Els elements mecànicstecnosahuquillo.weebly.com/uploads/2/6/3/1/26313636/ii_els... · Forces en...
Transcript of Els elements mecànicstecnosahuquillo.weebly.com/uploads/2/6/3/1/26313636/ii_els... · Forces en...
Els elements mecànics
IES Sivera Font-CFGM
1
TEMA
II
Els
ele
me
nts
me
cà
nic
s
Els elements mecànics
IES Sivera Font-CFGM
2
II Identificació d’elements mecànics
1. Cinemàtica i dinàmica de les màquines.
1.1. Velocitats en les màquines
1.2. Acceleració en les màquines
1.3. Forces en les màquines
1.4. Moment de forces
1.5. Forces d’inèrcia
1.6. Potència en les màquines
2. Elements mecànics transmissors del moviment: descripció,
funcionament, simbologia, manteniment de primer nivell
2.1. Palanques. Tipus de palanques
2.2. Corrioles. Tipus de corrioles
2.3. Rodes de fricció
2.4. Politges i corretges
2.5. Engranatges
2.5.1. Engranatges cilíndrics. De dents rectes i helicoidals
2.5.2. Engranatges cònics
2.5.3. Caragol sense fi
2.6. Relació de transmissió
2.7. Juntes Cardan
2.8. Operacions de manteniment
3. Elements mecànics transformadors del moviment: descripció,
funcionament , simbologia.
3.1. Manovella-torn
3.2. Biela-manovella
3.3. Pinyó i cremallera
3.4. Lleva i seguidor
4. Elements mecànics auxiliars: descripció, funcionament, manteniment de
primer nivell.
4.1. Ralentitzadors i frens
4.2. Acumuladors d’energia. Volants i resorts
4.3. Trinquets
4.4. Elements de fricció. Coixinets i rodaments
4.5. Embragatges
5. Elements auxiliars d’unió: descripció, funcionament, manteniment de
primer nivell
Els elements mecànics
IES Sivera Font-CFGM
3
5.1. Rosques. Caragols
5.2. Clavetes. Llengüetes. Passadors
5.3. Reblons
5.4. Soldadura
6. Simbologia d’elements mecànics
7. Normes de prevenció i seguretat en els elements mecànics
7.1. Elements de màquines que presenten riscos
7.2. Dispositius de protecció dels mecanismes
7.3. Normes bàsiques d’utilització de les eines
8. Valoració del desgats dels elements mecànics: lubricació i manteniment
preventiu
8.1. Desgast en els elements mecànics
8.2. Lubricació en les màquines
8.3. Manteniment preventiu delsd elements mecànics
Annex I: Metrotècnia
Annex II: Mecanismes combinats
Els elements mecànics
IES Sivera Font-CFGM
4
Cinemàtica i dinàmica de les màquines
Si alguna característica tenen les màquines en el seu funcionament és l’existència
de moviment d’algunes de les seues parts. Aquestos moviments suposen
l’existència de velocitats, i com aquestes normalment no són constants, es
variacions de la velocitat donaran lloc a acceleracions de les peces en moviment.
Com les màquines, a banda de transmetre velocitats, transmeten esforços, tant
aquestos com les forces d’inèrcia (degudes a les acceleracions) han de tenir-se en
compte en l’esudi del seu funcionament.
1.1. Velocitats en les màquines
Bàsicament hi ha dos tipus de velocitat en les màquines, la velocitat lineal i la
velocitat angular.
Velocitat linial És quan un element mecànic es desplaça amb una trajectòria en línia recta o corba.
Aquesta velocitat pot ser uniforme i pot ser variable, tant en magnitud, en direcció
o en sentit. Com la definició de velocitat és l’espai recorregut en un temps
determinat tenim:
𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑡𝑎𝑡 =𝑒𝑠𝑝𝑎𝑖
𝑡𝑒𝑚𝑝𝑠; 𝑣 =
𝑒
𝑡
En el SI l’espai es mesura en metres (m) i el temps en segons (s), la velocitat
tindrà com unitats de mesura:
𝑒 (𝑚)
𝑡 (𝑠)= 𝑣 (𝑚 𝑠 )
Dos exemples de moviment
linial són els de la llimadora (a
l’esquerre) o l’agulla d’una
màquina de cosir (a la dreta).
Els dos moviments són
rectilinis alternatius i
accelerats.
1
Els elements mecànics
IES Sivera Font-CFGM
5
Velocitat angular És dóna quan element mecànic gira (sense desplaçar-se) sobre un punt fixe que
anomenarem eix. La velocitat angular pot ser uniforme, si l’element gira sempre en
el mateix sentit i a la mateixa velocitat, serà oscil·lant si l’element gira
alternativament en un sentit i l’altre.
Donat que hi ha molts elements mecànics que tenen moviment de rotació, i que no
tots poden girar en un sentit o en un altre, cal definir els sentits de rotació que són
dos possibles: rotació a dretes quan l’element gira en el mateix sentit que les
agulles del rellotge, i rotació a esquerres quan gira en el sentit contrari de les
agulles del rellotge.
També puguen aplicar la regla del caragol.
En el moviment de rotació es donen una sèrie de característiques que cal tenir en
compte.
La velocitat angular que es defineix com l’angle recorregut per un element en un
temps determinat.
𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑡𝑎𝑡 𝑎𝑛𝑔𝑢𝑙𝑎𝑟 =𝑎𝑛𝑔𝑙𝑒
𝑡𝑒𝑚𝑝𝑠; 𝜔 =
𝛼
𝑡
En el SI l’angle es mesura en radians i el temps en segons (s), la velocitat
angular tindrà com unitats de mesura:
𝛼
𝑡 (𝑠)= 𝜔 (1 𝑠 )
Ara bé, la unitat de mesura més utilitzada no son els radians per segon, sinò el
nombre de voltes de dóna l’element que gira en un minut, conegut com
revolucions per minut o rpm.
Els ventiladors industrials giren sempre en el
mateix sentit i normalment a la mateixa
velocitat.
Els eixugaparabrisa dels automòbils són
un exemple de moviment de rotació
oscil·lant.
El sentit de
rotació a la dreta
és quan girant un
caragol en eixe
sentit aquest
avança.
El sentit de
rotació a
l’esquerre és
quan girant un
caragol en eixe
sentit aquest
avança.
Els elements mecànics
IES Sivera Font-CFGM
6
Per a poder convertir un unitat en l’altra cal tenir en compte que una volta o una
revolució és un angle de 2 radians, i que 1 minut té 60 segons. Per exemple si
hem de convertir una velocitat angular de 30 s-1 en rpm farem:
30 𝑟𝑎𝑑
𝑠·
1 𝑟𝑒𝑣
2𝜋 𝑟𝑎𝑑·
60 𝑠
1 𝑚𝑖𝑛=
30 · 1 · 60
2𝜋·𝑟𝑒𝑣
𝑚𝑖𝑛= 286,47
𝑟𝑒𝑣
𝑚𝑖𝑛= 286,47 𝑟𝑝𝑚
Així puguem establir que la equivalència entre les dues unitats és: 1 𝑠−1 =30
𝜋 𝑟𝑝𝑚
Una altra qüestió és que en el moviment de rotació, a banda de la velocitat angular,
és l’aparició de velocitats linials conegudes també com velocitats tangencials.
Quan la barra de la figura gira respecte d’un
punt fixe o (eix) a una velocitat angular , tots
els punts que formen la barra (P, Q,) tenen la
mateixa velocitat angular, ja que recorren el
mateix angle ( ) en el mateix temps.
Ara bé, si els dos punts tenen la mateixa
velocitat angular, no tenen la mateixa velocitat
tangencial. Aquesta és una velocitat linial que
es representa per un vector aplicat en el punt
corresponent i que té la direcció d’una recta
perpendicular a l’eix de la barra (o-P). Aquest
vector també és tangent a la trajectòria circular
e i per això s’anomena velocitat tangencial.
Aplicant la definció de velocitat tenim que:
𝑉1 =𝑒
𝑡1; 𝑉2 =
𝑓
𝑡2 com 𝑒 > 𝑓 i 𝑡1 = 𝑡2
resulta que: 𝑉1 > 𝑉2, així tenim que per a una mateixa velocitat angular la
velocitat tangencial d’un punt és tant major quan a més distància del centre de
rotació es troba el punt.
Finalment per poder calcular la velocitat tangencial de qualsevol punt ho farem de
la forma següent:
𝑉 = 𝜔 · 𝑟; 𝜔 1
𝑠 · 𝑟 𝑚 = 𝑉
𝑚
𝑠
On V és la velocitat tangencial (m/s), és la velocitat angular (rad/s) i r és el radi de
rotació del punt corresponent o siga la distància des del punt (P, Q) fins al centre
de rotació o.
Activitat 1: calcula la velocitat tangencial que portarà una persona que es situa a
l’Equador terrestre i una altra que està al Pol Nord.
Els elements mecànics
IES Sivera Font-CFGM
7
Dades:
Radi de la Terra a l’Equador: 6 371 km
Radi de la Terra al Pol: 0 km
Velocitat de rotació (angular): 1 rev/24 hores
𝜔 = 1 𝑟𝑒𝑣
24 ·
2𝜋 𝑟𝑎𝑑
1 𝑟𝑒𝑣= 0,261
𝑟𝑎𝑑
𝑉𝐸 = 𝜔 · 𝑟 = 0,261 𝑟𝑎𝑑
· 6371 𝑘𝑚 = 1 667,92 𝑘𝑚/
𝑉𝑃 = 𝜔 · 𝑟 = 0,261 𝑟𝑎𝑑
· 0 𝑘𝑚 = 0 𝑘𝑚/
Açò vol dir que una persona situada a l’Equador es desplaça a una velocitat de 1
667,92 km/h respecte a una altra situada en el Pol, però les dues donen una volta
cada 24 hores, és a dir tenen la mateixa velocitat angular.
La velocitat tangencial s’ha tenir en compte en determinades màquines, que si bé
no tenen velocitats de rotació massa elevades, per les seues dimensions poden
assolir velocitat tangencials molt elevades. Per exemple les pales dels
aerogeneradors giren a velocitats reduïdes entre 13 i 20 rpm, però com algunes
pales poden tenir una longitud de fins a 80 m, les velocitats tangencials dels
extrems de les pales serien tant altes que podrien destruir-les. Així quan el vent
supera els 25 m/s les pales deixen de girar al col·locar-les en “bandera”, és a dir
paral·leles a la direcció del vent.
1.2. Acceleracions en les màquines
En Física es defineix l’acceleració com la variació de la velocitat en un temps
determinat:
𝑎𝑐𝑐𝑒𝑙𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖ó =𝑣𝑎𝑟𝑖𝑎𝑐𝑖ó 𝑑𝑒 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑡𝑎𝑡
𝑡𝑒𝑚𝑝𝑠=
∆𝑣
𝑡 → 𝑎
𝑚
𝑠2 =
∆𝑣 (𝑚 𝑠)
𝑡 (𝑠)
Quan es produeix un increment de la velocitat direm que tenim acceleració positiva
o símplement acceleració, i si tenim una reducció de la velocitat direm que tenim
una acceleració negativa o deceleració.
