblada a un eix i que és on trobarem la resistència que cal vèncer.

A la imatge veiem com es representa un sistema de transmissió de moviment per politges.

El moviment que es transmet a la roda conduïda té el mateix sentit que el moviment de la roda conductora, mentre que el seu mòdul, com veurem més endavant, depèn dels diàmetres de les politges.

Si ens interessa que el sentit de gir transmès s'inverteixi, haurem de creuar la corretja.

Sistema de transmisión por poleas con inversión del sentido de giro

Politja creuada .Imatge en Texample . llicència CC

TRANSMISSIÓ PER CORRETJA

Com hem vist, la força que transmeten les politges és deguda al fregament que exerceix la corretja sobre la politja, de manera que la corretja és un element decisiu en aquest sistema de transmissió de moviment.

Imatge de Borowski a Wikimedia . domini públic

La corretja en el seu funcionament està sotmesa a esforços. Però els seus dos trams no suporten els mateixos esforços; el tram que va de la roda motriu la conduïda es troba fluix, mentre que l'altre està totalment tens.

Solen estar fabricades de cautxú resistent al desgast i reforçades amb cordes per millorar el comportament a tracció.

Les corretges poden ser de diferents tipus:

Trapezoïdals: Són les més utilitzades, ja que s'adapten fermament al canal de la politja evitant el possible lliscament entre politja i corretja.
Rodones: S'utilitzen corretges rodones quan aquesta s'ha d'adaptar a corbes tancades quan es necessiten forces petites.
Planas: Cada vegada de menor utilització, s'empren per transmetre l'esforç de gir i el moviment dels motors a les màquines.
Dentades: Les corretges dentades, que a més són trapezoïdals, s'utilitzen quan és necessari assegurar l'adherència. En elles l'acoblament s'efectua sobre politges amb dents tallats que reprodueixen el perfil de la corretja. Aquest tipus és el més emprat en les transmissions dels motors dels automòbils.

El procés de transmissió del moviment amb corretja és un procés d'elevat rendiment (95-98%) i preu reduït.

Això fa que aquests mecanismes siguin molt emprats en diferents aparells: electrodomèstics (neveres, rentadores, rentavaixelles ...), electrònics (disqueteres, equips de vídeo i àudio, ...) i en alguns mecanismes dels motors tèrmics (ventilador, distribució , alternador, bomba d'aigua ...)

Imatge en Mediateca . llicència CC

Tornem a repetir que la finalitat d'aquests sistemes de transmissió és transmetre moviments d'un lloc a un altre però, sobretot, modificar les seves característiques: la seva velocitat i, com a conseqüència, la força que pot desenvolupar. A continuació veurem l'equació que ens determina com varia la velocitat en aquesta transmissió.

Equació fonamental de velocitats per a transmissions per corretja.

Ø ₁ · ₁ = Ø ₂ · n ₂

On: Ø ₁ és el diàmetre de la politja motriu i ₁ la seva velocitat de gir

i Ø ₂ i n ₂ són el diàmetre ia velocitat de la politja conduïda.

Equació de la relació de transmissió (i)

La relació de transmissió és la relació que existeix entre la velocitat de gir de l'arbre motor i la velocitat de l'arbre resistent.

i gleich n unterer Index 2 geteilt durch n unterer Index 1 gleich leere menge unterer Index 1 geteilt durch leere menge unterer Index 2

Quan es necessiten grans relacions de transmissió es recorre a muntar trens de politges, que són una successió de transmissions, és a dir, parells de politges enllaçades successivament.

Amb les transmissions de politges es poden aconseguir caixes de velocitats entre dos arbres paral·lels que muntin diversos parells de politges esglaonades. Cal mantenir constants la velocitat de gir de l'arbre motor i la longitud de la corretja.

Aquest és el cas dels trepants de taula, en què, amb politges de diferent diàmetre, es poden aconseguir velocitats de sortida diferents.

Figura: Sistema de corrioles múltiples

TRANSMISSIÓ PER CADENA

La transmissió per cadena és similar a la transmissió per corretja. S'efectua també entre arbres paral·lels, però en aquest cas, enfilant les dents d'un pinyó amb les baules d'una cadena; l'acoblament entre cadena i dents s'efectua sense lliscament i engranen un a un.

S'empra quan s'han de transmetre grans potències amb relacions de transmissió reduïdes.


Imatge de Bladeth a Wikimedia . domini públic	Imatge en Wikimedia . domini públic

Equació fonamental de velocitats i relació de transmissió per a transmissions per cadena.

