ASÍ FUNCIONA EL MOTOR DE GASOLINA

PARTES FUNDAMENTALES DE UN MOTOR DE GASOLINA

Desde el punto de vista estructural, el cuerpo de un motor de explosión o de gasolina se compone de tres secciones principales:

1)Culata

2)Bloque

3)Cárter

LA CULATA

La culata constituye una pieza de hierro fundido (o de aluminio en algunos motores), que va colocada encima del bloque del motor. Su función es sellar la parte superior de los cilindros para evitar pérdidas de compresión y salida inapropiada de los gases de escape.

En la culata se encuentran situadas las válvulas de admisión y de escape, así como las bujías. Posee, además, dos conductos internos: uno conectado al múltiple de admisión (para permitir que la mezcla aire-combustible penetre en la cámara de combustión del cilindro) y otro conectado al múltiple de escape (para permitir que los gases producidos por la combustión sean expulsados al medio ambiente). Posee, además, otros conductos que permiten la circulación de agua para su refresco..

La culata está firmemente unida al bloque del motor por medio de tornillos. Para garantizar un sellaje hermético con el bloque, se coloca entre ambas piezas metálicas una “junta de culata”, constituida por una lámina de material de amianto o cualquier otro material flexible que sea capaz de soportar, sin deteriorarse, las altas temperaturas que se alcanzan durante el funcionamiento del motor.

EL BLOQUE

En el bloque están ubicados los cilindros con sus respectivas camisas, que son barrenos o cavidades practicadas en el mismo, por cuyo interior se desplazan los pistones. Estos últimos se consideran el corazón del motor.

La cantidad de cilindros que puede contener un motor es variable, así como la forma de su disposición en el bloque. Existen motores de uno o de varios cilindros, aunque la mayoría de los coches o automóviles utilizan motores con bloques de cuatro, cinco, seis, ocho y doce cilindros, incluyendo algunos coches pequeños que emplean sólo tres.

El bloque del motor debe poseer rigidez, poco peso y poca dimensión, de acuerdo con la potencia que desarrolle.


Las disposiciones más frecuentes que podemos encontrar de los cilindros en los bloques de los motores de gasolina son las siguientes:

1)En línea
2)En “V”
3)Planos con los cilindros opuestos

Diferente disposición de los cilindros en el bloque de los motores de gasolina: 1.- En línea. 2.- En "V". 3.- Plano de cilindros opuestos.

Los bloques en línea pueden contener 3, 4, 5 ó 6 cilindros. Los motores con bloques en “V” tienen los cilindros dispuestos en doble hilera en forma de “V”. Los más comunes que se pueden encontrar son: “V-6”, “V-8”, “V-10” y “V-12”. Los bloques planos son poco utilizados en los motores de gasolina, aunque se pueden encontrar de 4, 6 y hasta de 12 cilindros en unas pocas marcas de coches.

A la izquierda se puede ver el bloque de un motor de cuatro cilindros en línea, visto por la parte de arriba.

Existen además otras disposiciones de los pistones en un bloque, como por ejemplo los radiales o de estrella (ilustración de la derecha), estructura esta que se empleó durante muchos años en la fabricación de motores de gasolina para aviones.

El cárter es el lugar donde se deposita el aceite lubricante que permite lubricar el cigüeñal, los pistones, el árbol de levas y otros mecanismos móviles del motor.

Durante el tiempo de funcionamiento del motor una bomba de aceite extrae el lubricante del cárter y lo envía a los mecanismos que requieren lubricación.

Existen también algunos tipos de motores que en lugar de una bomba de aceite emplean el propio cigüeñal, sumergido parcialmente dentro del aceite del cárter, para lubricar “por salpicadura” el mismo cigüeñal, los pistones y el árbol de levas.

Este es un video muy interesante de lo que es un engranaje
http://www.youtube.com/watch?v=_5Cnl2QwwCI&feature=related

Caja de velocidades:


En los vehículos, la caja de cambios o caja de velocidades es el elemento encargado de acoplar el motor y el sistema de transmisión con diferentes relaciones de engranes o engranajes, de tal forma que la misma velocidad de giro del cigüeñal puede convertirse en distintas velocidades de giro en las ruedas. El resultado en la ruedas de tracción generalmente es la reducción de velocidad de giro e incremento del torque.

Los dientes de los engranajes de las cajas de cambio son helicoidales y sus bordes están redondeados para no producir ruido o rechazo cuando se cambia de velocidad. La fabricación de los dientes de los engranajes es muy cuidada para que sean de gran duración. Los ejes del cambio están soportados por rodamientos de bolas y todo el mecanismo está sumergido en aceite denso para mantenerse continuamente lubricado.

Reductores de velocidad



El problema básico de las máquinas es reducir la alta velocidad de los motores a una velocidad utilizable por los equipos de las máquinas. Además de reducir se deben contemplar las posiciones de los ejes de entrada y salida y la potencia mecánica a transmitir.

Para potencias bajas se utilizan moto-reductores que son equipos formados por un motor eléctrico y un conjunto reductor integrado.

Para potencias mayores se utilizan equipos reductores separados del motor. Los reductores consisten en pares de engranajes con gran diferencia de diámetros, de esta forma el engrane de menor diámetro debe dar muchas vueltas para que el de diámetro mayor de una vuelta, de esta forma se reduce la velocidad de giro. Para obtener grandes reducciones se repite este proceso colocando varios pares de engranes conectados uno a continuación del otro.

El reductor básico está formado por mecanismo de tornillo sin fin y corona. En este tipo de mecanismo el efecto del rozamiento en los flancos del diente hace que estos engranajes tengan los rendimientos más bajos de todas las transmisiones; dicho rendimiento se sitúa entre un 40 y un 90% aproximadamente, dependiendo de las características del reductor y del trabajo al que está sometido. Factores que elevan el rendimiento:

* Ángulos de avance elevados en el tornillo.
* Rozamiento bajo (buena lubricación) del equipo.
* Potencia transmitida elevada.
* Relación de transmisión baja (factor más determinante).

Existen otras disposiciones para los engranages en los reductores de velocidad, estas se denominan conforme a la disposición del eje de salida (eje lento) en comparación con el eje de entrada (eje rápido). Así pues serían los llamados reductores de velocidad de engranajes coaxiales, paralelos, ortogonales y mixtos (paralelos + sin fin corona). En los trenes coaxiales, paralelos y ortogonales se considera un rendimiento aproximado del 97-98%, en los mixtos se estima entre un 70% y un 90% de rendimiento.

Además, existen los llamados reductores de velocidad de disposicíon epicicloidal, técnicamente son de ejes coaxiales y se distinguen por su formato compacto, alta capacidad de trasmisión de par y su extrema sensibilidad a la temperatura.

Las cajas reductoras suelen fabricarse en fundición gris dotándola de retenes para que no salga el aceite del interior de la caja.