El raonament anterior serveix quan tenim un moviment rectilini, però el mateix
puguem fer si el moviment és de rotació, aleshores tindrem una acceleració
angular.
𝑎𝑐𝑐𝑒𝑙𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖ó 𝑎𝑛𝑔𝑢𝑙𝑎𝑟 =𝑣𝑎𝑟𝑖𝑎𝑐𝑖ó 𝑑𝑒 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑡𝑎𝑡 𝑎𝑛𝑔𝑢𝑙𝑎𝑟
𝑡𝑒𝑚𝑝𝑠=
∆𝜔
𝑡 → 𝛼
1
𝑠2 =
∆𝜔 (1𝑠)
𝑡 (𝑠)
Les acceleracions en les màquines s’han de tenir molt en compte en el seu
funcionament ja que unes elevades acceleracions poden provocar unes forces
d’inèrcia elevades.
Els elements mecànics
IES Sivera Font-CFGM
8
Activitat 2: calcula l’acceleració d’un automòbil que passa d’una velocitat de 0
km/h a una altra de 100 km/h en 10 segons.
Dades:
velocitat inicial: 0 km/h=0 m/s
velocitat final: 100 km/h=27,77 m/s
temps: 10 segons
𝑎 =𝑣𝑓 − 𝑣0
𝑡=
27,77 𝑚 𝑠 − 0 𝑚 𝑠
10 𝑠= 2,77 𝑚 𝑠2
Un cas tipic d’acceleració constant és l’accleració gravitatòria que exerceix la Terra
sobre tots i cadascun dels cosos situats sobre ella, que fan tots els cosos caiguen
amb una acceleració constant de 9,81 m/s2
Activitat 3: deixem caure un cos amb una massa d’1 kg des de una alçada de 10
metres, que tarda 2 segons en arribar a terra. Calcula quina velocitat portarà al
final de la seua caiguda. I si deixem caure un cos de 10 kg?
Dades:
massa: m=1 kg
altura: h= 10 m
temps: t=2 segons
acceleració: g=9,81 m/s2
𝑎 =𝑣
𝑡 → 𝑣 = 𝑎 · 𝑡 = 9,81
𝑚
𝑠2· 2 𝑠 = 19,62
𝑚
𝑠· 3,6 = 70,63 𝑘𝑚
En el cas del cos de 10 kg la velocitat serà la mateixa ja que
aquesta no depén de la massa del cos.
1.3. Forces en les màquines
Les forces estan presents en molts aspectes de la nostra vida, encara que la
mojoria de les vegades no ens adonem de la seua intervenció. Quan circulem en
bicicleta estem fem força, quan tallem un tros de pa estem fem força, quan alcem
un pes estem fent força, etc.
L’aplicació d’una força sobre un cos pot provocar una
deformació sobre ell.
Quan comprimim una llauna aquesta pateix una
deformació permanent.
𝑎𝑔
Els elements mecànics
IES Sivera Font-CFGM
9
En les instal·lacions industrials és fonamental que les estructures estiguen
dissenyades i calculades per a què puguen suportar les forces que actuaran sobre
l’estructura de suport sense que es provoquen deformacions permanents.
Sobre l’estructura d’una nau industrial actuen
diverses forces, el pes del sostre, el possible vent,
possibles acumulacions de neu, etc. Totes elles
han de ser suportades per l’estructura.
Una altra conseqüència de l’aplicació de forces es que pot modificar l’estat de repós
o de moviment d’un cos.
𝐹 = 0 → 𝑣 = 0 𝐹 ≠ 0 → 𝑣 ≠ 0
Per exemple si tenim un cotxe en repós (la seua velocitat és nula, 𝑣 = 0) i li
apliquem una força segons la figura, el resultat serà que el cotxe adquereix una
velocitat (𝑣 ≠ 0), accelera i es desplaça. Per tant si volem desplaçar un cos hem
d’aplicar-li una força.
Per contra si tenim un cotxe que circula a una certa velocitat i apliquem una força
en sentit contrari a la marxa del vehicle, aquest reduirà la seua velocitat (decelera)
i acabarà parant-se
Si l’acció d’un força provoca una acceleració (o deceleració) del cos al qual s’aplica,
puguem dir que:
𝑎 =𝐹
𝑚
També puguem escriure l’equació d’aquesta forma: 𝐹 = 𝑚 · 𝑎
La força és una magnitud física (en aquest cas una magnitud vectorial), que té com
unitat el newton (N) i que es representa mitjançant una fletxa que s’anomena
vector.
F F F
F
F
F v
Els elements mecànics
IES Sivera Font-CFGM
10
Activitat 4: Amb les dades de l’activitat 2, si el vehicle té una massa de 1000 kg
calcula quina força és necessari aplicar.
Dades:
acceleració: 27,7 m/s2
temps: 10 segons
𝐹 = 𝑚 · 𝑎 = 1000 𝑘𝑔 · 27,7 𝑚
𝑠2= 27 700 𝑁
En les màquines les forces les puguem classificar amb dos tipus, les forces motrius
(Fm) que són les generades pels dispositius motrius (motors) i les forces resistents
(Fr)que són les que ofereixen els materials a ser treballats (tallar, foradar, doblegar,
etc)
Així en una màquina de cosir la força resistent és la que
ofereix la tela a ser perforada per l’agulla. La força
motriu és la que fa l’agulla sobre la tela, força que li
arriba des del motor elèctric de la màquina mitjançant
diversos mecanismes.
El que sempre ha de passar és que les forces motrius
han de ser, almenys, iguals a les forces resistents. Per
aquest motiu les agulles acaben en punta així la força
motriu per foradar la tela és més reduïda.
Un altre exemple el tenim quan elevem una càrrega
mitjançant una corriola.
Com hem dit si les dues forces són iguals la caixa està en
equilibri (ni puja ni baixa):
𝐹𝑚 = 𝐹𝑟 → 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑙𝑖𝑏𝑟𝑖
Si la força motriu és inferior a la força resistent la caixa
baixarà:
𝐹𝑚 < 𝐹𝑟 → 𝑙𝑎 𝑐𝑎𝑖𝑥𝑎 𝑏𝑎𝑖𝑥𝑎
Si la força motriu és superior a la força resistent la caixa pujarà:
𝐹𝑚 > 𝐹𝑟 → 𝑙𝑎 𝑐𝑎𝑖𝑥𝑎 𝑝𝑢𝑗𝑎
𝐹𝑟 (𝑝𝑒𝑠)
𝐹𝑚
Els elements mecànics
IES Sivera Font-CFGM
11
1.4. Forces d’inèrcia
Podriem definir com a força d’inèrcia aquella que aplicada a un cos fa que aquest
tinga la tendència a mantenir el seu estat de repós o de moviment.
La força d’inèrcia apareix quan sobre un cos s’exerceix una acceleració o
deceleració, és a dir quan canviem la velocitat inicial del cos.
Les forces d’inèrcia tenen la mateixa direcció que l’acceleració que les provoca, però
el sentit sempre és contrari a l’acceleració.
Un exemple molt conegut de forces
d’inèrcia es dóna quan en un automòbil
que circula a una determinada velocitat i
frena, la disminució de la velocitat pot
ocòrrer en un temps llarg (frenada normal)
o en un temps molt curt (xoc del vehicle).
En aquest cas la força d’inèrcia afecta als
passatgers del vehicle, i encara que en els dos casos la massa del cos és la
mateixa, la força d’inèrcia és més elevada en el cas del xoc ja que la deceleració és
molt més elevada al parar el cotxe en dècimes de segon.
Les forces d’inèrcia poden ser de tal magnitud que en cas
de xoc frontal d’un cotxe els passatgers poden eixir
llançats pel parabrises, amb conseqüències fatals
Per aquest motiu les mesures de seguretat passives
(cinturons de seguretat, air bags, etc) dels vehicles han
anat incrementat-se amb la finalitat de salvaguardar la
integritat del passatgers. Ara bé aquestes mesures sols
seran efectives si funcionen o les utilitzem correctament.
Activitat 5: Calcula la força d’inèrcia que afecta a un passatger de massa 80 kg
que circula en un cotxe a una velocitat de 80 km/h i frena fins parar en 5 segons. I
si xoca i para en 3 dècimes de segon?
Dades:
velocitat inicial: v0=80 km/h=22,22 m/s
velocitat final: vf=0 m/s
massa: m=80 kg
temps: 5 segons
𝐹𝑡=5𝑠 = 𝑚 · 𝑎 = 80 𝑘𝑔 ·22,22 𝑚 𝑠
5 𝑠= 355,52 𝑁
Els elements mecànics
IES Sivera Font-CFGM
12
𝐹𝑡=0,3𝑠 = 𝑚 · 𝑎 = 80 𝑘𝑔 ·22,22 𝑚 𝑠
0,3 𝑠= 5925,33 𝑁
Com es veu per a una mateixa massa quan més reduït és el temps en el qual la
velocitat es redueix, més elevada és la força d’inèrcia. En el segons cas el passatger
experimenta una empenta de 7,5 vegades el seu pes.
Les forces d’inèrcia apareixen en les màquines quan tenim una massa (un pistó, un
volant, etc) que té una velocitat, lineal o circular que varia en el temps, és a dir
tenen velocitats no uniformes.
Quan és dissenya una màquina que tindrà elements amb moviments alternatius és
necessari estudiar quines forces d’inèrcia poden aparèixer durant el seu
funcionament, i així dimensionar de forma adequada aquestos elements. Una biela
en un motor de combustió està sotmesa a forces d’inèrcia alternes molt elevades.
Les forces d’inèrcia poden ser elevades si la màquina té masses grans en moviment
i açò cal tenir-ho en compte ja que al parar el motor de la màquina aquesta
continuarà el seu moviment fins que la força desaparega.
En altres casos utilitzem les forces d’inèrcia en el nostre benefici per exemple quan
s’utilizen per acumular energia en els volants d’inèrcia i així ajudar a regularitzar
el moviment de rotació quan les forces motrius no són continues (motors
d’explosió, màquines de vapor, etc.)
Volant en una màquina de cosir
Volants en una locomotora de vapor
Volant en una màquina de vapor
Joguina amb volant d'inèrcia
Els elements mecànics
IES Sivera Font-CFGM
13
1.5. Moment o parell de forces. Parell motor
Ja hem vist que quan apliquem una força a un cos que pot lliscar li provoquem un
desplaçament linial, que pot ser rectilini o curvilini.
Quan apliquem una força a un element mecànic que pot
girar respecte d’un punt, el resultat és una rotació de
l’element. Així si a la barra de la figura li apliquem una
força F tal com apareix, el resultat és la rotació de la barra
respecte del punt o.
La definició de moment M d’una força F és el resultat de
multiplicar el valor de la força per la distància d que hi ha
des del punt on s’aplica la força fins a l’eix de rotació de la
barra.
𝑀 = 𝐹 · 𝑑 → 𝑀 𝑁𝑚 = 𝐹 𝑁 · 𝑑 (𝑚)
Si expressem la força en newton (N) i la distància en
metres (m), el moment té la unitat de
newton per metre (Nm).
Cal tenir en compte que puguem obtenir el
mateix moment (per exemple el moment
necessari per apretar una femella amb un
par determinat) de dues formes diferents,
outilitzant una clau curta i fent molta
força, o utilitzant una clau més llarga i
fent menys força.
