MÀQUINES I MECANISMES

1.- MÀQUINES

És un conjunt de mecanismes, amb moviments coordinats, que transforma una forma d’energia en treball útil o en un altre tipus d’energia.

Supleixen i multipliquen l'esforç humà.
Tenen diferents efectes

1.1.- Classificació de les màquines

Les màquines es poden classificar amb diferents criteris:

La finalitat
L’energia primària utilitzada
La complexitat
L’àmbit d’aplicació pertanyent
(etc)

La classificació segons la complexitat és aquesta:

MÀQUINES SIMPLES. Dispositius senzills, amb un o dos elements que només requereixen d’una força per funcionar. Les màquines simples s’utilitzen per multiplicar forces o moviment. Exemples: palanca, roda, pla inclinat...
MÀQUINES COMPLEXES. Transformen l’energia d’entrada, que pot provenir de la natura (vent, aigua o foc) o d’algun combustible, en energia mecànica o altres energies. Màquines motrius. Per exemple: un automòbil, una turbina, un tractor, un coet, un robot, etc.

Fes clic per veure el vídeo

1.2.- Parts d'una màquina

En general s’hi poden identificar 4 grans parts:

L'ESTRUCTURA: On es fixen totes les altres parts.
EL MOTOR: La peça fonamental encarregada de produir la transformació d’energia.
ELS DISPOSITIUS DE CONTROL
ELS MECANISMES: Ens permeten transmetre força i moviment.

2.- MÀQUINES SIMPLES

Són dispositius senzills, constituïdes bàsicament per un sol element, que s’apliquen per ampliar l’efecte d’una força i són la base per a la construcció d’altres màquines.

Arquímedes de Siracusa (287-212 aC) va ser un dels primers a donar a conèixer la teoria del funcionament de les màquines simples. En aquell temps, eren anomenades les cinc grans: la roda, la palanca, el pla inclinat, la falca i el cargol (les dues últimes es basen en el pla inclinat).

2.1.- La palanca

La palanca és, segurament, la primera màquina simple, ja usada des del paleolític, que ens permet fer moltíssimes tasques fàcilment. Una palanca consisteix en una barra rígida capaç de girar al voltant d’un punt de suport o fulcre.

Llei de la palanca: F·D1=R·D2

Fes clic per veure el vídeo

La palanca ens permet multiplicar la força que fem; com més lluny del punt de suport estiguem, menys força haurem de fer. Segons la posició del punt de suport respecte de les forces, podem distingir tres tipus de palanques: de primer grau, de segon grau i de tercer grau.

2.2.- La roda

Un dels invents més notables de la humanitat és la roda. Les aplicacions són moltes: el transport de càrreseves gues amb carros, la politja, la roda hidràulica, el torn, la roda de molí, etc.

Fes clic per veure el vídeo

Una politja o corriola és una roda que té la superfície central en forma de canal per la qual es fa passar una corda o una corretja. El seu principi de funcionament és el d’una palanca de primer grau.

La distància de F i R al punt de suport és la mateixa (radi de la politja). Si volem aixecar un càrrega (R), haurem de fer una força (F) d’igual magnitud.

Si encara volem incrementar més la nostra força, llavors hem de fer una combinació de politges; és el que anomenem polispast. En funció del nombre de politges mòbils usades, podem obtenir avantatges mecànics més grans.

Expressió que determina la força que s'ha de fer: F=R/2n
Expressió que determina la longitud de corda: F·l1=t2

2.3.- El pla inclinat

El pla inclinat és una rampa que permet elevar càrregues, fent menys força que si ho féssim verticalment. Els egipcis feien servir el pla inclinat per a la construcció de piràmides.

F·L=R·h
F=R·h/L

Fes clic per veure el vídeo

Els cargols estan formats per rosques, que són plans inclinats enrotllats sobre una superfície cilíndrica. Quan s’aplica una força i es cargola, es multiplica la força aplicada. La rosca està formada per filets, que es van introduint en el material a roscar amb poc esforç. El pas de rosca és la distància que avança un cargol quan gira una volta.

Les falques o tascons són peces usades per esgallar pedres o troncs d’arbre. Consisteix en una peça, generalment d’acer, en forma prismàtica de base triangular. Podem dir que és un pla inclinat doble en el qual la força que s’aplica perpendicular a la base es transmet multiplicada a les cares del tascó.