Características de los reductores

* Potencia, en Kw o en Hp, de entrada y de salida.
* Velocidad, en RPM, de entrada y de salida.
* Velocidad a la salida.(RPM)
* Relación de transmisión[22]
* Factor de seguridad o de servicio (Fs)
* Par transmitido (Mn1- Eje rápido) (Mn2-Eje lento)

Mecanismo diferencial:
El mecanismo diferencial tiene por objeto permitir que cuando el vehículo dé una curva sus ruedas propulsoras puedan describir sus respectivas trayectorias sin patinar sobre el suelo. La necesidad de este dispositivo se explica por el hecho de que al dar una curva el coche, las ruedas interiores a la misma recorren un espacio menor que las situadas en el lado exterior, puesto que las primeras describen una circunferencia de menor radio que las segundas.

El mecanismo diferencial está constituido por una serie de engranajes dispuestos de tal forma que permite a las dos ruedas motrices de los vehículos girar a velocidad distinta cuando circulan por una curva. Así si el vehículo toma una curva a la derecha, las ruedas interiores giran más despacio que las exteriores, y los satélites encuentran mayor dificultad en mover los planetarios de los semiejes de la derecha porque empiezan a rotar alrededor de su eje haciendo girar los planetarios de la izquierda a una velocidad ligeramente superior. De esta forma provocan una rotación más rápida del semieje y de la rueda motriz izquierda.

El mecanismo diferencial está constituido por dos piñones cónicos llamados planetarios, unidos a extremos de los palieres de las ruedas y otros dos piñones cónicos llamados satélites montados en los extremos de sus eje porta satélites y que se engranan con los planetarios.

Una variante del diferencial convencional está constituida por el diferencial autoblocante que se instala opcionalmente en los vehículos todo-terreno para viajar sobre hielo o nieve o para tomar las curvas a gran velocidad en caso de los automóviles de competición.

Mecanismo Piñon-Cadena:
El mecanismo piñón cadena es un método de transmisión muy utilizado porque permite transmitir un movimiento giratorio entre dos ejes paralelos, que estén bastante separados. Es el mecanismo de transmisión que utilizan las bicicletas, motos, y en muchas máquinas e instalaciones industriales. También se emplea en sustitución de los reductores de velocidad por poleas cuando lo importante sea evitar el deslizamiento entre la rueda conductora y el mecanismo de transmisión (en este caso una cadena).

El mecanismo consta de una cadena sin fin (cerrada) cuyos eslabones engranan con ruedas dentadas (piñones) que están unidas a los ejes de los mecanismos conductor y conducido.
Juego de piñones de bicicleta.

Las cadenas empleadas en esta transmisión suelen tener libertad de movimiento solo en una dirección y tienen que engranar de manera muy precisa con los dientes de los piñones. Las partes básicas de las cadenas son: placa lateral, rodillo y pasador. Las ruedas dentadas suelen ser una placa de acero sin cubo (aunque también las hay de materiales plásticos).

Para la relación de transmisión valen las ecuaciones de las ruedas dentadas

Ventajas e inconvenientes

Este sistema aporta beneficios sustanciales respecto al sistema correa-polea, pues al emplear cadenas que engranan en los dientes de los piñones se evita el deslizamiento que se producía entre la correa y la polea. Presenta la gran ventaja de mantener la relación de transmisión constante (pues no existe deslizamiento) incluso transmitiendo grandes potencias entre los ejes (caso de motos y bicicletas), lo que se traduce en mayor eficiencia mecánica (mejor rendimiento). Además, las cadenas no necesitan estar tan tensas como las correas, lo que se traduce en menores averías en los rodamientos de los piñones.

Presenta el inconveniente de ser más costoso, más ruidoso y de funcionamiento menos flexible, al no permitir la inversión del sentido de giro ni la transmisión entre ejes cruzados; además necesita una lubricación (engrase) adecuada.

Tornillo sin fin:
Es un mecanismo diseñado para transmitir grandes esfuerzos, y como reductores de velocidad aumentando la potencia de transmisión. Generalmente trabajan en ejes que se cruzan a 90º.

Tiene la desventaja de no ser reversible el sentido de giro, sobre todo en grandes relaciones de transmisión y de consumir en rozamiento una parte importante de la potencia. En las construcciones de mayor calidad la corona está fabricada de bronce y el tornillo sin fin, de acero templado con el fin de reducir el rozamiento. Si este mecanismo transmite grandes esfuerzos es necesario que esté muy bien lubricado para matizar los desgastes por fricción.

El número de entradas de un tornillo sin fin suele ser de una a ocho. Los datos de cálculo de estos engranajes están en prontuarios de mecanizado.

Tornillo sin fin y corona glóbicos
Tornillo sin fin y corona glóbica.

Con el fin de convertir el punto de contacto en una línea de contacto y así distribuir mejor la fuerza a transmitir, se suelen fabricar tornillos sin fin que engranan con una corona glóbica.

Otra forma de distribuir la fuerza a transmitir es utilizar como corona una rueda helicoidal y hacer el tornillo sin fin glóbico, de esta manera se consigue aumentar el número de dientes que están en contacto.

Finalmente también se produce otra forma de acoplamiento donde tanto el tornillo sin fin como la corona tienen forma glóbica consiguiendo mejor contacto entre las superficies.

Mecanizado de coronas y tornillos sin fin

El mecanizado de las coronas de engranaje de tornillo sin fin se puede realizar por medio de fresas normales o por fresas madre. El diámetro de la fresa debe coincidir con el diámetro primitivo del tornillo sin fin con la que engrane si se desea que el contacto sea lineal. El mecanizado del tornillo sin fin se puede hacer por medio de fresas biocónicas o fresas frontales. También se pueden mecanizar en el torno de forma similar al roscado de un tornillo.

Para el mecanizado de tornillos sin fin glóbicos se utiliza el procedimiento de generación que tienen las máquinas Fellows.

ANÁLISIS DE FUERZAS INTERNAS

ANÁLISIS DE FUERZAS INTERNAS

Fuerzas Internas

Introducción
Hasta ahora se ha estudiado la parte del análisis estructural denominada mecánica donde se determina la
resultante y se averigua si esta en equilibrio o no. Si la resultante es nula el cuerpo esta en equilibrio estático,
condición general de las estructuras; si la resultante es diferente de cero, se suman las fuerzas inerciales para obtener
un equilibrio dinámico.
Por otra parte la rama denominada resistencia de materiales, establece las relaciones entre las cargas
aplicadas y los efectos en el interior de los elementos estructurales1 partiendo de los principios de la mecánica.

Definición
Para estudiar los efectos de las cargas aplicadas, es necesario conocer la magnitud de las fuerzas internas. Las
fuerzas internas son las que están en el interior de los elementos y son las que mantienen unidas todas las partes del
cuerpo (Beer y Johnston, 1979; Singer y Pytel, 1982,).

Formas de estudio
La forma de obtener las fuerzas internas representa de forma global el procedimiento típico del análisis
estructural, importante tener siempre en cuenta para cualquier estudio de un sistema estructural.
Primero se aísla el elemento o miembro de una disposición particular de elementos estructurales. Sobre este se
indica todas las fuerzas aplicadas y reacciones que actúan sobre él2. Esta indicación de fuerzas se denomina
diagrama de cuerpo libre del elemento.