De la figura tenim que :
𝑀𝐴 = 𝐹𝐴 · 𝑑; 𝑀𝐵 = 𝐹𝐵 · 2𝑑; 𝑀𝐴 = 𝑀𝐵 → 𝐹𝐴 · 𝑑 = 𝐹𝐵 · 2𝑑; 𝐹𝐵 =𝐹𝐴 · 𝑑
2𝑑=
𝐹𝐴2
El moment d’un força apareix en moltes ocasions tant en la vida diària com el les
activitats industrials.
Per desfermar els caragols d’una roda necessitem aplicar un moment amb la clau
Per inserir un llevataps en el tap de suro necessitem aplicar un moment
Al pedalejar en una bicicleta estem aplicant un moment en l’eix dels pedals, que no és constant, ja que la força del peu sempre té direcció vertical, però com la inclinació de la biela varia la distància d’aplicació de la força no sempre és la mateixa
Els elements mecànics
IES Sivera Font-CFGM
14
En les màquines amb moviments de rotació és donen dos tipus de moments, un
que el proporciona el dispositiu motriu que anomenarem moment motriu (Mm) i
l’altre el que ofereix la resistència que ha de vèncer la màquina o moment resistent
(Mr)
Un exemple clar es veu en la figura
que representa un mecanisme de
manovella-torn utilitzat durant molts
segles per a elevar càrregues.
Com es veu el pes a elevar
(resistència R) penja d’una corda que
s’enrotlla sobre un tambor, aquest té
un radi r. Per accionar la màquina
disposem d’una manovella de
longitud d solidària amb el tambor, a
l’extrem de la qual apliquem la força
F necessària per elevar la càrrega.
Si apliquem el concepte de moment
d’una força tenim:
𝑚𝑜𝑚𝑒𝑛𝑡 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑡: 𝑀𝑟 = 𝑅 · 𝑟
𝑚𝑜𝑚𝑒𝑛𝑡 𝑚𝑜𝑡𝑟𝑖𝑢: 𝑀𝑚 = 𝐹 · 𝑑
Si la màquina està en equilibri s’ha de complir que:
𝑀𝑟 = 𝑀𝑚 → 𝑅 · 𝑟 = 𝐹 · 𝑑
i si aïllem F podrem calcular quina força és necessària per elevar una determinada
càrrega:
𝐹 =𝑅 · 𝑟
𝑑
Activitat 6: Segons la figura anterior, i tenint en compte les dades següents,
calcua la força que hem de fer per elevar una càrrega de 1 000 N
Dades:
- r= 25 cm
- d= 0,75 m
- R= 1 000 N
- F=?
En els motors, tant tèrmics com elèctrics, la característica del moment de forces
anomenat parell motor, és molt important ja que ens dóna informació sobre la
força que pot fer el motor. Aquesta característica es representa mitjançant una
corba traçada sobre un diagrama parell-velocitat de rotació, doncs el parell
𝐹 · 𝑑 = 𝑅 · 𝑟
𝐹 =𝑅 · 𝑟
𝑑=
1000 𝑁 · 25 𝑐𝑚
75 𝑐𝑚= 333,33 𝑁
Els elements mecànics
IES Sivera Font-CFGM
15
motor varia amb la velocitat del motor.
En un motor tèrmic el parell motor s’obté de la
pressió generada per
la combustió de la
mescla combustible,
que espenta el pistó
i que mitjançant la
biela fa força sobre
el cigonyal i el fa
girar.
Corbes característiques d'un motor tèrmic
1.6. Potència en les màquines
La potència d’una màquina ens informa de amb quina rapidesa pot fer un treball.
Per exemple si dos motors tenen el mateix parell motor però si un motor té més
potència que l’altre, els dos podran fer el mateix treball (per exemple pujar una
cabina d’un ascensor) però el que tinga més potència podrà pujar-la a major
velocitat.
Per definció la potència és igual al treball dividit pel temps emprat en realitzar-lo.
𝑝𝑜𝑡è𝑛𝑐𝑖𝑎 =𝑡𝑟𝑒𝑏𝑎𝑙𝑙
𝑡𝑒𝑚𝑝𝑠 → 𝑝 =
𝑊
𝑡
Si operem un poc aquesta equació tenim:
𝑝 =𝑊
𝑡=
𝐹 · 𝑒
𝑡= 𝐹 ·
𝑒
𝑡 → 𝑝 = 𝐹 · 𝑣
Corbes característiques d'un motor elèctric
Els elements mecànics
IES Sivera Font-CFGM
16
La unitat de mesura de la potència és el watt (W) nom que prové de James Watt el
qual a mitat del segle XIX fa construir una màquina de vapor realment eficaç.
Així en l’equació anterior si la força F està en newton (N) i la velocitat v en m/s, la
potència estarà en watt (W)
Segons l’equació anterior la potència pot expressar-se en funció de la força i de la
velocitat.
Aquest concepte és fàcil d’entendre si examinem què passa quan circulem amb
bicicleta. Quan anem per terreny pla només hem de fer la força per véncer la
resistència de l’aire, per tant quasi tota la potència que pot desenvolupar el ciclista
la puguem convertir en velocitat. Tanmateix, quan circulem per una pendent a més
de la resistència de l’aire hem de véncer una part del pes del conjunt bicicleta-
ciclista, per tant si ara hem de fer més força la velocitat ha de disminuir.
En els motors amb moviment de rotació
(elèctrics, tèrmics, hidràulics, pneumàtics,
etc) la potència és funció directa de del
parell motor i de la velocitat de rotació, així
l’equació que relaciona les tres variables és
la següent:
𝑝 =𝐶𝑚 · 𝑛
9 550
on p és la potència en kw
Cm el parell motor en Nm
n la velocitat de rotació en rpm
𝑝 = 𝐹 · 𝑣; 𝑣 = 𝜔 · 𝑟
𝑝 = 𝐹 · 𝜔 · 𝑟; 𝐶 = 𝐹 · 𝑟
𝑝 = 𝐶 𝑁𝑚 · 𝜔 𝑟𝑎𝑑
𝑠
𝑝 = 𝐶 𝑁𝑚 · 𝑛 2𝜋 𝑟𝑎𝑑
𝑟𝑒𝑣·
1 𝑚𝑖𝑛
60 𝑠 =
𝐶 𝑁𝑚 · 𝑛 𝑟𝑝𝑚 60
2𝜋
= 𝑝 (𝑊)
𝑝 =𝐶 𝑁𝑚 · 𝑛 𝑟𝑝𝑚
60·1000
2𝜋
= 𝑝 (𝑘𝑊)
𝑝 =𝐶 𝑁𝑚 · 𝑛 𝑟𝑝𝑚
9 550= 𝑝 (𝑘𝑊)
Els elements mecànics
IES Sivera Font-CFGM
17
Activitat 7: Un ciclista pot desenvolupar una potència de 200 W (un professional
400 W), si està pujant una pendent i ha de fer una força de 72 N, calcula a quina
velocitat pot pujar la pendent.
Dades:
F= 73 N
p= 200 W
v=?
Activitat 8: Un motor de gasolina esta girant a 5 000 rpm, i a aquesta velocitat
proporciona un parell motor de 112 Nm. Calcula la potència que proporciona en kw
i en cv
Dades:
Cm= 112 Nm
n= 5000 rpm
p=?
Activitat 9 Un motor de Fórmula 1 proporciona un parell motor de 445,15 Nm i
una potència de 950 cv. Calcula a quina velocitat gira el motor.
Dades:
Cm= 445,15 Nm
n= ¿ rpm
p=950 cv
𝑝 = 𝐹 · 𝑣
𝑣 =𝑝
𝐹=
200 𝑊
73 𝑁= 2,74 𝑚 𝑠
𝑣 = 2,74 𝑚
𝑠·
1 𝑘𝑚
1000 𝑚·
3600 𝑠
1 = 9,94 𝑘𝑚
𝑝 =𝐶𝑚 · 𝑛
9 550=
112 𝑁𝑚 · 5000 𝑟𝑝𝑚
9 550= 58,63 𝑘𝑊
𝑝 = 58,63 𝑘𝑊 ·1 𝐶𝑉
0,736 𝑘𝑊= 79,66 𝑐𝑣
𝑝 = 950 𝑐𝑣 ·0,736 𝑘𝑊
1 𝑘𝑊= 699,2 𝑘𝑊
𝑝 =𝐶𝑚 · 𝑛
9 550=; 𝑛 =
9550 · 𝑝
𝐶𝑚=
9950 · 699,2 𝑘𝑊
445,15 𝑁𝑚= 15 000 𝑟𝑝𝑚
Els elements mecànics
IES Sivera Font-CFGM
18
Elements transmissors del moviment
Són els elements que transmeten el moviment sense modificant sols la velocitat i la
força. Així si el moviment d’entrada és circular el d’eixida també és circular, i si el
moviment d’entrada és linial el d’eixida també és linial.
2.1. Palanques
La palanca és una màquina simple, composta per una barra rígida que pot girar
respecte d’un punt de suport anomenat fulcre. Transformen un moviment linial en
un altre moviment linial.
La palanca consta dels següents elements:
F: punt on fem la força.
R: punt on està la resistència que hem de vèncer.
d: distància que hi ha entre el punt on fem la força i el fulcre.
r: distància que hi ha entre el punt on està la resistència i el fulcre.
La vertadera
utilitat de la
palanca és, que
modificant la
situació del fulcre
i la longitud dels
braços puguent
reduir o
augmentar la
força que hem
de fer per a
vèncer una
determinada
resistència
Llei d’equilibri de la palanca. És l’expressió matemàtica que ens permet calcular qualsevol element de la
palanca coneguent els altres tres. Així és possible modificar els elements de la
palanca de forma que la força (F) que fem puga ser major o menor que la
resistència(R) a vèncer.
𝐹 · 𝑑 = 𝑅 · 𝑟
Palanques de 1r grau Són les que tenen el fulcre entre el punt d’aplicació de la resistència (R) i el punt
d’aplicació de la força (F). Els braços poden ser iguals i per tant F serà igual a R,
o desiguals i en aquest cas quan més prop estiga el fulcre de la resistència
menor serà la força a realitzar.
2
Els elements mecànics
IES Sivera Font-CFGM
19
Activitat 10:Calcula la força que hi ha que fer per alçar el pes. Dades: 𝑅 = 1000 𝑁 𝐹 =? 𝑑 = 2 𝑚 𝑟 = 0,5 𝑚
𝐹 · 𝑑 = 𝑅 · 𝑟
𝐹 =𝑅 · 𝑟
𝑑=
1000 𝑁 · 0,5 𝑚
2 𝑚= 250 𝑁
Palanques de 2n grau En aquestes palanques el fulcre es troba en un extrem i la resistència està entre
la força i el fulcre. La força que hi ha que fer sempre és menor que la resistència
a vèncer.
Els elements mecànics
IES Sivera Font-CFGM
20
Activitat 11:Calcula la força que hi ha que fer per alçar el pes. Dades: 𝑅 = 1000 𝑁 𝐹 =? 𝑑 = 1,5 𝑚 𝑟 = 0,6 𝑚
𝐹 · 𝑑 = 𝑅 · 𝑟
𝐹 =𝑅 · 𝑟
𝑑=
1000 𝑁 · 0,6 𝑚
1,5 𝑚= 400 𝑁
Palanques de 3r grau En aquestes palanques el fulcre es troba en un extrem i la força està entre la
resistència i el fulcre. La força que hi ha que fer sempre és més gran que la resistència a vèncer.