La relació de transmissió és igual que en els sistemes per corretja, sent ara els diàmetres de les rodes unes circumferències imaginàries que passen pel centre dels passadors de les baules de la cadena.

Així, en lloc d'aplicar la fórmula respecte al diàmetre, es fa respecte al nombre de dents de les rodes. Trucant Z ₁ al nombre de dents de la roda motora i Z ₂ al de la conduïda, s'ha de complir:

n₁· Z ₁ = n ₂ · Z ₂

I la relació de transmissió (i) es defineix com:

i gleich n unterer Index 2 geteilt durch n unterer Index 1 gleich Z unterer Index 1 geteilt durch Z unterer Index 2

3.2. Transmissió per rodes de fricció.

La transmissió de moviment per rodes de fricció consisteix a fer relliscar dues rodes en contacte entre si en exercir una certa pressió la una sobre l'altra.

Dues rodes en contacte

Aquest tipus de transmissió es realitza sobre eixos paral·lels i, al contrari que en la transmissió per corretja o cadena, el sentit de gir de l'eix motriu serà contrari al de l'eix conduït.

Es fa servir quan es pretenen transmetre petites potències, ja que en estar en contacte una roda amb una altra es produeix una pèrdua de velocitat.

Com que funciona per fregament i pressió, les rodes pateixen un continu desgast, també poden ser interiors aquestes rodes.

S'utilitzen en el camp de l'electrònica i de la informàtica, equips de so, vídeo, impressores ...

Amb les rodes de fricció es compleixen les mateixes fórmules que per a les politges:

leere menge unterer Index 1 mal n unterer Index 1 gleich leere menge unterer Index 2 mal n unterer Index 2

i gleich n unterer Index 2 geteilt durch n unterer Index 1 gleich leere menge unterer Index 1 geteilt durch leere menge unterer Index 2

La distància entre eixos de les rodes serà:

c gleich Zähler ϕ unterer Index 1 plus ϕ unterer Index 2 geteilt durch Nenner 2 Bruchergebnis

En el cas que les rodes de fricció també siguin interiors, aquesta distància serà:

c gleich Zähler ϕ unterer Index 1 minus ϕ unterer Index 2 geteilt durch Nenner 2 Bruchergebnis

3.3. Transmissió per engranatges.

Aquest sistema de transmissió de moviment està constituït per l'acoblament, dent a dent, de dues rodes dentades, un motriu i una altra conduïda. A la major se l'anomena corona i a la menor pinyó.

Representación de una transmisión con engranajes

Figura: Imatge de Jaohbr en Wikimedia. CC

Aquests mecanismes presenten nombrosos avantatges respecte a les corretges i politges, encara que també alguns inconvenients.


AVANTATGES ocupen espais més reduïts no hi ha possibilitat d'esllavissada tenen major capacitat de transmissió de potència elevat rendiment baix rendiment	INCONVENIENTS són més costosos la transmissió es produeix amb més renou

Pel que fa a relació de transmissió i velocitats en el moviment, són vàlides les fórmules que hem estat considerant fins ara, referides al nombre de dents dels engranatges.

n unterer Index 1 mal Z unterer Index 1 gleich n unterer Index 2 mal Z unterer Index 2

i gleich n unterer Index 2 geteilt durch n unterer Index 1 gleich Z unterer Index 1 geteilt durch Z unterer Index 2 Leerzeichen

c gleich Zähler ϕ unterer Index 1 plus ϕ unterer Index 2 geteilt durch Nenner 2 Bruchergebnis

També es pot donar el cas de transmissió per engranatges interiors, com són els engranatges planetaris o epicicloïdals, que permeten fer diverses desmultiplicacions amb un sol joc d'engranatges.

Estan format per quatre elements: planeta, satèl·lits, portasatèl·lits i corona.

Entre els seus diversos usos destaca el diferencial de gairebé tots els cotxes de motor i canvi transversal; també és l'engranatge comú en les caixes de canvi automàtiques amb convertidor hidràulic de parell. En el vídeo següent veiem com funciona un planetari.

Modelización del funcionamientos de un planetario

Imatge de Roke a Wikimedia . llicència GNU

Vídeo: de thielleux allotjat a Youtube

Segons la forma de les dents i de l'engranatge, aquests poden ser:

Engranatges rectes

S'utilitzen en transmissions d'eixos paral·lels. Són un dels mecanismes més utilitzats, i es troben en qualsevol tipus de màquina: rellotges, joguines, màquines eines, etc.