Figura 1. Plano de corte perpendicular (Nota: Según Resistencia de materiales. (p. 2), por Singer, F. y Pytel, A.
1982. México, D.F., México: Harla, s.a. de c.v.)

En el punto en que se desee la magnitud del esfuerzo se hace pasar un plano de corte perpendicular al eje del
cuerpo, y parte de éste, a uno u otro lado de la sección, se separa completamente (véase Figura 1).
En la sección que se investiga se determina el sistema de fuerzas internas necesario para mantener en
equilibrio la parte aislada del elemento.
Una vez resuelto en forma apropiada el sistema de fuerzas que actúa en la sección, las fórmulas establecidas
permitirán determinar los esfuerzos en la sección considerada.
Si se sabe la magnitud del esfuerzo máximo en una sección, se podrá especificar el material apropiado para
ella; o, recíprocamente, si se conocen las propiedades físicas de un material, es posible seleccionar un elemento del
tamaño adecuado.

En algunos otros problemas, el conocimiento de la deformación en una sección arbitraria de un elemento,
originada por las fuerzas internas, permitirá predecir la deformación de la estructura en conjunto y, por tanto, si fuera
necesario, diseñar elementos que no se flexionen o comben excesivamente. (Popov, 1996)

Planos de estudio
El efecto interno depende de la elección y orientación de la sección a estudiar. En general se estudia el plano
XY donde desaparecen tres componentes y queda P, V, M.
Si se orienta un plano de forma tal que se elimine el corte y la resultante sea perpendicular al plano, el efecto
de tensión obtenido es el máximo; esta fuerza es la que en resistencia de materiales se estudia para que la estructura
resista los efectos internos máximos a cualquier combinación de cargas. Conseguir esta orientación del plano es
difícil de lograr, por lo tanto se analizan en planos colocados en la perpendicular al eje del elemento en cualquier
sección (Singer y Pytel, 1982).

Notación y componentes
El primer subíndice indica el plano sobre la que actúa la fuerza y el segundo la dirección de cada una.

Figura 2. Componentes de fuerzas internas (Nota: Según Resistencia de materiales. (p. 3), por Singer, F. y
Pytel, A. 1982. México, D.F., México: Harla, S.A. de C.V.)


Las componentes según el esquema de la Figura 2 son:
Fuerza Axial (Pxx): realiza la acción de tirar y se representa por la fuerza de tracción (tendencia al
alargamiento) y de compresión (tendencia a acortarlo). Se simboliza por P (véase Figura 2).

Valores máximos y mínimos del Efecto Coriolis.

Valores máximos y mínimos del Efecto Coriolis.

Los físicos han definido el valor y la dirección de la aceleración a que se ve sometido un cuerpo que se se mueve respecto a un sistema de referencia que gira. Esta aceleración da lugar a una fuerza ( F= m·a) que, como no surge de una interacción, es una fuerza virtual (como la que aparece sobre un pasajero cuando el autobús (sistema de referencia móvil) acelera o frena (fuerzas inerciales).

La fórmula para calcular la a usa el producto vectorial de W ^ V y es a = 2W^V donde W es el vector de rotación de la Tierra y V la velocidad del objeto respecto a la Tierra. Este producto tiene unas reglas diferentes de la multiplicación normal y dan al resultado no sólo un valor para a, sino también una dirección. El valor viene dado por a = 2·w·v sen q , siendo q el ángulo que forman W y V. Si un objeto se mueve en la misma dirección que el vector que se asigna al giro de la Tierra q= 0, y se sen q= 0.

Veamos algunos casos de cuerpos que se mueven en la superficie de la Tierra.
(recuerda que W es el vector rotación de la Tierra y V la velocidad del objeto).






a) Si un objeto cae hacia la superficie en el Polo de la Tierra, su dirección coincide con la dirección del vector rotación de la Tierra y la aceleración sobre él es cero.


Al caer en el Ecuador su aceleración es máxima y su dirección perpendicular a W y V y hacia la derecha de la dirección de caída. Tiene una componente máxima de desviación hacia la derecha.


b)Un objeto que se mueve horizontalmente sobre la Tierra sufre, según el lugar en que lo haga, diferentes aceleraciones de Coriolis.
Si el viento se mueve en el plano horizonte sobre la superficie de la Tierra:
Para un viento en el Polo Norte, con un movimiento inicial en cualquier dirección, comprobamos que ésta siempre es perpendicular a w. Por lo tanto estará sometido a una aceleración de Coriolis máxima con una dirección perpendicular a W y V y sentido que lo curva hacia la derecha (regla del sacacorchos: abatir w sobre v).

En el Ecuador, salvo que se muevan en la dirección norte-sur, o sur-norte, en cuyo caso a es cero, en los demás casos el valor del aceleración es máximo, pero como está dirigida perpendicular a W y V, desviará el viento en el plano vertical.
Por lo tanto en el Ecuador la aceleración de Coriolis no desvía, ni a la derecha ni a la izquierda, el movimiento del viento en el plano horizontal .
En este sentido el valor de la aceleración de Coriolis que actúa en la desviación del viento en el Hemisferio Norte a la derecha se hace cero en el Ecuador.

Cómo influye la rotación de la Tierra en los vientos: E.Coriolis

Cómo influye la rotación de la Tierra en los vientos: E.Coriolis


La rotación de la Tierra ejerce un efecto sobre los objetos que se mueven sobre su superficie que se llama "Efecto Coriolis".
En el Hemisferio Norte este efecto curva su dirección de movimiento hacia la derecha.

Cuando un objeto inicia un movimiento apuntando en una dirección en el Hemisferio Norte, sea cual sea esa dirección, la trayectoria real resulta curvada hacia la derecha respecto a la dirección inicial. Esto es debido a que la Tierra gira de Oeste a Este.
Cuando se dispara con un cañón de largo alcance, en el momento de apuntar, hay que tener en cuenta este efecto. Con un cañón que alcance 40 km, el punto de impacto se desviará a la derecha de la dirección en que apuntamos. Sin ningún tipo de viento que desvíe la bala, caerá unos cuantos metros a la derecha debido a la rotación de la Tierra.





Dicen los libros que cuando se vacía el lavabo, recipiente ancho y con poco fondo, el agua se desplaza hacia el sumidero central horizontalmente y que, debido al efecto Coriolis, el agua gira en sentido contrario a las agujas del reloj en el Hemisferio Norte y justo en sentido contrario en el Sur. Compruébalo. La experiencia es difícil de realizar porque puede venir influida por rotaciones iniciales inducidas por agitación. A lo mejor compruebas que en tu lavabo no gira en ningún sentido. ¿Se deberá a que el agua se vacía muy rápido y no da tiempo a que la aceleración de Coriolis la haga rotar? ¿Se observaría el efecto con un orificio de salida menor? Investiga siempre que puedas con tus propias experiencia lo que te dicen. Busca información en la RED.