Els elements mecànics
IES Sivera Font-CFGM
21
Activitat 12Calcula la força que hi ha que fer per alçar el pes. Dades: 𝑅 = 1000 𝑁 𝐹 =? 𝑑 = 0,6 𝑚 𝑟 = 1,5 𝑚
𝐹 · 𝑑 = 𝑅 · 𝑟
𝐹 =𝑅·𝑟
𝑑=
1000 𝑁·1,5 𝑚
0,6 𝑚=
2 500 𝑁
2.2. Corrioles
Corriola fixa Està composta per una única corriola que pot girar però
que no es desplaça. En aquesta màquina no s’amplifica la
força que fem, però al canviar la direcció de la força és fa
més còmoda l’elevació de càrregues.
Llei d’equilibri
Determina la relació entre la força que hi ha que fer
per elevar un determinat pes, i ve donada per l’equació
següent:
𝐹 = 𝑅 Avantatge mecànic
És la relació entre entre la força i la resistència:
𝑣 =𝑅
𝐹= 1
Corriola mòbil
Està composta per una corriola que gira i es
desplaça, anomenada corriola mòbil, de la qual penja
la càrrega i una corriola fixa que només gira.
Llei d’equilibri
𝐹 =𝑅
2
Avantatge mecànic
𝑣 =𝑅
𝐹= 2
Els elements mecànics
IES Sivera Font-CFGM
22
Polispast exponencial
Quan la càrrega a elevar és molt pesant, no tenim
prou amb una corriola mòbil. Una solució és anar
col·locant més corrioles mòbils a mesura que la càrrega
a elevar augmenta. Així quan tenim més d’una corriola
mòbil, el mecanisme s’anomena polispast.
En aquest tipus de corriola, de totes les corrioles
només una és fixa, la resta són mòbils.
Llei d’equilibri
𝐹 =𝑅
2𝑛
Avantatge mecànic
𝑣 =𝑅
𝐹= 2𝑛
on n és el nombre de corrioles mòbils.
Polispast lineal
Si bé el polispast exponencial amplifica la força de
forma considerable, el seu muntatge és complicat i a més
la distància que es pot elevar la càrrega és molt reduïda.
Per resoldre aquests desavantatges s’utilitzen els
polispasts lineals. En aquestos les corrioles s’agrupen en
dos grups, un penjat del sostre on es munten les
corrioles fixes i un altre grup, del qual penja la càrrega,
que conté totes les corrioles mòbils.
Llei d’equilibri
𝐹 =𝑅
2 · 𝑛
Avantatge mecànic
𝑣 =𝑅
𝐹= 2 · 𝑛
on n és el nombre de corrioles mòbils.
Corrioles
fixes
Corrioles
mòbils
Els elements mecànics
IES Sivera Font-CFGM
23
2.3. Rodes de fricció
S’utilitzen quan les potències a transmetre són menudes entre eixos paral·lels. La
trasnmissió es realitza per la força
de fricció generada entre les dues
rodes. Per aconseguir una força de
fregament elevada es necessari
que les rodes tinguen una banda
de rodadura (d’elevat coeficient de
fregament) per exemple de goma i
a més s’ha d’exercir una força que
aplicada sobre els eixos pressionen
una roda contra l’altra.
Com es veu les dues rodes giren
una en sentit contrari de l’altra.
2.4. Politges i corretges
Quan la distància entre els eixos és gran s’utilitza el dispositiu de politges i corretja.
Aquest sistema s’utilitza quan la
potència a transmetre és menuda on
es munta una corretja o elevada on es
munten dos o més corretges.
En aquest dispositiu la transmissió
també es realitza per fricció entre la
corretja i les politges, per aquest
motiu i per a què la corretja no llisque
aquesta ha d’estar tibant.
Accionament d’una atracció de fira
Sistema d’arrossegament d’una cinta de casset
Goma envolvent
Cables de poliéster
Cautxú
Els elements mecànics
IES Sivera Font-CFGM
24
Com es pot veure les dues politges giren en el mateix sentit de rotació.
Segons les diverses aplicacions que té el sistema així s’utilitzen corretges de
diferents seccions transversals. Encara que totes, bàsicament, estan fetes dels
mateixos materials segons es veu a la figura.
A continuació es pot veure les diverses seccions que poden tindre les corretges
Corretja redona en una màquina de
cosir
Corretja plana amb tensor
Accionament amb 4 corretges
Sistemes per a tensar corretges de transmissió
Els elements mecànics
IES Sivera Font-CFGM
25
2.5. Engranatges
S’anomena engranatge al conjunt
format per dues o més rodes
dentades. Aquestes rodes
dentades també reben el nom de
pinyons.
S’utilitzen quan les potències a
transmetre són elevades o el
moviment entre els eixos ha de ser
sincrònic. Per exemple, una
aplicació dels engranatges són les
caixes de canvi dels automòbils,
les quals han de transmetre
potències entre 50 cv i 400 cv des
del motor fins a les rodes. Una altra aplicació molt coneguda és le muntatge en
rellotges mecànics, on les potències són molt reduïdes però es necessita un
sincronisme perfecte entre les dues agulles per moltes voltes que giren (a les 3 les
agulles han de formar un angle recte entre elles).
Per a què dues rodes dentades puguen engranar s’han de complir dos requisits:
Que les dents de les dues rodes siguen de la mateixa forma.
Que les dents tinguen les mateixes mesures (el mateix mòdul).
Segons la forma dels pinyons i la forma de les dents els engranatges poden ser:
Engranatge cilíndric de dents rectes Les dents són paral·leles a l’eix del pinyó.
S’utilitzen per a unir eixos paral·lels.
Permeten transmetre potències elevades.
Són fàcils de fabricar.
Si giren a velocitats elevades fan molt de
soroll.
Engranatge cilíndric de dents helicoidals Les dents formen un agle amb l’eix del
pinyó.
S’utilitzen per a unir eixos paral·lels.
Permeten transmetre potències elevades.
Són complicats de fabricar.
Encara que giren a velocitats elevades
silenciosos.
Els elements mecànics
IES Sivera Font-CFGM
26
Engranatge cònic S’anomena així perquè les dents es
tallen en un tronc de con.
S’utilitza quan es vol canviar la
direcció del moviment, així els eixos
es tallen.
Segons la conicitat dels pinyons
l’angle entre els eixos pot ser 90º o
més gran o més menut.
Caragol sense fi Està format per pinyó anomenat
caragol que normalment té una
sola dent enrotllada en forma
helicoidal, i per una roda dentada.
Canvia la direcció del moviment
però els eixos no es tallen sinò
que es creuen.
S’utilitza quan es necessita una
reducció molt elevada de la
velocitat. Per les seues
característiques mecàniques és un mecanisme irreversible, és a dir si girem el
caragol la roda girarà, però per molta força que fem sobre la roda mai farem girar
el caragol. Aquesta característica el fa útil, per exemple, com a element en un
muntacàrregues manual.
Donada la versalitat dels engranatges es poden fer tots el muntatges que
necessitem per accionar qualsevol tipus de
màquines.
Tren d’engranatges
Engranatge planetari
caragol
roda
Els elements mecànics
IES Sivera Font-CFGM
27
2.6. Pinyó i cadena
S’utilitzen tant per a transmetre
elevades potències com
potències menudes on es
necessite sincronisme entre els
eixos.
El dispositiu està format per dues
rodes dentades unides per una
cadena de corrons o articulada. A
la imatge es pot veure els
elemnets que constitueixen la
cadena.
Engranatge de dents en espiga
Diferencial de cotxe amb engranatges cònics
Engranatges en un rellotge
Cadenes en la distribució d’un motor
Cadena en una bicicleta
Els elements mecànics
IES Sivera Font-CFGM
28
2.6. Relació de transmissió
Si un mecanisme modifica el valor de les velocitats de rotació, a la relació entre la
velocitat d’entrada al mecanisme i la velocitat d’eixida se l’anomena relació de
transmissió.
Un exemple tipic de mecanisme
d’aquest tipus són les caixes de canvi
dels automòbils, els reductors de
velocitat, el canvi de velocitats d’un
bicicleta, etc.
Aquest tipus de mecanismes són molt
utilitzats ja que permeten modificar el
valor del parell motor i la velocitat de
rotació per adaptar el funcionament
dels motors a les necessitats de la
màquina que accionen.
A la imatge tenim un motor elèctric acoblat a
un reductor de velocitat, després aquest
conjunt s’utilitzarà per accionar una màquina.
Activitat 13 Calcula el parell motor a l’eixida del reductor
si, el reudctor redueix la velocitat del motor 20 vegades.
Dades:
Cm= 9,55 Nm
n= 1500 rpm
reducció velocitat: 20
𝑝𝑜𝑡è𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟: 𝑝𝑚 =𝐶𝑚 · 𝑛𝑚
9550=
9,55 𝑁𝑚 · 1500 𝑟𝑝𝑚
9550= 1,5 𝑘𝑊
Si no tenim en compte les pèrdues de treball per fregament en el reductor, la potència a l’entrada ha
de ser la mateixa que en l’eix d’eixida.
𝑝𝑜𝑡è𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑟𝑒𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜𝑟: 𝑝𝑟 =𝐶𝑟 · 𝑛𝑟
9550= 1,5 𝑘𝑊
𝑟𝑒𝑑𝑢𝑐𝑐𝑖ó 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑡𝑎𝑡: 𝑛𝑟 =𝑛𝑚
20=
1500 𝑟𝑝𝑚
20= 75 𝑟𝑝𝑚
𝑝𝑎𝑟𝑒𝑙𝑙 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑟𝑒𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜𝑟:𝐶𝑟 =𝑝𝑟 · 9550
𝑛𝑟=
1,5 𝑘𝑊 · 9550
75 𝑟𝑝𝑚= 191 𝑁𝑚
191 𝑁𝑚
9,55 𝑁𝑚= 20
Açò significa que quan reduïm la velocitat de rotació augmentem en la mateixa proporció el parell
motor, açò significa que amb motors de reduïda potència puguem accionar màquines que
necessiten un parell elevat.
En la majoria d’aplicacions tècniques els motors (tant elèctrics com tèrmics) tenen
velocitats nominals massa elevades per acoblar-los directament a les màquines que
motor elèctric eix d’eixida
motor elèctric
Els elements mecànics
IES Sivera Font-CFGM
29
han d’accionar, per això entre els motors i les màquines se solen instal·lar sistemes
de reducció de la velocitat.
Relació de transmissió en rodes de fricció i politges
En aquest mecanisme tenim,
- n1: velocitat de la roda motriu
- n2: velocitat de la roda conduïda
- d: diàmetre de la roda motriu
- D: diàmetre de la roda conduïda
La relació de transmissió és: 𝑛1 · 𝑑 = 𝑛2 · 𝐷 → 𝑖 =𝑛1
𝑛2=
𝐷
𝑑
Activitat 14: Segons la figura calcula el diàmetre de la politja conduïda.