Imatge de Joe deSousa a Wikimedia .Llicència CC

Engranatges helicoïdals

Les seves dents estan disposats seguint la trajectòria d'hèlixs paral·leles al voltant d'un cilindre.

Poden transmetre moviment (potència) entre eixos paral·lels o entre eixos que es creuen en qualsevol direcció (fins i tot perpendiculars).

Figura: Imatge d'A Clarke a Wikimedia . DP

A causa de la seva forma geomètrica, la seva construcció resulta més cara que els anteriors i s'utilitza en aplicacions específiques com ara caixes de canvis, cadenes cinemàtiques, màquines eines ...

Aquest sistema d'engranatge de les dents proporciona una marxa més suau que la dels engranatges rectes, ja que en el mateix instant hi ha diversos parells de dents en contacte, la qual cosa fa que es tracti d'un sistema més silenciós, amb una transmissió de força i de moviment més uniforme i segura.

Engranatges cònics

Es fan servir per transmetre moviment entre eixos perpendiculars, o per eixos amb angles diferents a 90 graus.

Es tracta de rodes dentades en forma de tronc de con, i poden ser rectes o corbs (hipoides), sent aquests últims molt utilitzats en sistemes de transmissió per a automòbils.


Imatge de Kolossos en altres projectes. CC	Imatge de Frobles a Wikimedia . CC

Si per a realitzar la transmissió necessitem més d'un parell de rodes dentades, llavors el mecanisme, es denomina tren d'engranatges.

Imatge en Pixabay . llicència CC0

En aquest mecanisme la transmissió es realitza entre més de dos eixos simultàniament, per al que és necessari que en cada eix intermedi vagin muntades dues rodes dentades (Z ₂ i z _2). Una d'elles engrana amb la roda motriu, que és la que proporciona el moviment, i l'altra connecta amb l'eix següent al que condueix.

La velocitat de l'engranatge de sortida, així com la relació de transmissió del sistema es calcularà amb les expressions de les transmissions simples, però considerant totes les rodes d'entrada i totes les rodes de sortida.

4. Sistemes de transformació de moviment

Sempre que es dissenya una nova màquina per a realitzar una activitat concreta cal considerar tots i cada un dels mecanismes que constituiran el sistema mecànic de transmissió, transformació i regulació del moviment de la mateixa.

L'objectiu final ha de ser dissenyar i fabricar una màquina, en la qual tots els seus components realitzen sincronitzadament la tasca que tenen encomanada, que el conjunt sigui rendible, segur, eficaç i que compleixi amb els requisits i normatives mediambientals.

En un gran nombre d'ocasions serà necessari transformar el moviment rotatiu del motor que alimenta l'equip en un moviment d'un altre tipus, per exemple lineal o alternatiu. És doncs necessari desenvolupar múltiples mecanismes transformadors de moviment. Aquests mecanismes poden arribar a ser molt variats i complexos, però tots ells estaran basats en els diferents principis de transmissió que estudiarem al llarg d'aquest punt.

Imatge en Pixabay . llicència CC0

4.1. Pinyó-Cremallera

Aquest mecanisme transforma el moviment giratori d'un eix, en el qual va muntat un pinyó, en moviment rectilini, a l'engranar les dents del pinyó amb les dents d'una barra prismàtica (cremallera) que es desplaça longitudinalment.

a) Mecanismes pinyó-cremallera

Imatge per defecte

b) Porta corredera

Imatge per defecte

c) Trepant de columna

Figura: Mecanisme pinyó-cremallera.

La cremallera és assimilable a una roda dentada de diàmetre primitiu infinit. Perquè el engrani sigui possible i el pinyó pugui lliscar sobre la cremallera cal que tant pinyó com cremallera posseeixin el mateix mòdul.

Aquest tipus de mecanisme és reversible. És a dir pot funcionar aplicant un moviment de gir al pinyó que és transmès a la cremallera desplaçant-los de forma lineal, o viceversa, si s'administren moviments lineals alternatius a la cremallera, aquests es converteixen en moviments rotatius al pinyó.

S'utilitza en l'obertura i tancament de portes sobre guies, ia les direccions dels automòbils.



Figura: Pinyó-cremallera	Figura: Porta corredera.

Anomenarem avanç (A) del pinyó a la distància que avança la cremallera en una volta completa del pinyó, el seu valor coincideix amb el perímetre de la circumferència primitiva i vindrà donat per la fórmula:

$A gleich pi mal d unterer Index p gleich p mal Z$

on:

dp representa el diàmetre primitiu del pinyó en metres.
p representa el pas de les dents del pinyó en metres.
Z representa el nombre de dents del pinyó.