Un objeto que se mueve horizontalmente en cualquier dirección y sobre la superficie terrestre en la zona del Polo, lo hace en una dirección siempre perpendicular a la velocidad angular de la Tierra. En consecuencia, la aceleración de Coriolis (a = 2w^V) que se ejerce sobre él tiene un valor máximo a = 2W·Vsen Q, su dirección es perpendicular a V y su sentido hacia la derecha del avance del cuerpo (tiende a torcer la dirección de avance hacia la derecha). A medida que nos alejamos del Polo hacia el Ecuador la dirección y el valor de a cambia por formar el plano del horizonte y W distintos ángulos.
En el Ecuador el valor de la componente de la aceleración de Coriolis, que desvía los movimientos en la superficie hacia la derecha de su sentido de avance, es cero (para movimientos en el plano horizontal). Esto ocurre cualquiera que sea la dirección del movimiento (sólo deja de cumplirse en una dirección). En cuanto nos alejamos del Ecuador hacia el Polo Norte aparece una componente de giro hacia la derecha que va aumentando a medida que nos acercamos al Polo.

El efecto de Coriolis

El efecto de Coriolis

-La fuerza de Coriolis o efecto de Coriolis, fue descrita por el científico francés Gaspard-Gustave Coriolis, en 1835.

-Se trata de la fuerza producida por la rotación de la Tierra en el espacio, que tiende a desviar la trayectoria de los objetos que se desplazan sobre la superficie terrestre; a la derecha en el hemisferio norte y a la izquierda, en el sur.

-Esta fuerza no sólo aparece durante la rotación de la Tierra sino, en general, para cualquier objeto con masa que se desplaza a una determinada velocidad sobre otro objeto en rotación.

-La fuerza de Coriolis tiene un importante papel en los patrones metereológicos, donde afecta predominantemente a los vientos y al sentido de rotación de las tormentas, así como a la dirección de las corrientes oceánicas.

-El efecto Coriolis debe ser considerado en astronomía y en dinámica estelar, donde afecta a fenómenos tales como el sentido de la rotación de las manchas solares.

-Las trayectorias de aviones, proyectiles de artillería y misiles también deben considerar el efecto Coriolis bajo riesgo de cometer significativos errores.

-Es común ver descrita la fuerza de Coriolis como “parece como si una fuerza está actuando sobre el objeto, pero realmente no hay ninguna fuerza real actuando sobre el objeto”.

¿Podría un astronauta vivir en una nave espacial giratoria?

¿Podría un astronauta vivir
en una nave espacial giratoria?


Eso es justamente lo que están tratando de averiguar dos investigadores con ayuda de la NASA, quienes están muy seguros de que los astronautas podrían adaptarse sin problemas al efecto Coriolis, dejando atrás la ingravidez.

El efecto Coriolis es la fuerza producida por la rotación de la Tierra en el espacio, que tiende a desviar la trayectoria de los objetos que se desplazan sobre la superficie terrestre; a la derecha en el hemisferio norte y a la izquierda, en el sur.


¿Te has percatado alguna vez del remolino que se forma en el desagüe de la tina (bañera)? ¿Has tratado de lanzar una pelota a un amigo desde un carrusel, para que éste la atrape?... lo más seguro es que no puedas hacerlo. De hecho, sentirás que tu brazo es como "tironeado" hacia un lado y el lanzamiento se desviará.

¿Qué sucede?... Muy simple. Estamos en frente de lo que los científicos llaman el "efecto Coriolis", que ocurre en cualquier plataforma giratoria, incluida la tierra y su movimiento de rotación. Así, tenemos que los huracanes se arremolinan debido a este efecto, y lo mismo sucede con el drenaje de los baños y los desagües (ver recuadro en la siguiente página).

¿Pero qué sucedería si los viajes espaciales pudieran ser también una experiencia Coriolis?. Desde hace ya bastante tiempo los investigadores saben que las naves espaciales girando como carruseles podrían resolver muchísimos problemas.

Sucede que en ingravidez los huesos y músculos de los astronautas se debilitan. Es muy difícil comer y beber, e incluso usar el baño. Por el contrario, dentro de una nave espacial giratoria habría una gravedad artificial - debido a las fuerzas centrífugas - que mantiene fuertes los cuerpos y hace más fácil la vida diaria.

Pero no todo es perfecto: un fuerte efecto Coriolis viene de la mano de las naves giratorias. Los objetos lanzados cambian de rumbo, o al querer alcanzar un botón el dedo del astronauta podría tocar en el interruptor equivocado.

El punto entonces es si los astronautas podrían adaptarse a eso lo suficientemente bien como para desenvolverse con seguridad en este peligroso ambiente que conlleva la vida en el espacio. Por ahora, los investigadores James Lackner y Paul DiZio, con apoyo de la Oficina de Investigaciones Físicas y Biológicas de la NASA, están realizando experimentos con personas en cámaras en rotación, para determinar qué tan bien pueden adpatarse los astronautas a la vida a bordo de naves espaciales giratorias.

También esperan descubrir técnicas de entrenamiento que podrían facilitar la transición de ambiente normal a giratorio y viceversa, ya que se ha visto que cuando se da una meta específica para un movimiento, las personas se adaptan más rápidamente.

Todo gracias al cerebro

La idea es la siguiente: cuando se presenta una meta, el cerebro dicta a los músculos el movimiento deseado con mayor precisión, y los cambios de ese movimiento son detectados más fácilmente por retroalimentación sensorial al cerebro.

Además, según los científicos, nuestros cuerpos y cerebros pudieron haber evolucionado para contrarrestar los efectos Coriolis.

Y esto se puede notar en varios ejemplos diarios: cada vez que uno da vuelta y alcanza algo simultáneamente, dando vueltas sobre una silla de oficina, jugando básquetbol, al girar para ver de dónde proviene ese extraño ruido que sentimos detrás de nosotros...

Cada una de las anteriores es una breve experiencia Coriolis, y en cada caso el cerebro hace sobre la marcha los ajustes Coriolis correspondientes.

Y la cosa no termina ahí, ya que en otros experimentos de los investigadores, las personas, después de estar girando por un rato, ya no percibían el efecto Coriolis, y el tironeo que recibían en sus brazos y piernas parecía desaparecer... ¿por qué?, debido a que sus cerebros habían compensado este efecto, por lo que en sus mentes ya no lo notaban.

Es más, cuando estas personas regresaron a sus ambientes no rotativos, sentían un tironeo Coriolis en dirección opuesta, lo que para los científicos se trata de un truco de la mente. Después de otros 10 o 20 intentos en un movimiento orientado a una meta, sus cerebros se reajustan al mundo sin rotación y el efecto "fantasma" desaparecía.

Se descubrió entonces que las personas pueden adaptarse a velocidades tan altas como 25 rpm, es decir, más o menos tan rápido como las personas giran sus cuerpos en la vida diaria. Y en comparación, una nave espacial giraría un poco más despacio, a unos 10 rpm, dependiendo de su tamaño y diseño.

