Definición y Componentes de una Máquina
Una máquina es un conjunto de piezas u órganos acoplados entre sí que permiten dirigir o regular la acción de una fuerza con el objetivo de realizar un trabajo. La máquina está formada por la estructura y los mecanismos. Los mecanismos son piezas acopladas entre sí.
Una máquina herramienta está formada por herramientas montadas en la máquina que realizan movimientos mecánicos.
- La estructura de una máquina incluye componentes como la bancada, los soportes, los pies y la carcasa.
- El mecanismo de una máquina se compone de ejes, ruedas, guías, poleas, engranajes, manivelas, etc.
Tipos de Movimiento en Máquinas
Los tipos de movimiento que realiza una máquina son:
- Rectilíneo: Sigue una trayectoria recta, tanto en sentido vertical como horizontal.
- Curvilíneo: Se desplaza describiendo una trayectoria curva.
- Alternativo: Se realiza en la misma dirección en horizontal o vertical y sentido alternativo.
Física de las Máquinas: Fórmulas Básicas
- Fuerza: F = m • a [N = Kg · m/s2] (N = Newton)
- Trabajo: W = F · x [J = N m] (J = Joule)
- Potencia mecánica: P = W / t [CV = J / s] (CV = Caballo de vapor)
- Rendimiento: η = Wu · 100 / Wm [%]
Clasificación de las Máquinas
Máquinas Simples
Las máquinas simples utilizan energía muscular y sirven para el diseño de otras máquinas. Las máquinas simples fundamentales son la palanca, el plano inclinado, la rueda, el tornillo, la manivela y el torno.
Máquinas Complejas
Las máquinas complejas se clasifican según su finalidad en:
- Motrices: Convierten en energía mecánica otras formas de energía, como la energía hidráulica, eléctrica, etc.
- Generadoras: Reciben energía hidráulica, eólica, fósil, etc., y la transforman en energía eléctrica (alternadores y dinamos).
- Operativas: Transforman un tipo de energía (eléctrica, fósil, etc.) en un movimiento alternativo o rotativo (trabajo mecánico), como el martillo neumático o la trepadora.
La Palanca
Una palanca es una barra rígida que gira en un punto de apoyo llamado fulcro. Se denomina potencia de la palanca a la fuerza que se ha de aplicar en un punto de esta para vencer una resistencia. Cuanto más cerca está el fulcro de la resistencia que se ha de vencer, menos fuerza hay que hacer.
Tipos de Palancas
- Primer género: Tienen el fulcro situado entre la potencia y la resistencia. Ejemplos: balanzas, alicates, tijeras, balancines, barreras de paso a nivel.
- Segundo género: Tienen la resistencia entre la potencia y el fulcro. Ejemplos: carretillas, cascanueces, pedales de freno de los coches.
- Tercer género: Tienen la potencia situada entre el fulcro y la resistencia. Ejemplos: pinzas, cañas de pescar.
La ley de la palanca establece que la fuerza multiplicada por su brazo es igual a la resistencia por su brazo (distancia al fulcro): F · d1 = R · d2
El Plano Inclinado
El plano inclinado sirve para desplazar un objeto desde un nivel hasta otro más elevado con menos esfuerzo que si se elevara verticalmente: F · l = P · h
El plano inclinado se utiliza para desplazar mercancías, para evitar escaleras, en herramientas, etc.
El Tornillo
Un tornillo es una pieza cilíndrica o cónica que tiene un canal exterior en forma de hélice llamada filete de la rosca. El mecanismo tornillo-tuerca transforma un movimiento circular en un movimiento rectilíneo y se utiliza como elemento de fijación para uniones desmontables. Se utiliza en gatos, sacacorchos, tornillos de banco, llaves inglesas, etc.
El paso de rosca (p) es la distancia comprendida entre dos filetes consecutivos de un tornillo o tuerca.
La resistencia (R) que se ha de vencer para desplazar un tornillo al hacerlo girar acoplado dentro de una tuerca depende de: R · p = F · 2 · π · r
Tipos de Roscas
- Según el sentido de giro: derechas o izquierdas.
- Según el número de filetes: de una o varias entradas.
- Según la forma del filete: triangulares, trapeciales, cuadradas, redondas, etc.
Sistemas de Roscas
- Sistema métrico: Utiliza el milímetro como unidad de medida. Ejemplo: M10 es una rosca métrica de diámetro 10 mm.
- Sistema Whitworth: Utiliza la pulgada como unidad de medida. Ejemplo: W-3/8 es una rosca Whitworth de 3/8 de pulgada (9,52 mm).
La Rueda, la Manivela y el Torno
La rueda fue el gran descubrimiento que permitió inventar la noria, la rueda de molino o el carro.
La manivela es una palanca fijada por uno de sus extremos a un eje con movimiento de rotación. Aplicaciones importantes: el cigüeñal de los vehículos, el timón de una barca, un grifo, etc.
El torno está formado por un rodillo de acero que gira cuando se acciona una manivela en sus extremos.
La Polea
La polea es una pieza cilíndrica con un agujero central donde se fija un eje que posibilita el giro de la pieza. Las poleas pueden ser planas, acanaladas o dentadas.
La polea fija se puede considerar una palanca de primer género (F = R). En la polea móvil, el punto de apoyo se localiza en la cuerda. Se suele utilizar la polea móvil en combinación con una polea fija.
La combinación de varias poleas se denomina polipasto y permite reducir la fuerza que se debe hacer para vencer una resistencia.
El Engranaje
Un engranaje está formado por dos ruedas dentadas, en las que los salientes de una coinciden con los entrantes de la otra. Los engranajes pueden ser exteriores, interiores y de cremallera.
Ruedas de Dientes Rectos
- Diámetro primitivo: Es aquel en el que se efectúa la tangencia teórica de los dientes de un engranaje, siendo directamente proporcional al módulo y al número de dientes. d = m • z
- Paso circular: p = m • π
- Cabeza de la denta: a = m
- Pie de la denta: a1 = 1,25 • m
- Altura de la denta: h = a + a1
- Diámetro exterior: de = d + 2a
- Diámetro interior: di = d – 2a1