D'altra banda la velocitat d'avanç (Va) de la cremallera expressada en m / s. Es calcularà segons la fórmula:

$V unterer Index alpha gleich Zähler A mal n geteilt durch Nenner 60 Bruchergebnis gleich Zähler p mal Z mal n geteilt durch Nenner 60 Bruchergebnis$

On n és la velocitat d gir del pinyó, en rpm.

El pas p representa la distància en metres entre dues dents,
La seva inversa representarà per tant les dents que hi ha en un metre d'avanç, per tant en un metre de cremallera, es designarà per N.

$N gleich 1 geteilt durch p gleich Z geteilt durch A$

Per tant la velocitat d'avanç (Va) es pot expressar per:

$V unterer Index alpha gleich Zähler p mal Z mal n geteilt durch Nenner 60 Bruchergebnis gleich Zähler Z mal n geteilt durch Nenner 60 mal N Bruchergebnis$

4.2. Cargol sense fi-Corona

En aquest mecanisme un cargol sens fi (1) va muntat en l'eix motor, fent girar la corona que és l'eix de sortida (2). Aquest mecanisme no pot funcionar en sentit contrari, és a dir, és irreversible.

Amb aquest mecanisme, s'aconsegueix transmetre força i moviment entre dos eixos perpendiculars, amb relacions de transmissió molt elevades.

Mentre els cargols de força són generalment de rosca simple, els tornilllos infinitat tenen usualment rosques múltiples. Al nombre de rosques d'un cargol sens fi se l'anomena nombre d'entrades. Aquest valor determina la velocitat de gir de la corona de sortida.

Si la infinitat és d'una sola entrada, per cada volta que gira el cargol, la corona avança una dent. O el que és igual perquè la corona d'una volta completa el cargol sens fi ha hagut de girar tantes voltes com dents té la corona.

En l'esquema de la figura superior la infinitat és de dues entrades, de manera que cada volta d'aquest, la corona avança dues dents.

Figura: Cargol sens fi connectat a un motor

La velocitat de gir de tots dos eixos dependrà del nombre de dents de la corona (Z ₂₎ com del nombre d'entrades (i ₁₎ del cargol sens fi i ve donada per:

$n unterer Index 1 mal e unterer Index 1 gleich n unterer Index 2 mal Z unterer Index 2$

Per tant la relació de transmissió del sistema és:

$i gleich n unterer Index 2 geteilt durch n unterer Index 1 gleich e unterer Index 1 geteilt durch Z unterer Index 2$

La relació de transmissió de velocitat sempre serà menor que la unitat, és a dir el mecanisme produirà reducció de velocitat. A causa de que és el mecanisme que aconsegueix valors elevats de reducció de velocitat s'empra en tacòmetres, carros de màquines eines, cremalleres de direcció per a automòbils, comptadors d'aigua i elèctrics, joguines, ...

Imatge de M. Schweiss a Wikimedia . llicència CC

4.3. Biela-Manovella

Aquest mecanisme transforma el moviment circular en moviment rectilini alternatiu.

El sistema està constituït per un element giratori anomenat maneta, connectat a una barra rígida anomenada biela, de manera que quan gira la maneta, la biela està forçada a avançar i retrocedir successivament.

És un sistema reversible, el que vol dir que també pot funcionar per convertir un moviment lineal alternatiu en un altre de gir, com en el cas d'un pistó dins el cilindre en el motor d'un automòbil, on la maneta es veu obligada a girar.

a) Extret de wikipedia CC BY-SA 3.0	b) Mecanisme de biela i manovella en locomotores de vapor. La biela rep en (5) el moviment lineal de el pistó i el transforma en rotació de les rodes By Panther - CC BY-SA 3.0,	c) Doble serra de pedra romana moguda per roda hidràulica d'Hieràpolis. Del segle III de l'era cristiana, és la mostra més antiga del mecanisme biela-manovella


Figura: Sistema biela-manovella.

S'aconsegueix així un moviment alternatiu de vaivé a la biela. A la longitud de desplaçament rep el nom de carrera, i el seu valor depèn de la longitud de la maneta (radi de gir). Quan la maneta dóna una volta completa, la biela es desplaça una distància igual al doble de la longitud de la maneta.