También descubrieron que las personas pueden adaptarse a una pequeña fuerza variable aún cuando esté enmascarada por una mayor fuerza constante.

En otras palabras, los astronautas podrían adaptarse a un variable efecto Coriolis a pesar de alguna fuerza constante de fondo, tal como el impulso constante de los propulsores a base de iones de una nave espacial.

No obstante, aún quedan muchas preguntas por contestar... ¿Cargar herramientas pesadas crea una diferencia?, ¿después de adaptarse una vez puede una persona readaptarse luego más fácilmente? ¿Cuál es la mejor manera de entrenar a los astronautas para la vida en un hogar giratorio?... Habrá que esperar los siguientes estudios.

Mecanismos

MECANISMOS

Todas las máquinas se componen de mecanismos . Un mecanismo es un dispositivo que transforma un movimiento y una fuerza de entrada en otra de salida.

Movimiento y Movimiento

fuerza de Mecanismo y fuerza de

entrada. salida.

Hay dos tipos de movimientos; de movimiento Rotatorio a Rotatorio y

de movimiento rotatorio a rectilíneo (o viceversa), por ejemplo un sistema de poleas realiza el movimiento de rotatorio a rotatorio ya que al rotar una(motriz) traduce el movimiento a la otra(conducida) y hace que rote, y un ejemplo de movimiento rotatorio a rectilíneo es un sistema de cremallera y piñón ya que el piñón rota y la cremallera transforma su rotación en un movimiento rectilíneo.

Podemos encontrar distintos tipos de mecanismos como: Polea, Biela-Manivela, Leva, Engranajes, Tornillo sin fin y Rueda helicoidal, Cadena y piñones, Piñón-Cremallera, Manivela, Tornillo, Palancas, Mecanismos articulados.

A continuación expongo una breve explicación de cada uno de ellos:

SISTEMA DE POLEAS: Una polea es una rueda con una hendidura en la llanta.Tanto la polea como la rueda y el eje pueden considerarse máquinas simples que constituyen casos especiales de la palanca. Una polea fija no proporciona ninguna ventaja mecánica, es decir, ninguna ganancia en la transmisión de la fuerza: sólo cambia la dirección o el sentido de la fuerza aplicada a través de la cuerda.

·Relación de velocidades: la velocidad rotatoria del eje secundario depende de la relación de velocidades del sistema de poleas, y de la velocidad a la que gira el eje motor; y su formula es:

Circunferencia de polea motriz / circunferencia de polea conducida.

Explicación de la relación de velocidades: Cuando se utiliza una polea pequeña para accionar una polea grande, la polea grande gira mas despacio que la polea pequeña.

·Velocidades de ejes rotatorios: Una vez que se conoce la relación de velocidades, se puede calcular la velocidad de rotación de un eje determinado;y su formula es:

RPM del eje motriz x diámetro de la polea motriz / diámetro de la polea conducida.

MECANISMO DE BIELA-MANIVELA: Es un mecanismo que transforma el movimiento rotatorio en movimiento lineal.

Cuando la manivela gira la biela retrocede y avanza, este es un movimiento alternativo.

La distancia que se ha desplazado la biela depende de la longitud de la manivela. La biela se desplaza el doble de la longitud de la manivela.

LEVAS: Este mecanismo también transforma el movimiento rotatorio en lineal.

Una leva es un trozo de metal con una forma especial que se sujeta en un eje.

Un rodillo de leva es un mecanismo diseñado para subir y bajar mientras sigue la forma o perfil de la leva. Se puede mantener firmemente por medio de la gravedad o por medio de la accion de un muelle.

El perfil de una leva determina la distancia recorrida por su rodillo.

ENGRANAJES: Rueda o cilindro dentado empleado para transmitir un movimiento giratorio o alternativo desde una parte de una máquina a otra. Un conjunto de dos o más engranajes que transmite el movimiento de un eje a otro se denomina tren de engranajes. Los engranajes se utilizan sobre todo para transmitir movimiento giratorio, pero usando engranajes apropiados y piezas dentadas planas pueden transformar movimiento alternativo en giratorio y viceversa.

El engranaje más sencillo es el engranaje recto, una rueda con dientes paralelos al eje tallados en su perímetro. Los engranajes rectos transmiten movimiento giratorio entre dos ejes paralelos. En un engranaje sencillo, el eje impulsado gira en sentido opuesto al eje impulsor. Si se desea que ambos ejes giren en el mismo sentido se introduce una rueda dentada denominada 'rueda loca' entre el engranaje impulsor o motor y el impulsado. La rueda loca gira en sentido opuesto al eje impulsor, por lo que mueve al engranaje impulsado en el mismo sentido que éste.

Calculo de la relación de transmisión de un tren de engranajes simple:

Numero de dientes del engranaje motriz / numero de dientes de el engranaje arrastrado

TORNILLO SIN FIN Y RUEDA HELICOIDAL: El tornillo sin fin de la rueda helicoidal transmite el movimiento entre ejes que están en ángulos rectos.

Un engranaje helicoidal tiene solo un diente con forma de hilo de rosca.

Cuando el tornillo sin fin da una vuelta completa, solo gira un diente de la rueda helicoidal, osea, para hacer que la rueda helicoidal de una vuelta completa, el tornillo sin fin tiene que girar el numero de veces que dientes tiene la rueda helicoidal.

Calculo de la relación de transmisión:

Numero de dientes del tornillo sin fin / numero de dientes de la rueda helicoidal.

SISTEMA DE CADENA Y PIÑONES: Un sistema de cadena y piñones es un mecanismo muy fuerte.

Un piñón es una rueda dentada y una cadena es una longitud de eslabones articulados. Transforma un movimiento rotatorio en un movimiento de torsión

Calculo de la relación de velocidades cadena y piñón:

Numero de dientes de piñón motriz / numero de dientes de piñón arrastrado.

PIÑÓN Y CREMALLERA: Una cremallera es un engranaje plano cuyos dientes se engranan con los dientes del piñón.

Si el piñón gira alrededor de un punto fijo, la cremallera se moverá en línea recta.

MANIVELA: Una manivela es un dispositivo por medio del cual el movimiento rotatorio y el momento de torsión se pueden aplicar a un eje.

Cuando se incorporan varias manivelas a un eje , éste se denomina cigüeñal.

MECANISMO DE TORNILLO: El mecanismo de tornillo transforma el movimiento rotatorio en movimiento lineal.

Un tornillo es un surco helicoidal tallado en la superficie de una barra redonda.

Cuando esta roscado en una tuerca el movimiento rotatorio del tornillo produce movimiento rectilíneo en la rosca.

El movimiento rectilíneo producido por el giro del tornillo esta determinado por la separación de la rosca.

PALANCAS: Una palanca simple es una barra rígida que gira sobre un eje en un punto que se denomina fulcro.

Un destornillador actúa como una palanca cuando se usa para abrir un bote de pintura . La fuerza de entrada se denomina esfuerzo, y la de salida se denomina carga.

