Tipos de mecanismos

Transmisión directa: Árboles y ejes

Se utilizan para llevar a cabo el movimiento circular de una pieza.

• Árbol: Capaz de transmitir el movimiento y el par del motor.
• Eje: Las piezas giran sobre él, pero él mismo no se mueve.
• Palier: Árbol que transmite el movimiento desde el diferencial hasta las ruedas motrices.

Los árboles, además de soportar torsión, también soportan flexión y cizallamiento.

Acoplamientos

Se utilizan para unir árboles o ejes que están alineados directamente, sin modificar la velocidad ni el momento, como en una bomba de agua o un motor eléctrico.

Tipos de acoplamientos:

• Rígido: Los árboles o ejes se unen con piezas metálicas rígidas que se fijan mediante tornillos.
• Flexible: El acoplamiento se lleva a cabo mediante una junta elástica de goma o caucho, que permite absorber vibraciones.
• Móvil: Se utiliza cuando la separación entre árboles o ejes debe ser variable.
• Cardán o junta universal: Se utiliza cuando hay un movimiento de torsión entre dos elementos rotatorios, cuyos ejes no están alineados y se cortan. Es común en automóviles y camiones. Permite un ángulo máximo de 45 grados y no modifica la velocidad ni el momento.

Limitadores de par

Se utilizan para efectuar transmisiones directas de un árbol a otro, pero limitando el momento torsor o par entre uno y otro.

Tipos de limitadores de par:

• Disco de fricción: Se coloca entre el árbol y la polea, rueda dentada, etc. Se puede ajustar la presión entre ellos para que la unión patine cuando se supera un determinado par.
• Pasador cizallable: Se coloca entre el árbol y la rueda; está calibrado para soportar un determinado esfuerzo de cizallamiento. Si se supera este esfuerzo, el pasador se rompe, protegiendo el resto del mecanismo.

Mecanismos articulados

Cuatro barras articuladas

Consta de cuatro barras unidas entre sí con articulaciones. Si giran completamente se llaman manivelas, si sólo oscilan, balancines. Se utilizan en la suspensión de coches, por ejemplo.

Biela-manivela

Transforma el movimiento circular en movimiento rectilíneo alternativo, o viceversa. La manivela (también llamada cigüeñal) lleva acoplado en un extremo una pieza llamada biela, y el otro extremo se fija al pistón o émbolo, que se desliza dentro de una guía o cilindro.

• Punto Muerto Superior (PMS): Cuando el pistón se encuentra en la posición más alejada del centro de giro del cigüeñal.
• Punto Muerto Inferior (PMI): Cuando el pistón se encuentra en la posición más cercana del centro de giro del cigüeñal.
• Carrera: La distancia entre el PMI y el PMS.

Este mecanismo se utiliza en motores de explosión, por ejemplo.

Mecanismo de biela infinita o yugo escocés

Transforma el movimiento circular en movimiento rectilíneo alternativo, o viceversa. La función de la biela la hace un móvil que se desplaza dentro del eslabón del que obtenemos los efectos. Se encuentra en máquinas de vapor antiguas.

Transmisión mediante elementos flexibles

Se utilizan para transmitir el movimiento de un eje a otro que se encuentra a cierta distancia.

Transmisión por correa

Dos poleas unidas mediante un elemento flexible llamado correa. La correa más utilizada es la trapecial.

Transmisión por cadena

Se transmite el movimiento entre ruedas dentadas mediante una cadena. Se elimina la posibilidad de que se produzca un deslizamiento entre los dos elementos, y se pueden salvar distancias largas. La velocidad no puede ser elevada. Los factores a tener en cuenta son la distancia, la precisión en la transmisión, el cuerpo y los tipos de mantenimiento.

Transmisión mediante engranajes

Son mecanismos de transmisión de movimiento circular mediante ruedas dentadas. Actúan una sobre la otra a través de los dientes que se intercalan, de manera que una empuja a la otra.