Les posicions extremes del recorregut es diuen punts morts, sent el punt mort superior (pms) el que està a major distància de l'eix de la maneta, i punt mort inferior (pmi) el que està més pròxim.

La distància entre el pms i el pmi es diu carrera i coincideix amb el doble de la longitud de la maneta.

Entre les seves nombroses aplicacions destaquen sobretot les utilitzades en el món de l'automòbil. Així per exemple el moviment alternatiu produït en els pistons dels cilíndros és transformat en gir per mitjà de sistemes biela manovella.

Vídeo: Mecanisme biela-manovella

4.4. Cargol-Femella

Mecanisme constituït per un cargol (també anomenat pern) i una femella. El seu funcionament es basa en que si es manté fixa la femella, el moviment giratori del cargol produeix el desplaçament longitudinal del cargol i viceversa.

Mitjançant aquest sistema s'aconsegueix convertir el moviment circular del cargol en moviment rectilini de la femella.

Els perfils de rosca rodons i trapezoïdals són reversibles, és a dir, pot girar el cargol i desplaçar-la femella (o viceversa), girar la femella i desplaçar longitudinalment el cargol.

El moviment circular no ha de ser subministrat per un motor, sinó que es pot produir manualment mitjançant una maneta com succeeix en el cargol de banc, o a la mitja lluna del cabal d'un reg o en un moix a maneta.

Gato accionado por un sistema de tornillo tuerca

Moix accionat per un sistema de cargol rosca
Imatge de A7N8K a Wikimedia . domini públic

La cargol igual que qualsevol altre cargol, es caracteritza pel nombre d'entrades (i) i pel pas de la rosca (p).

a) Avenç i pas
a) Parts d'un pern o cargol

Figura: Cargol. Extret de fcocefax.org

Un cargol de 3 mm de pas i una entrada, quan gira una volta completa sobre una femella, produeix un avanç d'aquesta de 3 mm.

En canvi un pern amb el mateix pas i dues entrades, produeix un avanç de la rosca en el mateix temps de 6 mm.

En general l'avanç del pern ve donat per:

$A gleich p mal e$

La velocitat d'avanç del pern és:

$V unterer Index alpha gleich Zähler p mal e mal n geteilt durch Nenner 60 Bruchergebnis$

On n és la velocitat de gir en rpm.

Finalment el temps que tarda la femella a recórrer una distància L vindrà expressat per:

$t gleich L geteilt durch V unterer Index a$

4.5. Lleva. excèntrica

Mecanisme que permet transformar un moviment rotatori en lineal alternatiu.

Es basa en un element de contorn no circular que gira sobre un punt, en girar el perfil d'aquest element provoca la pujada o la baixada d'un seguidor de lleva o un palpador.

Aquest tipus de transformació de moviment és irreversible. És a dir el moviment alternatiu del seguidor no és capaç de produir el gir de l'element rotatori.

El palpador pot accionar una vàlvula, un polsador, ...


Imatge de Silberwolf a Wikimedia . llicència CC	Imatge de Silberwolf a Wikimedia . llicència CC

Quan és necessari generar una determinada seqüència sincronitzada d'obertura / tancament, com passa amb les vàlvules d'admissió i escapament dels cilindres del motor d'un automòbil, se situen les lleves necessàries sobre un sol eix constituint un arbre de lleves.

El palpador en tot moment ha de romandre en contacte amb el contorn de la lleva. Això s'aconsegueix per mitjà de la utilització de molls, ressorts oa la pròpia força de la gravetat.

El recorregut vertical màxim que efectua el palpador es diu cursa del seguidor.
Els punts extrems del recorregut corresponen als punts del perfil de la lleva amb distància màxima (radi major) o mínima (radi menor) respecte a l'eix de gir.
El valor numèric de la cursa s'obté restant, del radi major, el radi menor.

Hi ha perfils de lleva molt diversos sempre determinats pel moviment que es requereixi en el seguidor, podent adoptar formes realment complexes.

La seva funció principal és l'automatització de màquines (programadors de rentadora, control de màquines de vapor, obertura i tancament de contactes elèctrics, de les vàlvules dels motors d'explosió ...).

Imatge de Stalhkocher a Wikimedia . llicència CC

L'excèntrica, és una variació del mecanisme lleva-seguidor. Consisteix en una roda l'eix de gir no coincideix amb el centre de la circumferència. Transforma el moviment de rotació de la roda en un moviment lineal alternatiu del seguidor.