Relació de transmissió en els engranatges
En els engranatges en compte de utilitzar
els diàmetres de les rodes s’utilitza el
nombre de dents.
- n1: velocitat de la roda motriu
- n2: velocitat de la roda conduïda
- Z1: nombre de dents de la roda motriu
- Z2: nombre de dents de la roda conduïda
500 rpm
3 000rpm
150 mm
d2
Dades:
n1=3 000 rpm
n2=500 rpm
d1=150 mm
d2=?
𝑑2 =𝑛1 · 𝑑1
𝑛2=
3 000 𝑟𝑝𝑚 · 150 𝑚𝑚
500 𝑟𝑝𝑚= 900 𝑚𝑚
𝑛1 · 𝑑1 = 𝑛2 · 𝑑2
Els elements mecànics
IES Sivera Font-CFGM
30
La relació de transmissió queda: 𝑛1 · 𝑍1 = 𝑛2 · 𝑍2 → 𝑖 =𝑛1
𝑛2=
𝑍2
𝑍1
En els caragols sense fi el nombre de dents de la roda motriu (Z1) és el nombre
d’entrades del caragol, que poden ser una, dues, tres, etc.
Activitat 15: Segons la figura calcula la velocitat de la roda conduïda.
2.7. Juntes Cardan
Són elements de transmissió del moviment circular entre eixos que són paral·lels o
que formen un determinat angle. Les juntes Cardan estan compostos pels elements
que apareixen en la figura.
eix motriu
eix conduït forquilles
creueta Transmissió entre eixos alineats
Transmissió entre eixos formant angle
Transmissió entre eixos paral·lels
Junta Cardan per a potències elevades
Junta Cardan per a potències reduïdes
20 dents
52 dents
1 000 rpm
n2
𝑧1 · 𝑛1 = 𝑧2 · 𝑛2
𝑛2 =𝑧1 · 𝑛1
𝑧2==
20 𝑑𝑒𝑛𝑡𝑠 · 1000 𝑟𝑝𝑚
52 𝑑𝑒𝑛𝑡𝑠=
= 384,61 𝑟𝑝𝑚
Dades:
z1=20 dents
z2=52 dents
n1=1000 rpm
n2= ? rpm
Els elements mecànics
IES Sivera Font-CFGM
31
Elements transformadors del moviment
Són els mecanismes que transformen el tipus de moviment entre eixos, és a dir
poden passar un moviment de rotació a un rectilini o a l’inrevés. Entre molts
mecanismes que complexien aquesta funció en tractarem alguns.
3.1. Manovella-torn
El mecanisme consta dels elements que apareixen en la figura, aquest s’ha utilitzat
druant molts segles per a elevar càregues a certa altura accionat per força
muscular. Les grues romanes o medievals estaven basades en aquest mecanisme.
Hui en dia encara s’utilitza aquest mecanisme encara que accionat per motors
elèctrics.
De les moltes asplicacions que té la manovella- torn en presentem alguns.
3
Màquina de cosir accionada a manovella
Manovella de persiana
Junta Cardan doble per a gran potència
Junta Cardan aplicada a una clau de bugies
Els elements mecànics
IES Sivera Font-CFGM
32
3.2. Biela-manovella
Segons es veu en la figura aquest és un mecanisme que permet transformar un
moviment rectilini
alternatiu del pistó en
un moviment circular
continu del cigonyal
(aplicació en un motor
d’explossió). Aquest
mecanisme és
reversible, és a dir pot
transformar un
moviment circular
continu del cigonyal en
un moviment rectilini
alternatiu del pistó
(aplicació en un compressor d’aire)
Grua medieval feta amb peces de Lego
Accionament d’una locomotora de vapor
Aplicació en una màquina de vapor
Els elements mecànics
IES Sivera Font-CFGM
33
3.3. Caragol i femella
És un mecanisme format per dues peces, una és una
vareta roscada que encaixa en una peça amb forat roscat
anomenada femella. La característica fonamental és que
al girar el caragol aconseguim un moviment linial del
mateix caragol o de la femella. És també un mecanisme
irreversible, quan girem el caragol aquest avança sobre la
femella, però per molt que espentem el caragol aquest no avançarà.
3.4. Pinyó i cremallera
És un mecanisme format
per un pinyó que engrana
sobre una barra dentada
anomenada cremallera.
Permet canviar un
moviment linial de la
cremallera en un
moviment circular del
pinyó. El mecanisme és
Aplicació a un gat Aplicació a una mordassa
Aplicació a un serjant
Femella
Caragol
Aplicació al moviment d’una agulla en
una màquina de cosir
Accionament d’una màquina de cosir manual
Els elements mecànics
IES Sivera Font-CFGM
34
reversible.
Algunes aplicacions d’aquest mecanisme es poden veure tot seguit.
3.5. Lleva i seguidor
El mecanisme està compost per dues
peces, la lleva que és una peça
cilíndrica abombada que gira i el
seguidor que és una vareta que es
recolça sobre la lleva.
El mecanisme permet convertir un
moviment circular de la lleva en un
moviment rectilini alternatiu del
seguidor. Aquest dispositiu és molt
utilitzat per obrir vàlvules, accionar
interruptors, accionar palanques, etc.
Aplicació a una direcció d’automòbil
Mecanisme de cremallera dissenyat per Leonardo da Vinci
Mecanisme d’accionament d’una porta lliscant
Eix motriu d’una locomotora d’un tren cremallera
Els elements mecànics
IES Sivera Font-CFGM
35
Elements mecànics auxiliars
Anomenem elements auxiliars a aquells que no són imprescindibles per al
funcionament d’un màquina, però que milloren el seu funcionament i allarguen la
vida útil de les mateixes. A continuació en veurem alguns.
4.1. Ralentitzadors i frens
Servexien per a reduir la velocitat, sobre tot de rotació, de les màquines o inclús
per parar-les. La majoria dels frens funcionen amb el fregament produït per unes
peces fixes (sabates, pastilles, etc) amb un material d’elevat coeficient de
fregament, que frega sobre una part mòbil (tambor, disc, etc) feta normalment
d’acer. Aquest fregament dissipa l’energia que té l’element en moviment en forma
de calor, i per tant ja que preveure que es poden generar elevades temperatures.
Ralentitzador elèctric
S’utilitza muntat en els eixos
motrius d’autobusos i camions, i
permet reduir la velocitat del
vehicle sense necessitat d’accionar
els frens de les rodes. Amb
aquestos dispositius no es pot
detindre el vehicle del tot, ja que a
mesura que disminueix la velocitat
l’efecte de frenada és menor.
4
Aplicació de les lleves en un motor de
combustió
Programador de lleves d’una rentadora
Els elements mecànics
IES Sivera Font-CFGM
36
Fre de cinta
Estan constituïts per un tambor que gira solidari
amb l’eix que desitgem frenar i una cinta que
abraça el tambor. La cinta es pot apretar contra el
tambor, i així generar la força de fregament
necessària per a frenar, mitjançant palanques.
Fre de tambor
El tambor 1 que està fet de fosa,
gira solidari amb l’eix a frenar. Las
sabates 2 i 3 estan constituïdes per
un suport fet en acer i un material
d’elevat coeficient de fregament i
resistent al calor que freguen contra
la part interna del tambor. Els molls
i els passadors 4 serveixen per a
subjectar les sabates i que al mateix
temps tinguen certa flexibilitat. Els
molls 7 fan que les sabates tornen a
la seua posició de repós quan el
cilindri hidràulic 6 deixa d’espentar
les sabates contra el tambor.
És un fre molt efectiu ja que amb poca força sobre les sabates obtenim una força
de frenat molt elevada, però presenta problemes de refrigeració quan s’utilitza de
manera prolongada.
Fre de disc
Estan formats per tres peces principals que són el disc, les pastilles de fre i la pinça
de subjecció. El disc gira solidari amb l’eix a frenar i la pinça està fixa, dins la pinça
Elements d’un fre de disc
Els elements mecànics
IES Sivera Font-CFGM
37
es col·loquen les pastilles que estan formades per una l’amina d’acer recoberta d’un
material d’elevat coeficient de fregament i resistent al calor. Per a frenar cal fer
força sobre les pastilles i aquestes pressionaran contra el disc per generar la força
de frenat necessària.
En aquest sistema cal fer més força per a frenar, però no tenen problemes de
ventilació. En algunes aplicacions per evitar que els discos s’escalfen excessivament
(cotxes de competició) és fabriquen discos dobles amb autoventilació i inclús els
discos es fabriquen amb materials ceràmics.
4.2. Acumuladors d’energia
Són dispositius que poden acumular energia i després tornar-la en determinats
moments. La seua funció basica és regularitzar el moviment en màquines on
l’impuls motriu és intermitent.
Hi ha dos grans grups de elements acumuladors d’energia que són els molls i els
volants d’inèrcia.
Molls
Estan fets d’acer d’alta elasticitat que al comprimir-se o estirar-se acumulen
energia i que la tornaran en el moment que ens interesse.
Hi ha moltes classes de molls que es classifiquen en funció de la forma de treballar.
Fre de disc doble i autoventilat per a elevades
prestacions Fre de disc en una bicicleta
Molls de compressió Molls de tracció
Els elements mecànics
IES Sivera Font-CFGM
38
Volants d’inèrcia
S’utilitzen en els motor tèrmics (de vapor o d’expossió) per a regularitzar el
moviment de rotació d’aquestos. Estan formats per un disc de gran massa (elevat
moment d’inèrcia) que gira solidari amb l’eix motriu, així durant la carrera de
treball acumulen energia i la tornen en les carreres sense treball.
Molls de torsió Molls de flexió
Molls helicoidals muntats en la suspensió d’un automòbil
Moll espiral muntat en un
rellotge mecànic
Volant muntat en un alternador Volant d’un motor Diesel d’un cilindre
Els elements mecànics
IES Sivera Font-CFGM
39
4.3. Cadells
Són dispositius mecànics formats per
una roda dentada i un gallet que encaixa
en les dents, per la forma de les dents,
la roda i per tant l’eix al qual està fixada,
només pot girar en un sentit, ja que el
gallet impedeix que la roda gira en sentit
contrari.
S’utilitza quan es vol bloquejar la rotació
d’un eix.
Volant en un motor de moto, que a més serveix
per a genera electricitat
Volant en un motor de cotxe, que a més serveix
de suport per a l’embragatge
Els elements mecànics
IES Sivera Font-CFGM
40
4.4. Coixinets i rodaments
Aquestos dos elements tenen com a missió reduir el fregament existent entre els
eixos que giren el suport on es recolcen. Per la seua fabricació poden ser coixenets
llisos i coixinets de rodadura més coneguts com a rodaments.
Coixinets llisos
Normalment estan fets de bronze amb
altres metalls que li proporcionen un
coeficient de fregament reduït i així
afavorir la rotació de l’eix dins el
coixinet. Aquestos necessiten lubricació
que normalment és fa amb oli. En
màquines portàtils on lubricar els
coixinets és complicat es fan de bronze
amb plom o fòsfor i aleshores tenim el
que es coneix com coixinets
autolubricants, ja que no necessitaran
oli durant la seua vida útil.