Calculo de la relación de velocidades:

Distancia recorrida por el esfuerzo / distancia recorrida por la carga.

Calculo del rendimiento mecánico:

Carga/ esfuerzo.

Cuando la fuerza del esfuerzo se aplica a una palanca , la palanca gira alrededor del fulcro. El efecto de rotación producido se denomina momento.

Calculo del momento:

Fuerza x Distancia.

-TIPOS DE PALANCAS: Hay tres tipos o clases diferentes de palancas:

·Palanca de clase 1; Este tipo de palanca tiene el fulcro mas cerca de la carga para mejor rendimiento mecánico.

E C

Fulcro

·Palanca de clase 2; Este tipo de palanca tiene mas cerca la carga al fulcro para mejor rendimiento mecánico.

E

Fulcro

C

·Palanca de clase 3; A diferencia de las palancas de clases 1 y 2, una palanca de clase 3 tiene una desventaja mecánica. La fuerza de entrada es mayor que la fuerza producida en la carga. Sin embargo, la distancia recorrida por la carga es mayor que la distancia recorrida por el esfuerzo.

E

C Fulcro

MECANISMOS ARTICULADOS: Muchas maquinas y artefactos utilizan mecanismos articulados para hacerlas funcionar.

Un mecanismo articulado es un ensamblaje de palancas diseñadas para trasmitir movimiento y fuerza.

Rodadura

Rodadura

La rodadura implica que el cuerpo que rueda sobre una superficie lo hace sin resbalar o deslizarse con respecto a ésta, de modo que el punto o puntos del cuerpo que se hallan instantáneamente en contacto con la superficie se encuentran instantáneamente en reposo (velocidad nula con respecto a la superficie).




Formalismo

La rodadura o condición de "rodar" impone unas determinadas relaciones cinemáticas entre el movimiento lineal y el movimiento angular del móvil que rueda. La Figura 1 muestra un cilindro que rueda sobre una superficie horizontal. Cuando el cilindro gira un cierto ángulo θ, el centro del mismo experimenta un desplazamiento x; la relación existente entre estas dos magnitudes es

x = θ R

siendo R el radio del cilindro. A partir de esta relación encontramos fácilmente, por derivación respecto del tiempo, la relación existente entre la velocidad del centro del cilindro y la velocidad angular (ω):

v = ω R

Una segunda derivación nos permite relacionar la aceleración del centro del cilindro con la aceleración angular (α):

a = α R

La condición de rodadura significa que, en un instante cualquiera, los puntos del cilindro que están en contacto con la superficie se encuentran momentáneamente en reposo. Dichos puntos determinan el eje instantáneo de rotación pura del cilindro. Los demás puntos del cilindro tendrán en ese instante una cierta velocidad, perpendicular al eje instantáneo de rotación y a la línea que une dicha partícula con dicho eje y de módulo proporcional a dicha distancia. Esto equivale a decir que el cilindro está girando en cada instante alrededor de la generatriz del cilindro que está en contacto con la superficie, con una cierta velocidad angular ω.


Ejemplos

Consideremos un automovil en movimiento sobre un pavimento en el que queden impresas las huellas de los neumáticos. La rodadura implica que las huellas serán nítidas, bien definidas. Si al frenar se produce un bloqueo parcial de ruedas, los neumáticos ruedan y resbalan sobre el pavimento y sus huellas no serían nítidas, sino el típico rastro de frenada; este situación no corresponde a la rodadura.

DISEÑO DE ENGRANAJES (Parte II)

DISEÑO DE ENGRANAJES (Parte II)

La siguiente parte es el diseño de los dientes, que deben tener un forma tal que en todo momento exista contacto entre el piñón (el engrane de menor diámetro) y la corona (el engrane de mayor diámetro). El perfil utilizado generalmente es el de la evolvente de círculo y en otro casos el de la cicloide.
La curva evolvente se genera en base a un círculo de base sobre el cual se enrolla un hilo inextensible AB. Dejando el extremo A fijo sobre el círculo, se mueve el extremo B como desenrollando el hilo AB, el extremo B describirá una evolvente que es una curva que cambia de radio punto a punto, comienza con radio nulo y se separa del círculo con radios crecientes. Siempre la parte recta del segmento AB es tangente al círculo.
En la figura siguiente puede apreciarse como se genera esta curva.


Se diseñará a modo de ejemplo un par de engranes para una relación de transmisión de 2 : 1 con módulo 5. Se utilizarán 20 dientes en el piñón y por o tanto 40 dientes en la corona. Los dientes de todo engrane se empujan en una dirección llamada línea de presión, línea de acción o generatriz, esta línea se encuentra inclinada con respecto a la línea AB, tangente a ambos círculos de paso.
Se tiene entonces

DISEÑO DE ENGRANAJES

DISEÑO DE ENGRANAJES Parte I
Un par de engranes que trabajan unidos se diseñan a partir de sus círculos primitivos o de paso, estos círculos son siempre tangentes entre si. El diámetro de estos círculos se obtiene de multiplicar el módulo por la cantidad de dientes. El módulo se define como el tamaño de los dientes y para que dos engranes trabajen juntos deben tener igual módulo. Se tiene entonces :

Dp = M Z

en donde
Dp : diámetro primitivo o de paso
M : módulo
Z : cantidad total de dientes del engrane

Si se tienen dos engranajes 1 y 2 con velocidades de giro n1[ rpm]y n2 [rpm]se pueden obtener unas relaciones de gran utilidad. Si los dos engranes van a trabajar juntos, en una unidad de tiempo ambos recorren la misma cantidad de metros, por ejemplo en un minuto ambos recorren :
n1 p Dp1 = n2 p Dp2

n1 / n2 = Dp2 / Dp1 Pero Dp = M Z

n1 / n2 = Z2 / Z1

Se define la relación de transmisión i : 1 como la cantidad de vueltas que debe dar el engranaje motor para que el engranaje conducido de una vuelta. Por ejemplo, un reductor que disminuya a un cuarto la velocidad de giro tiene una relación 4 : 1.
En general : i = n1 / n2 = Dp2 / Dp1 = Z2 / Z1
De esta forma, un diseño de engranajes parte por definir el módulo y la relación de transmisión que se desea, de esta forma y usando las relaciones anteriores se obtienen los diámetros de paso. Se entregan a continuación los valores típicos para el módulo :
Módulos
Preferidos -- 2da Opción
1 -------------- 1.125
1.25 ---------- 1.375
1.5 ----------- 1.75
2 ------------ 2.25
2.5 ---------- 2.75
3 ------------ 3.5
4 ------------ 4.5
5 ------------ 5.5
6 ------------ 7
8 ------------ 9
10 ---------- 11
12 ---------- 14
16 ---------- 18
20 ---------- 22
25 ---------- 28
32 ---------- 36
40 ---------- 45

Otra forma de indica el tamaño de los dientes es indicando el Paso diametral [dientes/ pulgada], se tiene que :
Pd = Z / Dp Pd : Paso diametral
Pd = 1 / M

Los tamaños más utilizados para el Paso diametral son :
Paso diametral
Bastos---------- Finos
2-------------------- 20
2.25---------------- 24
2.5----------------- 32
3-------------------- 40
4-------------------- 48
6-------------------- 64
8-------------------- 80
10------------------- 96
12------------------- 120
16------------------- 150

Engranajes

ENGRANAJES

Uno de los problemas principales de la Ingeniería Mecánica es la transmisión de movimiento, entre un conjunto motor y máquinas conducidas. Desde épocas muy remotas se han utilizado cuerdas y elementos fabricados de madera para solucionar los problemas de transporte, impulsión, elevación y movimiento.