• Rueda motriz: La rueda que está conectada al par.
• Rueda conducida: La rueda que es empujada.
• Piñón: La rueda más pequeña.
• Corona: La rueda más grande.

Tipos de engranajes

• Engranajes rectos: Transmiten movimiento rotatorio entre ejes paralelos situados a poca distancia. Los dientes están paralelos a los ejes, la velocidad de giro es baja y los esfuerzos relativamente pequeños.
• Engranajes helicoidales: Transmiten movimiento giratorio entre ejes paralelos o entre ejes perpendiculares que se cruzan o se cortan. Tienen contacto más de un diente a la vez, por lo que pueden transmitir más esfuerzo. La velocidad es mayor y el sonido más pequeño.
• Engranaje cónico: Transmiten movimiento entre dos ejes que se cortan. Los más usuales son los que tienen los dientes rectos. La sección de los dientes es mayor a medida que aumenta el diámetro del cono.
• Engranajes interiores: Los dientes están en el interior de la rueda. Los ejes están en el mismo lado y giran en el mismo sentido.
• Piñón cremallera: La cremallera es una barra prismática con dientes, que engrana con una rueda dentada o piñón. Cuando el piñón gira, la cremallera se mueve lateralmente en un sentido u otro, según el sentido de giro del piñón. También se puede mover la cremallera para hacer girar el piñón.
• Tornillo sin fin: Es un acoplamiento entre una rosca y un engranaje, cuyos ejes se cruzan a 90 grados. La rosca se llama tornillo sin fin. Permiten obtener grandes relaciones de transformación, pero sufren un gran desgaste por rozamiento. Se suelen fabricar de cobre o latón para evitarlo. El tornillo sin fin sólo puede enviar el movimiento en un sentido, lo que se puede utilizar como medida de seguridad para mantener un mecanismo parado.

Mecanismos de regulación y mecanismos intermitentes

Reguladores

Regulan alguna variable de la máquina en función de algún efecto físico.

Regulador centrífugo o de Watt

Se utilizaba en máquinas de vapor para regular el acceso de vapor al cilindro. La velocidad de giro del mecanismo aumenta o disminuye la fuerza centrífuga, lo que hace subir o bajar unas bolas conectadas a la válvula de la tubería de transporte de vapor. Si la máquina gira rápido, las bolas suben, cierran la tubería y disminuye la velocidad de giro.

Mecanismos intermitentes

Permiten obtener un movimiento intermitente a partir de un movimiento continuo.

Cruz de Malta

Consta de una manivela que gira y una rueda conducida con salientes. Cada vez que la manivela da una vuelta, la rueda conducida avanza un saliente y se detiene. Se utiliza en mecanismos de relojería.

Trinquetes

Permiten a un árbol transmitir movimiento circular sólo en un sentido. La carraca de perro es una variante que funciona con una rueda dentada y un perro. Su aplicación más importante es el piñón de la rueda trasera de las bicicletas.

Trenes de mecanismos

Son combinaciones de mecanismos, de manera que el elemento impulsado por un mecanismo impulsa al siguiente. Se utilizan para obtener una velocidad constante, cambiar el sentido de giro o trabajar a una velocidad diferente.

Cajas de cambios y reductores

Se utilizan para obtener diferentes relaciones de momento-velocidad entre la entrada y la salida de una transmisión. Se utilizan en automóviles y otras máquinas.

Cajas de cambios

Utilizan poleas o engranajes. En el caso de las poleas, el árbol motriz y el árbol conducido tienen diámetros diferentes, formando lo que se llama un cono de poleas. Si cambiamos la correa de posición en el cono de poleas, obtenemos diferentes relaciones de transmisión.

Reductores

Reducen la velocidad angular de manera notable y, consecuentemente, aumentan el par entre dos árboles. Utilizan engranajes o tornillos sin fin colocados dentro de una caja con lubricante.

Embragues

Permiten conectar y desconectar a voluntad, o automáticamente, un dispositivo (normalmente un árbol conductor o motriz) con otro que está conducido. Se utilizan en motores y cajas de cambio.