Coixinets de rodadura
En aquests elements es substitueix el
lliscament dels coixinets llisos per una
rodadura de determinats elements. Un
rodament està format, bàsicament,
per un anell exterior que va col·locat
en el suport o carcassa de la màquina,
un anell interior que es munta sobre
l’eix que gira, els elements rodants
(que poden ser boles, cilindres, cons,
etc) i una peça anomenada gàbia que
manté els elements rodants en la seua
posició. Tant els anells com els
elements rodants estan fabricats en
Coixinets llisos de diverses formes
Coixinets llisos partits. S’utilitzen en el muntatge de les
bieles sobre el cigonyal dels motors d’explossió
Els elements mecànics
IES Sivera Font-CFGM
41
acer d’alta qualitat i a més porten tractaments termoquímics que doten a les
usperfícies d’una elevada duresa.
Segons la forma de treballar dels rodaments poden ser rodaments radials, axials o
mixtes.
Rodaments radials. Suporten esforços radials, és a dir perpendiculars a l’eix
de gir.
Tots els rodaments necessiten lubricació, siga per oli o per greix. Si és per oli els
rodaments van destapats i se’ls ha de garantir la lubricació i si són per greix van
tapats lateralment i de fàbrica se’ls introudeix el greix dins.
Rodaments radials. Suporten esforços axials, és a dir paral·lels a l’eix de gir.
Rodaments mixtes. Poden suportar indistintament esforços axials i radials.
Els elements mecànics
IES Sivera Font-CFGM
42
La forma més normal de designar els rodaments és per les
seues mesures, que bàsicament són el diàmetres exterior
D, el diàmetre interior d i l’amplada del rodament B.
A l’hora d’elegir un rodament s’ha tener en compte sobre
tot, la càrrega que ha de suportar i la velocitat de rotació
de l’eix. Cal tenir en compte que si els rodaments van
lubricats amb greix, la seua velocitat de rotació ha de ser
inferior que si van lubricats amb oli.
4.5. Embragatges
S’utilitzen per a unir eixos de forma temporal. Normalment uneixen l’eix d’un motor
amb l’eix d’accionament de la màquina. A continuació passem a estudiar alguns
tipus d’embragatges.
Embragatges de dents.
A l’esquerre puguem veure un embragatge de dents rectes i a la dreta un de dents
inclinades. En ambdós embragatges la connexió o desconnexió dels eixos
s’aconsegueix desplaçant la part móbil sobre l’eix estriat. Per accionar aquestos
embragatges és necessari que els eixos estiguen parats.
Per poder embragrar o eixos en moviment és necessari recurrir a altres tipus
d’embragatges on la transmissió de la potència es fa mitjançant una força de
fregament.
Embragatges centrifugs.
En aquestos la conneixó o desconnexió dels eixos es fa
de forma automàtica segons la velocitat que porte l’eix
motriu. Funcionen gràcies a la força centrífuga generada
per la velocitat de rotació sobre unes peces excèntriques
recobertes de material de fricció. Aquestes peces
ataquen interiorment una campana solidària a l’eix
conduït. Aquest embragatge s’utilitza quan desitgem que
Part fixa
Part mòbil
Eix estriat
Els elements mecànics
IES Sivera Font-CFGM
43
la connexió entre eixos siga automàtica, així s’utilitza en motoserres, ciclomotors,
etc.
Embragatges cònics.
Aquest dispositiu consta d’una campana 2
amb una superfície interna de forma cònica
muntada sobre l’eix motriu 6. L’eix conduït
disposa d’una peça cònica recoberta de
material de fricció 3. Per a generar la força de
fregament necessària el moll 4 pressió la
peça 3 contra la 2. Mitjançant la palanca 5
puguem retirar el moll i desembragar els
eixos.
c
Aquest sistema és molt utilitzat en els
automòbils. Està compost per un disc
pla forrat de material de fricció per les
dues cares que és l’encarregat de
transmetre la potència del motor a la
caixa de canvis. El disc queda apretat
pel moll cònic entre la maça
d’embrague i el volant del motor (unit
al cigonyal), tot el conjunt queda
muntat en la carcassa. La palanca
serveix per a desembragar i embragar.
Embragatge electromagnètic.
Aquest és
tipus
d’embragatge
funciona
mitjançant la
força
d’atracció
magnètica
generada per
una bobina per
on es fa
circular un corrent elèctric. Una aplicació molt coneguda d’aquest embragatge és el
muntatge del compressor de l’aire condicionat dels automòbils.
Els elements mecànics
IES Sivera Font-CFGM
44
Elements auxiliars d’unió
Són els elements que s’utilitzen per a unir dues o més peces en les màquines.
Aquestes unions poden ser temporals o desmuntables i permanents, segons la
finalitat s’utilitzen diferents.
5.1. Rosques i caragols
S’utilitzen en unions desmuntables i són molt utilitzades en mecànica.
S’anomena rosa qualsevol element mecànic que disposa d’una canal en forma
d’hèlix contínua construït sobre un cilindre.
Segons la posició de l’hèlix, distingirem entre caragols i femelles.
Si l’hèlix és exterior al cilindre, és un caragol.
Si l’hèlix és interior, és una femella.
Podem considerar que la rosa es genera quan un prisma, anomenat filet, s’enrosca
sobre un cilindre, al qual anomenarem nucli.
Tipus de rosques
Les rosques es classificar atenent a una sèrie de característiques que són:
Classes de caragols
En els caragols utilitzats en la indústria podem distinguir entre tres tipus de
caragols que són, els tirafons, els espàrrecs i els perns, els quals es poden veure a
la imatge.
5
Per la forma del filet Pel nombre d’entrades Pel sentit de gir
Pas de rosca
Els elements mecànics
IES Sivera Font-CFGM
45
Una altra característica dels caragols és la forma del cap (o cabota) que serveix per
poder enroscar-lo i desenroscar-lo. Així mateix les femelles poden ser de moltes
formes diferents.
Per a roscar forats és necessari que el forat tinga un diàmetre
inferior al diàmetre nominal del caragol. El diàmetre del forat
depén del diàmetre del caragol i del pas de rosca
A la taula es mostren els diàmetres i els passos de la rosca
mètrica o ISO des del diàmetre d’1 mm fins a 20 mm. A la
columna de la dreta es pot veure el diàmetre de la broca
necessària per a fer el forat.
Classes de caragols
Tipus de cabota de caragols Alguns tipus de caragols de seguretat
Els elements mecànics
IES Sivera Font-CFGM
46
5.2. Clavetes. Llegüetes. Passadors
Aquests sistemes
s’utilitzen quan necessitem
que el moviment d’un
arbre o eix siga solidari
amb qualsevol altre
elements de la màquina.
Per a aquesta funció
s’utilitzen les xavetes i les
llengüetes.
Una xaveta és un prisma de secció generalment rectangular que s’empra per fer
solidari el gir de dues peces mecàniques.
Muntatge amb xaveta
Muntatge d’una llengüeta de disc o
Woodruf
Els elements mecànics
IES Sivera Font-CFGM
47
Un passador és una peça arredonida i allargada que
s’utilitza com a element de subjecció i per fer
solidàries dues peces. Sol estar sotmés a esforços
tallants.
Entre tots els tipus de passadors puguem destacar-
ne alguns que són els que es mostren a la figura
del costat.
5.3. Reblons
Els reblons són peces cilíndriques proveïdes
de cabota i capaços de defromar-se per
compressió. Proporcionen una unió fixa entre
dues peces mecàniques, generalment
planxes i barres o perfils.
Estan formats per la cabota i la canya,
aquesta una vegada col·locada unint les dues
peces es deformarà a colps per formar una
altra cabota.
Les operacions per col·locar
reblons són les següents:
1- Col·locació del rebló i la
sofridera.
2- Es col·loca bé el conjunt
mitjançant l’assentador.
3- S’ajusta la longitud del
rebló al gruix de les planxes.
4- Comença a deformar-se el
rebló amb un martell de bola per
la part plana.
5- Acaba de deformar-se
amb la bola del martell.
6- Se li dóna forma final
mitjançant la boterola.
Els elements mecànics
IES Sivera Font-CFGM
48
Per a unions que no tenen excessives exigències mecàniques s’utilitzen uns reblons
tubulars fets d’alumini, i que són fàcils de col·locar mitjançant unes alicates
especials. A la imatge es pot veure el procés per col·locar aquest tipus de reblons.
5.4. Soldadura
S’anomena soldadura la unió estable de dues peces o de dues parts d’una mateixa
peça, que s’obté per aplicació de calor.
La soldadura es coneix des de fa més de 4000 anys, quan els egipcis soldaven
peces de bronze utilitzant estany com a metall d’aportació. Durant molt segles els
reixats de portes i finestres fetes amb ferro es soldaven utilitzant plom com a
metall d’aportació. En 1885 es va aplicar per primera vegada la soldadura per arc
voltaic, i en 1900 es va aplicar la soldadura autògena aprofitant la combustió del
gas acetilé.
Cabota
Durant el segle XIX i bona part del XX les estructures
metàl·liques anaven reblonades
Les 18 000 peces de la Torre Eiffel estan unides amb 2, 5
milions de reblons
Una aplicació del reblons ha sigut en la fabricació de
calderes de vapor
Peça del casc del Titànic recuperada, on es poden veure
les planxes unides per reblons
Els elements mecànics
IES Sivera Font-CFGM
49
Soldadura tova
La soldadura tova (a baixa
temperatura) s’utilitza per a soldar
components en els circuits impresos.
Utiliza un soldador elèctric i com a
material d’aportació s’usa un fil d’un
aliatge d’estany i plom que fon a 200
ºC. Aquest fil està reblit per dins de
resina que actua com a desoxidant.
Soldadura forta
Té una aplicació molt important en les
instal·lacions fetes amb tub de coure. Per aplicar
el calor s’utilitza un bufador que crema gas butà,
com a material d’aportació s’utilitza llautó,
estany, o aliatges de plata. Com a desoxidant
s’utilitza el bórax
Soldadura per arc elèctric
Aquest equip
està compost
per un
tranformador
que baixa la
tensió de 230
V a un valor
que oscil·la
entre 20 V i
100 V.
D’aquesta
manera
Els elements mecànics
IES Sivera Font-CFGM
50
s’consegueixen en el secundari del transformador intensitats de 250 A, que quan es
forme l’arc oferiran temperatures superiors als 3000 ºC. Al transformador es
connecten un cable amb una pinça on es subjecta l’elèctrode, i un altre cable amb
una altra pinça que es subjecta a la peça a soldar. En aproximar l’elèctrode a la
peça salta una espurna que tanca el circuit elèctric i genera l’arc elèctric.
A mesura que anem soldant l’elèctrode va consumint-se i per tant ja que anar
aproximant la pinça per mantenir la separació constant per a què l’arc no s’apague.
L’elèctrode està format per un nucli d’acer protegit per un revestiment. La calor
generada per l’arc fon
el nucli i el material
fos ompli les arestes i
els buits de les peces
que se solden. El
revestiment protegeix
la soldadura contra
l’oxidació.
Soldadura oxiacetilènica
Amb aquest procediment es poden unir
peces de metalls que tinguen un elevat punt
de fusió. Com a font de calor utilitza una
mescla d’oxigen i acetilé que es crema en un
bufador.