3.- MECANISMES

Les màquines més complexes, a més de poder multiplicar o dividir forces, es caracteritzen per transmetre i/o transformar moviment. Aquestes màquines estan formades per diferents peces anomenades mecanismes. Un mecanisme és un conjunt de peces (barres, politges, guies, etc.) que fan funcions de guiatge, transformació i transmissió del moviment relacionat amb les forces que actuen en una màquina.

3.1.- Mecanismes de transmissió de moviment

Els mecanismes de transmissió del moviment permeten passar el moviment d’un eix a un altre, modificant la velocitat i el sentit de gir. Els més importants són: transmissió per engranatges, per cadenes i per corretges.

Les politges, els engranatges i els pinyons són rodes que formen part dels mecanismes de transmissió del moviment circular. La velocitat a què giren s’anomena freqüència de rotació (n) i s’expressa en voltes per minut o revolucions per minut (rpm). La transmissió de moviment d’un eix a un altre es fa mitjançant rodes. En l’eix motriu o d’entrada hi tenim acoblada la roda motriu, i a l’eix conduït o de sortida hi tenim la roda conduïda.

La relació de transmissió (i) indica el nombre de voltes que fa l’eix conduït (n2) per cada volta que fa l’eix motriu (n1) .

La relació de transmissió s'expressa així: I=n2/n1

I<1. La roda conduïda gira més a poc a poc; per tant, és un sistema reductor de velocitat.

I>1. La roda conduïda gira ràpidament; per tant, és un sistema multiplicador de velocitat.

En les transmissions de moviment, la força transmesa és inversa a la velocitat. Així, en un sistema multiplicador de velocitat tenim un sistema reductor de força, i a l’inrevés.

La corretja és un sistema flexible i molt apropiat per dur a terme la transmissió d’un moviment giratori o de rotació d’un eix a un altre paral·lel. La corretja més usada és la de tipus trapezial, però també s’usen les planes i les dentades.

CARACTERÍSTIQUES:

Facilitat i senzillesa per transmetre el moviment a llarga distància.
No necessita un gran manteniment i és un sistema silenciós.
La corretja pot lliscar entre les politges i no és adequada per transmetre grans forces.

En funció dels diàmetres i la disposició de les corretges, amb dues politges podem tenir quatre possibles acoblaments:

Fes clic Fes clic Fes clic

Els engranatges estan constituïts per rodes dentades, de manera que les dents de l’una s’insereixen dins de l’altra. S’usen quan els eixos entre els quals s’ha de transmetre el moviment són molt propers. Els engranatges més comuns són: els helicoïdals, els rectes i els cònics.

CARACTERÍSTIQUES:

Transmissió molt fiable i exacta, ja que no existeix el lliscament entre rodes.
Poden transmetre esforços elevats.
No són útils per a transmissions a distància.

En aquest tipus de transmissió, les dues rodes giren sincronitzades, però en sentit contrari. En funció del nombre de dents de les rodes, tenim sistemes reductors o multiplicadors de velocitat.

Fes clic

S' empren per transmetre moviment entre dos eixos paral·lels que es troben allunyats entre si.

CARACTERÍSTIQUES:

Incorpora els avantatges de les rodes dentades quant a la fiabilitat i la resistència de la transmissió.
Incorpora els avantatges de les politges pel que fa a la distància entre eixos.
Per contra, fa més soroll.

3.2.- Mecanismes de transformació de moviment

Els mecanismes que hem descrit fins ara transmeten moviments circulars. Els que estudiarem a continuació transformen el moviment circular en rectilini alternatiu o a l’inrevés. És el cas del mecanisme biela-manovella i les lleves.

El mecanisme biela-manovella transforma de manera il·limitada el moviment circular en rectilini alternatiu i viceversa.

FUNCIONAMENT:

La manovella o maneta, anomenada també cigonyal, duu acoblada, mitjançant una articulació, la biela. En l’altre extrem de la biela es fixa una altra peça, anomenada pistó.
En girar la maneta fem que el pistó, a través de la biela, llisqui dins una guia de dreta a esquerra alternativament.
Si fem moure el pistó alternativament aconseguirem fer girar la manovella.

Les lleves s’utilitzen bàsicament per transformar moviments circulars en rectilinis alternatius, però no a l’inrevés, com passa amb el mecanisme biela-manovella.