Tipos de embragues

• Embragues de fricción: El movimiento se transmite a través de una superficie que, por fuerzas de fricción, conecta el dispositivo motriz con el conducido. Pueden ser de disco o cónicos. Los más usados suelen ser los embragues de disco, que se utilizan en vehículos. En este tipo de embrague, un conjunto de muelles mantienen el disco (que está conectado al eje conducido) apretado entre dos superficies conectadas al árbol motriz. En los embragues cónicos, se utilizan dos ruedas de forma cónica que se acoplan y desacoplan mediante un desplazamiento lateral de una de las partes.
• Embragues de dientes: La conexión se hace a través de ruedas dentadas encaradas frontalmente. Se utilizan en máquinas en las que la potencia e inercia son pequeñas.
• Embrague hidráulico: La transmisión del movimiento se hace a través de un líquido, normalmente aceite. Dentro de un cárter lleno de aceite hay una rueda de turbina conectada al árbol motriz y una rueda conducida conectada al árbol conducido. La turbina actúa como una bomba que impulsa el aceite hacia las palas de la rueda conducida. A partir de una cierta velocidad de giro de la turbina, se genera un momento lo suficientemente grande en las palas de la rueda conducida como para transmitir el movimiento.
• Embragues centrífugos: Son habituales en ciclomotores y otras máquinas. El árbol lleva unas masas conectadas y retenidas con muelles. Al aumentar la velocidad de giro del árbol, las masas vencen la resistencia de los muelles y se desplazan hacia afuera, acoplando la transmisión.

Frenos

Permiten desacelerar y, por tanto, reducir hasta detener un mecanismo o máquina. Absorben la energía cinética de la máquina y la transforman en energía térmica.

Tipos de frenos

• Frenos mecánicos: Utilizan dispositivos de fricción para detener el movimiento.
• Frenos de cinta: Una cinta recubierta interiormente por un material resistente al desgaste abraza exteriormente la rueda cuyo movimiento se pretende detener. Por fricción, se crea un momento de frenado que reduce hasta detener, si es necesario, el movimiento de la rueda. Se utilizaban antiguamente, pero ahora han quedado desplazados por los sistemas de tambor y de disco.
• Frenos de zapatas o de tambor: Dos piezas llamadas zapatas, recubiertas de Ferodo, son accionadas por una leva para que friccionen contra el interior de un tambor solidario al eje que se quiere frenar.
• Frenos de disco: El árbol o elemento que debe frenar lleva un disco solidario sobre el que ejercen una fuerte presión dos pastillas recubiertas de Ferodo. Las pastillas se accionan normalmente a través de un émbolo hidráulico.
• Frenos eléctricos: Se utilizan cuando se trata de frenar, sin llegar a la parada total, grandes cargas durante tiempos prolongados, como en los autobuses. En estos casos, la utilización de frenos de disco supondría un calentamiento peligroso. Utilizan un disco metálico que gira en un campo magnético. La variación del campo magnético permite controlar la fuerza de frenado.

Inversor de giro

Son mecanismos que permiten que un motor funcione en dos sentidos de giro. En los motores de explosión, se puede invertir el giro mediante sistemas mecánicos, como la inserción de un engranaje intermedio en la transmisión a través de trenes planetarios.

La neumática

Es el conjunto de técnicas basadas en la utilización del aire comprimido como fluido transmisor de energía para el accionamiento de máquinas y mecanismos.

Ventajas de la neumática

• No es peligrosa.
• El aire se encuentra fácilmente en la atmósfera.
• Es un fluido limpio.
• Se almacena con facilidad.
• Se desplaza rápidamente por el interior de conducciones.
• Es un sistema sencillo y económico.

Circuito neumático

Es el conjunto de elementos dispuestos de tal manera que, mediante aire comprimido, realizan un trabajo o ejecutan una serie de acciones destinadas al accionamiento de máquinas o mecanismos.