Com a material d’aportació s’empren varetes
del mateix metall que es vol soldar.
Aquest tipus de soldadura necessita d’un
instal·lació específica que es veu a figura
adjunta. Actualment en compte d’un
generador d’acetilé, aquest es presenta en
botelles a pressió igual que l’oxigen.
Els elements mecànics
IES Sivera Font-CFGM
51
Simbologia
Per a posar en pràctica el manteniment de màquines i equips industrials s’han
d’efectuar una sèrie d’operacions i seguir les instruccions específiques de cada tasca
concreta. Per ajudar a realitzar les tasques més habituals del manteniment
preventiu (per exemple posar oli en determinats punts) s’han confeccionar i
normalitzat una sèrie de símbols que permeten de forma visual seguir les
instruccions o interpretar fallides. Dels molts símbols que hi ha, i a tall d’exemple
en mostren una selecció.
Indicador d’hores de servici
Redueix la velocitat
Augmenta la velocitat
Necessitat de manteniment
Nivell Filtro del motor
6
Els elements mecànics
IES Sivera Font-CFGM
52
Normes de prevenció i seguretat en el maneig d’elements
mecànics
És per tots conegut que el treballador en el seu lloc de treball està sotmés a una
lluita contínua amb el medi que l’envolta. Aquest, normalment, es presenta baix la
forma de risc. Per a lluitar contra els riscos utilitzem les Tecniques de Prevenció i
sols quan no es poden utilitzar, cal acudir a les Tècniques de Protecció.
Per evitar l’accident laboral hem d’estudiar la forma d’aïllar el risc eliminant la
possibilitat de que es materialitze l’accident.
Hipotèticament es tracta de crear una barrera de separació entre l’agent material
agressiu i el treballador. Aquesta barrera pot materialitzar-se físicament mitjançant
resguards, dispositius de seguretat, i proteccions personals. Són aquestes barreres
físiques les que presenten una major fiabilitat per no dependre de la voluntat
humana en la seua utilització. Altres barreres no físiques, però complementàries de
les anteriors, són les normes de seguretat i la senyalització.
Estadísticament els accidents a causa de les màquines, motors i òrgans de
transmissió i transport, donen lloc a un promig anual de 155 378 accidents, el que
representa el 14,29 % del total d’accidents.
7.1. Elements de màquines que presenten riscos
Seran tots aquells on existeixca la possibilitat que els treballadors entren en
contacte amb qualsevol mecanisme en moviment i, seran aquests mecanismes els
que necessitaran els resguards. Aquests mecanismes poden ser.
mecanismes de rotació,
mecanismes de tall i abrassió,
sistemes de rotacció amb moviment cap a dins,
mecanismes de conformació de metalls.
A continuació puguem veure alguns punts perillosos en el moviment de rotació.
7
Els elements mecànics
IES Sivera Font-CFGM
53
Els riscos presents en els mecanismes de tall i abrassió poden ser:
Alguns riscos presents en els sistemes de rotació amb moviment cap a dins:
Riscos en els sistemes de conformació de metalls:
Punt de risc en una plegadora Punt de risc en una premsa
Els elements mecànics
IES Sivera Font-CFGM
54
7.2. Dispositius de protecció dels mecanismes
Vistos els principals riscos puguem veure alguns resguards que poden utilitzar-se
per evitar accidents.
Proteccions en corretges, engranatges i politges
Resguards en eixos en rotació Protecció del capçal d’un torn
Protecció de la broca en una
trepadora vertical
Protecció en un serra circular Protecció total en un serra de cinta
Els elements mecànics
IES Sivera Font-CFGM
55
Diverses proteccions en premses.
7.3. Normes bàsiques en la utilització de les eines
No utilitzeu alicates per a girar el tornavís
No utilitzeu el tornavís com a cisell
Les cares s’esmolaran per a què queden
quasi paral·leles
Utilitzeu el tronavís adequat a cada caragol
Al manejar les claus cal estirar no espentar-
les, la clau pot cedir i accidentar-se les mans
No utilitzeu les claus com a martells
Els elements mecànics
IES Sivera Font-CFGM
56
En les claus ajustables cal apretar de forma
que la boca fixa suporte la força
Cal que utilitzeu la clau adequada a cada
femella, aquesta ha de quedar ebn ajustada
en la clau
No col·loqueu tubs al mànec de la clau per
augmentar el braç de palanca
No clo·loqueu peces supletòries en encaixar
les claus en eles femelles
No utilitzeu claus amb clavills, boques
trencades , desgastades, etc
No colpegeu la clau, sobre tot si és ajustable,
amb un martell per apretar o afluixar femelles
Els elements mecànics
IES Sivera Font-CFGM
57
Valoració del desgast dels elements mecànics
8.2. Desgast en els elements mecànics
La causa de la major part de les avaries mecàniques en les màquines es produeixen
pel desgast d’alguns del seus elements. Com ja hem vist per reduir les pèrdues de
treball, la generació de calor i un excessiu desgast entre peces que tenen moviment
relatiu utilitzem els coixinets o els rodaments. Per tant serà en aquests punts on hi
haurà que actuar de forma preferent.
La duració dels coixinets (funcionant en condicions normals) pot ser molt variable
donc hi ha coixinets que no cal canviar-los en tota la vida útil de la màquina. En les
màquies estàtiques la duració dels coixinets o rodaments es mesura en hores de
funcionament, i en les màquines automotrius pot ser en km recorreguts (cas dels
automòbils) o hores de funcionament (maquinària d’obra).
Un altre punt on es produeix desgast és en els engranatges de les trasmissions
(reductors de velocitat), ja que si bé en teoria durant l’engrane de dos pinyons les
dents roden una sobre l’altra, en la realitat es produeix un lliscament entre les
dents que provoca un desgast en els flancs de les dents i que el mecanismes tinga
un funcionament defectuós.
Coixinets llisos
En els motors d’explossió els coixinets del cigonyal i dels caps de les bieles estan
preparats per a tenir un desgast controlat durant tota la vida del motor. Ara bé si
per alguna causa la lubricació falla en algun d’ells el desgast anormal afectarà al
coixinet i pot afectar inclús al colzes del cigonyal.
8
1 Xapa d’hacer
2 Material antifricció
3 Forat i ranura de lubricació
4. Ungla de pocisionament
A l’esquerre es veu un coixinet amb
desgast normal i a la dreta un desgast
excesiu per abrasió
Colze d’un cigonyal ratllat per fallida de la lubricació
Quan un eix ha patit desgast s’ha de comprovar amb un
micròmetre si el desgast està dins de les toleràncies
Els elements mecànics
IES Sivera Font-CFGM
58
Rodaments
Els rodaments estan fabricats per a una vida útil de moltes hores, però tenen dos
enemics principals, un és la possible presència d’aigua i l’altre la falta de lubricació.
Cas que un rodament estiga en contacte amb l’aigua aquesta s’ha d’eliminar el més
aviat possible, ja que en cas contrari apareixeran punts on el rodament s’oxidarà i
produirà el picat de les boles i de les pistes. Aquest efecte té com a conseqüència
que el rodament començarà a fer molt de soroll i si continua treballant en aquestes
condicions es produirà el trencament total del rodament. Així quan en una màquina
amb rodament se senta un soroll que depén de la velocitat de rotació, hi ha que
actuar el més aviat possible i substituir el rodament afectat.
Una altra avaria típica dels rodaments es produeix
quan falla la lubricació, en aquest cas es produeix un
augment excessiu de la temperatura que si es manté
molt de temps provocarà la destrucció total del
rodament amb les possibles coneqüències negatives
sobre la màquina.
Engranatges
Una aplicació dels engranatges en la insdústria
són els reductors de velocitat. Aquests poden ser
per a treballar a altes o baixes velocitats i per a
transmetre potències elevades o menudes.
Un aspecte fonamental en els reductors de
velocitat és la lubricació, aquesta s’ha de fer amb
la quantitat necessària d’oli i de la qualitat
adequada al tipus de treball a efectuar.
Quan la lubricació no és l’adequada és poden
produir nombroses avaries, des de desgast
anormal fins el trencament de dents.
Els elements mecànics
IES Sivera Font-CFGM
59
Les possibles fallides dels engranatges poden ser:
Càrregues excessives o càrregues repentines.
Elevades velocitats.
Deficient alineació dels eixos.
Canvis en l’estructura del metall.
Insuficient duresa dels metalls.
Contaminació del lubricant.
Utilització d’un lubricant no adequat.
A continuació puguem veure alguns tipus de desgast en els engranatges.
8.2. La lubrificació en les màquines
Qualsevol superfície metàl·lica, per polida que semble a primera vista, presenta
rugositats més o menys visibles i en alguns casos microscòpiques. En aquestes
condicions, quan una superfície frega amb una altra, les rugositats entren en
contacte i produeixen un fregament que desgasta el material, origina un
escalfament de les superfícies que pot arribar a ser perillós, i a més aquest
fregament pot suposar importants pèrdues de treball o d’energia.
Per reduir el fregament entre el gran nombre de peces mòbils que contenen les
màquines i, en conseqüència, el desgast i l’escalfament que es genera en aquestes
peces, s’empra la lubrificació.
La lubrificació cosisteix en interposar una capa o pel·lícula d’un líquid,
anomenat lubricant, entre dues superfícies que es desplacen entre
elles o entre els organs actius de qualsevol màquina.
Perquè la lubrificació siga eficaç s’ha d’aconseguir que el lubricant ómpliga les
rugositats de les superfícies en contacte, s’addereixca a elles i forme una capa
Desgast abrasiu, originat per partícules
arrossegades pel lubricant.
Desgast destructiu, originat per
sobrecàrrega.
Cremat a causa d’altes temperatures
per lubricació defectuosa.
Trencament de la dent per fatiga del
material.
Desgast corrossiu per una acció química
sobre el metall a causa d’un oli inadequat.
Els elements mecànics
IES Sivera Font-CFGM
60
flüida, per tant el fregament s’efectua entre dues capes flüides , amb la qual cosa
les pèrdues de treball són menors que en el cas de fregament en sec i les
superfícies es desgasten menys.
Així, el lubricant actua com una capa protectora al desgast de les superfícies, al
mateix temps que disminueix la força necessària per a deslligar una superfície de
l’altra.
Els lubricants han de resistir les pressions a què estan sotmesos entre ambdues
superfícies sense ser expulsats a l’exterior, per a la qual cosa és necessari que
tinguen la viscositat adequada; tanmateix, interessa que no siguen excessivament
viscosos ja que a major viscositat major serà l’esforç de fregament. També és
important que els lubricants no modifiquen la seua viscositat amb els canvis de
temperatura i al contacte amb l’aire, l’aigua i material de les superfícies.
A la imatge següent es pot veure el procés pel què s’estableix i es manté la
pel·lícula de lubricant.
De les moltes característiques que han de tindre els olis lubricants, una de les més
importants és la viscositat, aquesta ens informa de quant li costa fluir a l’oli per un
conducte. Segons el tipus de màquina a lubricar s’ha d’elegir la viscositat
adequada, ja que una viscositat elevada dificultaria el pas de l’oli cap a les zones a
lubricar i una viscositat massa baixa no podria formar la pel·lícula necessària per a
una bona lubricació.