És com una lleva particular, el contorn és una circumferència en la qual l'eix de gir no coincideix amb l'eix de la circumferència, sent la carrera del seguidor el doble de la distància que hi ha entre el centre de la circumferència i l'eix de gir

Esquema de funcionamiento de un sistema de rueda excéntrica

Imatge de ThreeE a Wikimedia . llicència CC

4.6. Cigonyal

Eix amb colzes i contrapesos que, aplicant el principi del sistema de biela-manovella, transforma el moviment rectilini alternatiu en giratori o viceversa.

S'utilitzen profusament en els motors d'explosió, on el moviment lineal dels pistons dins dels cilindres es transmet a les bieles i es transforma en un moviment rotatori del cigonyal que, al seu torn, es transmet a les rodes i altres òrgans del motor .

Imatge d'NASA a Wikimedia . domini públic

Perquè un cigonyal funcioni de forma correcta, cal que presenti un equilibri estàtic distribuint la seva massa uniformement al voltant de l'eix, i un equilibri dinàmic, per a tractar d'evitar les possibles vibracions generades durant el gir, causades per la força transmesa per les bieles. Per aquest motiu porten contrapesos, amb ells s'aconsegueix que la força centrífuga en girar sigui completament uniforme.

En un cigonyal es distingeixen tres parts:

• L'eix serveix de guia en el gir. Per ell arriba o s'extreu el moviment giratori.

• La monyeca serveix de seient als caps de les bieles.

• El braç és la peça d'unió entre l'eix i la monyeca. La seva longitud determina la cursa de la biela.

Quan el cigonyal consta de diverses monyó disposats en plans i sentits diferents, el moviment alternatiu de les diverses bieles estarà sincronitzat i la distància recorreguda pel peu de biela dependrà de la longitud del braç de cada maneta.

Els cigonyals s'utilitzen en tot tipus de mecanismes que precisin moviments alternatius sincronitzats. Es poden trobar mecanismes d'aquest tipus des de màquines tan grans com els motors de cotxes, com en joguines en els quals cames i mans van sincronitzats.

El nombre de monyons i la disposició dels braços pot variar molt en funció de les necessitats i el disseny de la màquina. A les figures adjuntes es poden observar un cigonyal amb vuit cilindres en "V", un cigonyal amb sis cilindres en línia i un cigonyal amb quatre cilindres en oposició.

Al final del cigonyal se situa una peça circular anomenada volant d'inèrcia, solidària a l'embragatge i la funció principal és arrossegar el cigonyal quan aquest no té l'empenta necessària en els pistons a causa dels intervals entre les explosions.

4.7. Creu de Malta

Mecanisme que converteix un moviment circular continu en un moviment circular intermitent. També coneguda com roda de Ginebra.

Consisteix en un mecanisme en el qual un motor fa girar un volant (lluna). Aquest disposa d'una lleva, amb un plançó (gorrer). Quan el gorrer en el seu gir connecta amb una peça en forma de creu, aquesta última girarà.

Si observes la figura de la dreta t'adonaràs que la creu roman durant la major part del recorregut del volant bloquejat. Tan sols quan la lleva enllaça el pivot amb l'esquerda de la creu aquesta es troba lliure i pot girar.

Figura: Imatge de Mike1024 a Wikimedia . domini públic

L'avanç del pivot a la ranura de la creu, l'arrossega, provocant que aquesta giri fins que torna a desenfilar-se el pivot de la lleva, de l'esquerda de la creu.

Fins gairebé el final de la nova revolució el volant bloqueja de nou a la creu, fins enfilar a la següent esquerda de la creu; de manera que per cada volta que gira l'arbre motor, la creu avança l'angle format pels eixos de dues esquerdes consecutives de la creu.

Una aplicació d'aquest mecanisme són els projectors de cinema. La pel·lícula no discorre contínuament davant el projector, sinó que ha d'avançar fotograma a fotograma, romanent davant d'aquest un cert temps.

Aquest moviment intermitent s'aconsegueix utilitzant la roda de Ginebra. (Els projectors moderns solen utilitzar mecanismes controlats electrònicament o un motor pas a pas).

També s'usa per al canvi d'eina en les fresadores automàtiques proveïda de diversos útils. A continuació pots veure un vídeo sobre el funcionament de la creu de Malta

Vídeo: CRUZ DE MALTA 35MM

Autoria dels materials : Junta de Andalucia amb llicència (CC BY-NC-SA 4.0)

Modificat i adaptat per l'IEDIB i l'IOC

a) Avenç i pas	a) Parts d'un pern o cargol


Figura: Cargol. Extret de fcocefax.org