El inventor de los engranajes en todas sus formas fue Leonardo da Vinci, quien a su muerte en la Francia de 1519, dejó para nosotros sus valiosos dibujos y esquemas de muchas de los mecanismos que hoy utilizamos diariamente.

La forma más básica de un engrane es una pareja de ruedas, una de ellas provistas de barras cilíndricas y la otra formada por dos ruedas unidas por barras cilíndricas.

En la figura se aprecia un mecanismo para repeler ataques enemigos, consiste de aspas al nivel del techo movidas por un eje vertical, unido a un "engranaje" , el movimiento lo producen soldados que giran una rueda a nivel del piso y provocando que los enemigos que han alcanzado el techo sean expulsados. En este mecanismo se muestra la transmisión entre dos ejes paralelos, uno de ellos es el eje motor y el otro el eje conducido.

Leonardo se dedica mucho a la creación de máquinas de guerra para la defensa y el ataque, sus materiales son madera, hierro y cuerdas las que se elaboran en forma rudimentaria, pero sus esquemas e invenciones trascienden el tiempo y nos enseñan las múltiples alternativas que nos brindan mecanismos básicos de palancas, engranes y poleas unidas entre si en una máquina cuyo diseño geométrico es notable.

En la segunda figura se puede apreciar la transmisión trasera para un carro, el eje vertical mueve el "engrane" que impulsa las ruedas hacia adelante o atrás. En este mecanismo los ejes están perpendiculares entre sí.

Se puede deducir que la posición entre los ejes es de gran importancia al diseñar la transmisión. Las situaciones son principalmente tres: ejes paralelos, ejes que se cortan y ejes que se cruzan. Un ejemplo de esta última situación se aprecia en la figura, en donde una manivela mueve un elemento que llamaremos tornillo sin fin el que a su vez mueve la rueda unida a él. En este caso, el mecanismo se utiliza como tecle para subir un balde. Los ejes se encuentran en una posición ortogonal, o sea, se cruzan a 90 grados.

Los engranes propiamente tales son ruedas provistas de dientes que posibilitan que dos de ellas se conecten entre sí. Leonardo nos entrega el siguiente esquema en donde se indican los tres diámetros que definen el tamaño del diente.

CLASIFICACION

Los engranes se clasifican en tres grupos :

• Engranajes Cilíndricos (para ejes paralelos y que se cruzan)
• Engranajes Cónicos (para ejes que se cortan y que se cruzan)
• Tornillo sin fin y rueda helicoidal (para ejes ortogonales)

Engranajes cilíndricos de dientes helicoidales

Los engranajes cilíndricos de dentado helicoidal están caracterizados por su dentado oblicuo con relación al eje de rotación. En estos engranajes el movimiento se transmite de modo igual que en los cilíndricos de dentado recto, pero con mayores ventajas. Los ejes de los engranajes helicoidales pueden ser paralelos o cruzarse, generalmente a 90º. Para eliminar el empuje axial el dentado puede hacerse doble helicoidal.

Los engranajes helicoidales tienen la ventaja que transmiten más potencia que los rectos, y también pueden transmitir más velocidad, son más silenciosos y más duraderos; además, pueden transmitir el movimiento de ejes que se corten. De sus inconvenientes se puede decir que se desgastan más que los rectos, son más caros de fabricar y necesitan generalmente más engrase que los rectos.

Lo más característico de un engranaje cilíndrico helicoidal es la hélice que forma, siendo considerada la hélice como el avance de una vuelta completa del diámetro primitivo del engranaje. De esta hélice deriva el ángulo β que forma el dentado con el eje axial. Este ángulo tiene que ser igual para las dos ruedas que engranan pero de orientación contraria, o sea: uno a derechas y el otro a izquierda. Su valor se establece a priori de acuerdo con la velocidad que tenga la transmisión, los datos orientativos de este ángulo son los siguientes:

Velocidad lenta: β = (5º - 10º)

Velocidad normal: β = (15º - 25º)

Velocidad elevada: β = 30º

Las relaciones de transmisión que se aconsejan son más o menos parecidas a las de los engranajes rectos.

Involuta del círculo base

Para el movimiento que se transmite entre un par de engranes, se suponen dos rodillos en contacto, en donde no hay deslizamiento, al diámetro de estos rodillos se les conoce como diámetro primitivo dp y al círculo que se construye con dp se le conoce como círculo primitivo. Con Un diente de engrane se pretende prolongar la acción de los rodillos, y es por esa razón que el perfil que los describe es una involuta. Para el dibujado de la involuta es necesario definir primero el círculo base (ver sig. fig.).

i.- A partir del círculo primitivo Cp, en el cuadrante superior se traza una recta horizontal tangente al círculo obteniéndose el punto A.

ii.- Luego, pasando por el punto A se traza la recta de línea de contacto de ángulo Ψ (de presión).

iii.- Seguidamente se construye el círculo base concéntrico al círculo primitivo tangente a la línea de contacto, la cual fue dibujada empleando el ángulo de presión Ψ, obteniéndose así el punto B y el radio base rb (segmento OB).

Para dibujar la involuta (ver sig. fig.) debe trazarse un radio del círculo base a un ángulo θ respecto al eje x, obteniéndose así el punto B, luego dibujamos una recta tangente a círculo base a partir del punto B y de longitud igual al arco AB, en donde A es el punto de intersección del círculo base con el eje x. obtendremos entonces un punto (x, y) que pertenece al lugar geométrico de la involuta del círculo base. Si repetimos el procedimiento anterior tres veces para distintos θ y unimos los puntos (x, y) obtenidos empleando plantillas curvas, apreciaremos un bosquejo similar al mostrado en la siguiente figura.