La mesura de la viscositat té diverses unitats de mesura, entre elles la més
utilitzada és la denominació SAE (Societat Americana d’Enginyers) que classifica els
olis segons la taula següent.
Denominació SAE Viscositat en ºE a 50 ºC Viscositat en ºE a 100 ºC Fluidesa
10
20
30
40
50
60
70
3,1 a 4,2
4,2 a 6,4
6,4 a 9,3
9,3 a 11,6
11,6 a 18,8
18,8 a 24,8
24,8 a 32,3
1,4 a 1,6
1,6 a 1,8
1,8 a 2,1
2,1 a 2,3
2,3 a 3,0
3,0 a 3,5
3,5 a 4,1
molt fluïd
fluïd
semifluït
semidens
dens
molt dens
extra dens
Zona d’alta pressió.
L’eix està parat.
Zona d’alta pressió.
L’eix comença a girar.
Zona d’alta pressió. L’eix
gira a velocitat nominal.
Els elements mecànics
IES Sivera Font-CFGM
61
A partir d’una viscositat SAE 50 els olis s’utilitzen per lubricar engranatges i
s’anomenen valvolines . A partir d’una viscositat de SAE 120 són ja greix
consistent.
Com es pot veure la viscositat disminueix molt a mesura que augmenta la
temperatura de funcionament, per això en els motors tèrmics (on les temperatures
varien molt des del moment que es posa en marxa el motor fins que assoleix la
temperatura de règim) i
sobre tot en els
automòbils s’utilitzen olis
multigrau que mantenen
la viscositat més estable
en un rang gran de
temperatures.
A la imatge es pot veure
la comparació de la
fluïdesa entre diferents
olis multigrau.
Lubricació per
greix
S’utilitza per a lubricar coixinets, rodaments i alguns tipus d’engranatges.
Normalment s’aplica mitjançant unes vàlvules automàtiques que deixen entrar el
greix però impedeixen la seua eixida. L’Aplicació del greix s’ha de fer amb una
bomba, bé manual, bé per aire comprimit.
Aspecte extern d’un engrasador Aspecte intern d’un engrasador Bomba per aplicar greix
Els elements mecànics
IES Sivera Font-CFGM
62
Lubricació per oli a barbolleig
S’utilitza en la lubricació d’engranatges on les dents dels pinyons esguiten l’oli
lubricant totes les parts del mecanisme.
Lubricació per oli a pressió
S’utilitza en aquelles màquines on la
lubricació és crítica i cal assegurar que
l’oli arriba fins l’últim punt on es
necessari. És el sistema que s’utilitza en
la lubricació dels motors d’explossió de
quatre temps.
8.3. Manteniment preventiu dels elements mecànics
El manteniment programat consisteix en evitar avaries mitjançant inspeccions
periòdiques; però aquestes han d’estar en un programa amb un cicle determinat de
revisió, amb la finalitat que no puguen passar-se per alt algunes parts més o menys
importants. Pot fer-se aquest mètode mitjançant un planning.
El manteniment preventiu va unit al manteniment programat.
El manteniment preventiu és l’única tècnica que pot assegurar la continuïtat dels
processos de fabricació. Açò no vol dir que per tenir un Servei de Manteniment ja
no hi haurà més reparacions, sinó que l’execució d’aquestes reparacions no afectarà
als programes de fabricació, aprofitant el moment més oportú per realitzar-les i
sempre després de enir al peu d’obra els materials, ferramentes, útils i personal
Lubricació d’engranatges per
barboteig.
Lubricació per
barboteig de les
parets interiors dels
cilindres en un motor
d’explossió.
Els elements mecànics
IES Sivera Font-CFGM
63
qualificat.
No en tots els cassos és vàlid el Manteniment Preventiu, ja que per a certes
màquines serà vital, inútil per a altres, i obligatori sempre que es tracte de punts
que afecten a la seguridad del personal.
És, sobre tot, una qüestió de justa mesura. Si és porta bé, el manteniment
preventiu és més segur i econòmic que les avaries:
pel seu cost,
per l’eliminació de parades,
per l’elecció del moment de la intervenció per a no interferir la fabricació,
per tenir-lo tot preparat i a punt.
Una de les principals tasques del manteniment preventiu és la lubricació, ja que
d’ell depén en un percentatge molt elevat la vida de les màquines, economia de
repostos, etc.
Per portar a cap aquesta tasca de forma general, pot operar-se d’acord amb les
fases següents:
a) Preparació. Aquesta fase es portarà a cap:
Estandaritzant olis i greixos.
Estandaritzant boques d’engrasadors
Elegir sistema de greixatge: centralitzat, individual.
Distribució en planta per el pla de greixatge, en el qual es plasmarà:
ubicació, tipus, freqüència per colors.
b) Llançament. Per al llançament ha de basar-se el Servei de Manteniment en
el planning establert, el qual en circuits a recòrrer amb les seues
característiques del greixatge. A la vegada que es recorren els circuits
assenyalats, pot observar-se si hi ha anomalies de:
- Engrassadors trencats, canonades perforades;
- Corretges en mal estat;
- Sorolls anormals, etc,
c) Control. El control dels engrassadors s’assegurarà:
- Per visites periòdiques;
- Per anomalies ocorregudes per falta de greixatge;
- Dessignant primes especials en cas de reducció de gripats.
Tasques de manteniment de corretges i cadenes
Corretges planes.
No estirar en excés les corretges, ja que només serveix per a escalfar els
eixos i reduir el rendiment del mecanisme.
Cal tensar una corretja nova vàries vegades per col·locar-la bé en el seu
lloc.
És necessari netejar bé la corretja.
Els elements mecànics
IES Sivera Font-CFGM
64
Corretges trapezoidals. Teòricament aquestes corretges són perfectes. En efecte
resolen molts problemes, però també hi ha que emprar-les adequadament:
Permeten distàncies molt curtes entre eixos de politges, són fabricades
sense fi (no hi ha unions ni vibracions).
Han de muntar-se amb una ensió molt baixa, molt inferior a la de les
corretges planes. Si en una transmissió de corretges múltiples es trenca
alguna hi ha que substituir-les totes. No és admissible la presència de
corretges noves i velles en la mateixa transmissió.
No s’ha d’utilitzar mai adherent. La corretja trapezoidal treballa per falca
dins la politja i no per fregament pla. Si les corretges llisquen cal netejar-les
o tornar-les a tensar.
Les corretges es netejaran amb un drap humit amb un dissolvent adquat.
Cadenes. És un dispositiu molt utilitzat i conegut i per reglar-les i conservar-les.
Hi ha que col·locar-la suficientment fluixa, per a què no estire ni salten les
dents.
Quan estiga bruta, és pot rentar amb petroli, rentar-la bé i després assecar-
la i lubricar-la. Si hi ha tapa-cadenes, també cal netejar-lo.
El funcionament de les cadenes és més sorollós que el de les corretges,
tanmateix cal atendre si el soroll entra dins d’allò normal o anormal.
Coixinets. Cal vigilar si tenen el greixatge adequat i si fan algun soroll anormal
Rodaments. Si són estancs només cal observar si fan algun soroll anormal. Si no ho
són cal vigilar si tenen el greixatge adequat.
Engranatges. Cada vegada és més freqüent que l’oli utilitzat en els reductor de
velocitat no es tinga que canviar mai. Açò és degut a què la qualitat dels olis
lubricants és cada vegada major, i amb els olis sintètics es poden fer olis a mesura
de cada necessitat. Tanmateix sempre hi haurà que vigilar si el nivell d’oli és
correcte.
Annex I: Metrotècnia
Un de les activitats fonamentals en les
Control del nivell per vareta
Control del nivell per tapó
Control del nivell visió directa
Els elements mecànics
IES Sivera Font-CFGM
65
tasques de manteniment és la de realitzar mesures amb els diversos instruments
que tenim disponibles. Així farà falta mesurar longituds, diàmetres, comprovar
desgasts, etc. Per poder efectuar totes aquestes mesures disposem d’una sèrie
d’instruments de mesura com són el regle graduat, el peu de rei, el micròmetre i el
rellotge comparador.
Regle graduat
Són làmines d’acer amb les vores graduades amd divisions d’1 mm o de 0,5 mm.
La numeració pot anar en mm o
en cm. A la imatge es pot veure
un regle amb un cantell dividit
en mm i l’altr, fins els 10
primers cm dividit en 0,5 mm.
Cal observar que el zero del
regle coincideix amb la vora,
d’aquesta forma es poden
mesurar profunditats.
Peu de rei
Quan necessitem efectuar mesures inferiors a 0,5 mm ja no puguem utilitzar els
regles i hem de
recurrir a altres
instruments, un
dels més coneguts
és el calibre o peu
de rei.
Bàsicament consta
d’un regle fixe i
petit regle mòbil
anomenat nònius.
Agafem 9 mm del
regle fixe i els dividim en 10 parts, així entre
l’1 del regle i l’1’ del nònius hi ha una
distància de 1 𝑚𝑚 − 9 𝑚𝑚10 = 0,1 𝑚𝑚 , així
diguem que l’apreciació del peu de rei és
d’una dècima de mm o 0,1 mm. Hi ha peu
de rei fins una apreciació de 1/50 mm o dos
centèsimes de mm
Actualment s’ha popularitzat
el peu de rei amb indicació
digital, açò facilita molt la
lectura de les mesures, però
té com a inconvenients que
és més car i depén de les
piles per a funcionar.
Els elements mecànics
IES Sivera Font-CFGM
66
A la imatge es poden veure els tipsu de mesura que es poden fer amb el peu de rei.
A l’hora d’efectuar una mesura hem d’obrir les boques, col·locar la peça entre elles
(preferentment sobre l’extrem final) i tancar les boques, a continuació i sense
traure la peça mirarem la mesura.
Micròmetre
També conegut com caragol micromètric s’utilitza per a mesures de l’ordre d’una
centèsima de mm
Està compost per una peça en
forma de ferradura (1), un tope
(2) fixe i un tope (3) que es
desplaça a dreta o esquerre
segons el sentit de gir del tambor
(6), sobre el cos (7) tenim una
escala graduada doble, per dalt
en mm i per baix en 0,5 mm. Per
efectuar una mesura hem d’obrir
les boques (2 i 3), col·locar la peça entre elles i aproximar
la boca mòbil fins quasi tocar la peça, a continuació
s’aproxima la boca mòbil amb la pereta (5), i sense retirar
la peça efectuem la lectura.
En el cas de la imatge tenim 16 𝑚𝑚 + 0,18 𝑚𝑚 = 16,18 𝑚𝑚
Mesura interior
Mesura exterior
Profunditats
Els elements mecànics
IES Sivera Font-CFGM
67
Annex II: Mecanismes combinats
En la majoria de màquines no funciona un únic mecanisme, sinó que estan
formades per diversos mecanismes combinats que al final proporcionen el
moviment que es necessita.
Un exemple d’aplicació és quan es necessiten reduccions de velocitats elevades i
aquestes es fan mitjançant politges i engranatges en diversos escalons.
Activitat 16: identifica els mecnismes que formen les cadenes cinemàtiques següents.
Reducció amb dos escalons de
politges
Reducció amb tres escalons de
politges
Reducció amb tres escalons
d’engranatges
Reducció amb dos escalons
d’engranatges