Màquines i mecanismes
QUÈ ÉS UNA MÀQUINA?
Una màquina és un conjunt de mecanismes , amb moviments coordinats, que transforma una forma d'energia en treball útil o en un altre tipus d'energia.
La nevera extreu calor pel seu calor per refrigerar-se
L'excavadora aprofita la seva força per foradar
Els remuntadors aprofiten la seva força per transportar persones
L'automòbil de F1 aprofita la seva potència per córrer més
CLASSIFICACIÓ DE LES MÀQUINES
Les màquines es poden classificar d'acord amb diferents criteris i una manera usual de fer-ho és en funció de la seva complexitat:
- Màquines simples: Dispositius senzills amb un element o dos (palanca, roda pla inclinat...) S'utilitzen per multiplicar forces o moviment.
- Màquines complexes: transformen l'energia d'entrada , que pot provenir de la natura o d'algun combustible , en energia mecànica o altres energies. Parlem de màquines motrius (un tractor,una turbina...)
PARTS D'UNA MÀQUINA
Entre tota la diversitat de màquines en podem distingir quatre grans parts:
- L'estructura: és 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: permeten transmetre força i moviment.
Parts d'una excavadora
LES MÀQUINES SIMPLES
Les 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.
LA PALANCA
- És la primera màquina simple
La palanca consisteix en una barra rígida capaç de girar al voltant d'un punt de suport o fulcre; la seva funció és la de multiplicar l'efecte de la força aplicada.
La palanca
Per tal de que la palanca estigui en equilibri , cal que el producte de la força F pel seu braç o distància al suport (d1) , sigui igual que el producte de la resistència pel seu braç o distància (d2).Això es coneix com a la llei de la palanca:
La podem distingir en tres tipus: primer grau, segon grau i tercer grau
- Primer grau: el punt de suport està al mig
- Segon grau: la resistència està al mig
- Tercer grau: la força està al mig
LA RODA
Les seves aplicacions són moltes: el transport de càrregues amb carros, la politja, la roda hidràulica, el torn, la roda de molí, etc.
La politja i el polispast
Una manera més fàcil i còmoda per poder aixecar pesos de forma vertical és fer ús de la politja o corriola
- 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 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 una càrrega (R) , haurem de fer una força (F) d'igual magnitud.
Tot i la comoditat de la corriola no ens serveix per amplificar la força. Ara bé, si fem que la politja sigui mòbil, podrem duplicar la força que fem.
Si encara volem incrementar la força , llavors hem de passar a la combinació de politjes anomenades polispast
Els polispasts estan formats per politges fixes i politges mòbils. L'expressió que ens determina la força que hem de fer és aquesta:
- F: força necessària per elevar la càrrega
- R: valor de la càrrega
- n: nombre de politges mòbils
Per saber la longitud de la corda estriada, fem sevir la llei de la palanca:
Polispast de quatre politges
- l1: longitud de la corda estriada
- l2: alçada que puja la càrrega
Polispast de dues politges
A part de les politges , disposem d'altres màquines simples que ens poden ajudar a desplaçar càrregues a diferents altures.Els egipcis feien servir el pla inclinat per a la construcció de piràmides.
- El pla inclinat és una rampa que permet elevar càrregues, fent menys força que si ho féssim verticalment
Si pugem la càrrega per la rampa, recorrerem una distància (L) més gran. En canvi, ens costarà menys esforç (F) que si la poguéssim a pols de B a C (h)
El cargol: una aplicació del pla inclinat
Els cargol 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.
Parts d'una rosca
Equivalència entre un pla inclinat i un cargol
Exemple del cargol: la premsa de vi
ELS 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
En funció de si modifiquem o traslladem el moviment , parlem de transmissió del moviment o transformació del moviment
Mecanismes de transmissió de moviment
Permeten passar el moviment d'un eix a un altre, modificant la velocitat i/o el sentit de gir. Els més importants són: transmissió per engranatges, per cadenes i per corretges.
Engranatges
Cadenes
Corretges
Velocitat i relació de transmissió
La velocitat a què giren s'anomena freqüència de rotació (n) i s'expressa en voltes per minut o revolucions per minut (rpm)
- 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: relació de transmissió (no té unitats)
- n1: freqüència de rotació de l’eix motriu (rpm)
- n2:freqüència de rotació de l’eix conduït o de la roda conduïda (rpm)
En funció del resultat de l'operació podem tenir.
- i>1= la roda conduïda gira més ràpidament.És un sistema multiplicador de velocitat
- i<1= la roda conduïda gira més a poc a poc. És un sistema reductor de velocitat
En les transmissions de moviment la força transmesa és inversament proporcional a la velocitat. Així, en un sistema multiplicador de velocitat, tenim un sistema reductor de força, i a l'inrevés
Transmissió per corretges
- La corretja és un sistema flexible i molt apropiat per a la transmissió d'un moviment giratori o de rotació d'un eix a un altre paral·lel.
- Les principals característiques són: la facilitat i senzillesa per transmetre el moviment a llarga distància. Per contra, la corretja pot lliscar entre les politges i no és adequada per transmetre grans forces.
Transmissió per engranatges
Els engranatges estan construïts per rodes dentades , de manera que les dents de l'una s'insereixen dins de l'altra. S'usen quan els eixos són molt propers . Els engranatges més comuns són: els helicoïdals , els rectes i els cònics.
Cònics
Helicoïdal
Rectes
Les principals característiques són: transmissió molt fiable i exacta , poden transmetre esforços elevats. No són útils per a transmissions a distància
Transmissió per cadena
Incorpora avantatges de les rodes dentades quant a la fiabilitat i la resistència de la transmissió, i el de les politges pel que fa a la distància entre eixos
Càlcul de velocitats i relacions de transmissions
- Si anomenem n1 i n2 les veocitats de rotació de la roda motriu i conduïda , z1 i z2 el seu nombre de dents en un a transmissió per engranatges o bé D1 i D2 els seus diàmetres en una transmissió per corretges.
Mecanismes de transformació del moviment
Mecanisme biela-manovella- Els mecanismes que hem descrit fins ara transmeten moviment circulars. N' hi ha d'altres que transformen el moviment circular en rectilini alternatiu o a l'inrevés. És el cas del mecanisme biela-manovella
El mecanisme biela-manovella transforma de manera il·limitada el moviment circular en rectilini alternatiu, i viceversa
La principal aplicació la trobem en els motors d'explosió (cotxes,motos, etc...). També és molt usat en les màquines de cosir.