Las ecuaciones paramétricas que modelan el lugar geométrico de la involuta del círculo base pueden expresarse como:

Características que definen un engranaje de dientes rectos

Los engranajes cilíndricos rectos son el tipo de engranaje más simple y corriente que existe. Se utilizan generalmente para velocidades pequeñas y medias; a grandes velocidades, si no son rectificados, o ha sido corregido su tallado, producen ruido cuyo nivel depende de la velocidad de giro que tengan.
•Diente de un engranaje: son los que realizan el esfuerzo de empuje y transmiten la potencia desde los ejes motrices a los ejes conducidos. El perfil del diente, o sea la forma de sus flancos, está constituido por dos curvas evolventes de círculo, simétricas respecto al eje que pasa por el centro del mismo.
•Módulo: el módulo de un engranaje es una característica de magnitud que se define como la relación entre la medida del diámetro primitivo expresado en milímetros y el número de dientes. En los países anglosajones se emplea otra característica llamada Diametral Pitch, que es inversamente proporcional al módulo. El valor del módulo se fija mediante cálculo de resistencia de materiales en virtud de la potencia a transmitir y en función de la relación de transmisión que se establezca. El tamaño de los dientes está normalizado. El módulo está indicado por números. Dos engranajes que engranen tienen que tener el mismo módulo.
•Circunferencia primitiva: es la circunferencia a lo largo de la cual engranan los dientes. Con relación a la circunferencia primitiva se determinan todas las características que definen los diferentes elementos de los dientes de los engranajes.
•Paso circular: es la longitud de la circunferencia primitiva correspondiente a un diente y un vano consecutivos.
•Espesor del diente: es el grosor del diente en la zona de contacto, o sea, del diámetro primitivo.
•Número de dientes: es el número de dientes que tiene el engranaje. Se simboliza como (Z). Es fundamental para calcular la relación de transmisión. El número de dientes de un engranaje no debe estar por debajo de 18 dientes cuando el ángulo de presión es 20º ni por debajo de 12 dientes cuando el ángulo de presión es de 25º.
•Diámetro exterior: es el diámetro de la circunferencia que limita la parte exterior del engranaje.
•Diámetro interior: es el diámetro de la circunferencia que limita el pie del diente.
•Pie del diente: también se conoce con el nombre de dedendum. Es la parte del diente comprendida entre la circunferencia interior y la circunferencia primitiva.
•Cabeza del diente: también se conoce con el nombre de adendum. Es la parte del diente comprendida entre el diámetro exterior y el diámetro primitivo.
•Flanco: es la cara interior del diente, es su zona de rozamiento.
•Altura del diente: es la suma de la altura de la cabeza (adendum) más la altura del pie (dedendum).
•Angulo de presión: el que forma la línea de acción con la tangente a la circunferencia de paso, φ (20º ó 25º son los ángulos normalizados).
•Largo del diente: es la longitud que tiene el diente del engranaje
•Distancia entre centro de dos engranajes: es la distancia que hay entre los centros de las circunferencias de los engranajes.
Relación de transmisión: es la relación de giro que existe entre el piñón conductor y la rueda conducida. La Rt puede ser reductora de velocidad o multiplicadora de velocidad.

Tipos de engranajes

La principal clasificación de los engranajes se efectúa según la disposición de sus ejes de rotación y según los tipos de dentado. Según estos criterios existen los siguientes tipos de engranajes:

Ejes paralos:
•Cilíndricos de dientes rectos
•Cilíndricos de dientes helicoidales
•Doble helicoidales

Ejes perpendiculares :
•Helicoidales cruzados
•Cónicos de dientes rectos
•Cónicos de dientes helicoidales
•Cónicos hipoides
•De rueda y tornillo sin fin

Por aplicaciones especiales:
•Planetarios
•Interiores
•De cremallera

Por la forma de transmitir el movimiento:
•Transmisión simple
•Transmisión con engranaje loco
•Transmisión compuesta. Tren de engranajes

Transmisión mediante cadena o polea dentada:
•Mecanismo piñón cadena
•Polea dentada

Engranaje

Se denomina engranaje o ruedas dentadas al mecanismo utilizado para transmitir potencia de un componente a otro dentro de una máquina. Los engranajes están formados por dos ruedas dentadas, de las cuales la mayor se denomina corona y la menor piñón. Un engranaje sirve para transmitir movimiento circular mediante contacto de ruedas dentadas. Una de las aplicaciones más importantes de los engranajes es la transmisión del movimiento desde el eje de una fuente de energía, como puede ser un motor de combustión interna o un motor eléctrico, hasta otro eje situado a cierta distancia y que ha de realizar un trabajo. De manera que una de las ruedas está conectada por la fuente de energía y es conocido como engranaje motor y la otra está conectada al eje que debe recibir el movimiento del eje motor y que se denomina engranaje conducido.Si el sistema está compuesto de más de un par de ruedas dentadas, se denomina tren de engranajes.

La principal ventaja que tienen las transmisiones por engranaje respecto de la transmisión por poleas es que no patinan como las poleas, con lo que se obtiene exactitud en la relación de transmisión.

MECANISMO DE PEAUCELLIER

El mecanismo de Peaucellier, ideado en 1873 por el capitán de ingenieros del ejército francés Charles Nicholas Peaucellier, permite hacer que un punto del mismo describa arcos de radio arbitrario cuando otro de de sus puntos es obligado a describir un arco de circunferencia adecuado. Su aplicación más extendida consiste en hacer que un punto describa de forma exacta un segmento (no de forma aproximada como en el paralelogramo de Watt, diseñado unos cien años antes). Cuando Lord Kelvin contempló el mecanismo, se dice que comentó que era la cosa más bonita que había visto nunca.

El mecanismo se representa en en el applet superior donde puede acelerar el movimiento con la barra derecha, pararlo con el botón inferior y moverlo con la barra izquierda. La línea vertical derecha (en gris) contiene la trayectoria del punto.

En realidad, el sistema hace que si un punto D describe una curva, otro punto del mecanismo, el C, describe su curva inversa respecto a un punto O, con una constante de inversión igual a a²-b², siendo a,b las longitudes de los dos tipos de barras utilizadas en la construcción del mecanismo. A continuación se procede al análisis geométrico del mecanismo.

El sistema está formado por 6 barras, según muestra la figura; dos de ellas, la OA y la OB son de longitud a y están articuladas a un punto fijo O que será el polo de la transformación inversa. Las cuatro barras forman un rombo articulado ACBD unido en A y B a las dos barras anteriores. Al aplicar el teorema del seno al triángulo OAC, se tien:

a sen a = b sen b (1)

y llamando d,d' a las longitudes OC,OD, se puede escribir

d= a cos a + b cos b

d'= a cos a - b cos b

de donde

dd' = a² cos² a - b² cos² b = a²-b² - a² sen²a + b² sen²b

que, teniendo en cuenta (1) proporciona la relación de inversión

dd' = a²-b²

Es bien sabido que la relación de inversión transforma circunferencias que pasan por el polo en rectas perpendiculares a la recta que une centro y polo, y que a su vez, las rectas que no pasan por el polo se transforman en circunferencias que sí lo hacen (circunferencias que no pasan por el polo se transforman en otras que tampoco lo hacen). Por ejemplo, si D describe un arco de circunferencia de radio R (en trazo discontinuo en la figura), entonces

d' = 2R cos g

donde g es el ángulo polar desde OO', la coordenada x_c según dicho eje de C será

x_c= d cos g = a²-b² /R

que, al ser constante indica que C se mueve sobre la recta indicada en trazo discontinuo en la figura.