Mecanismos de transformación del movimiento

Habiendo trabajado ya los diferentes sistemas de transmisión de movimiento, ya podemos empezar a hablar de mecanismos cuya función, utilizando sistemas de transmisión de movimiento, es la de transformar un tipo determinado de movimiento, en otro diferente.

Siempre que se diseña una nueva máquina para realizar una actividad concreta es preciso considerar todos y cada uno de los mecanismos que constituirán el sistema mecánico de transmisión, transformación y regulación del movimiento de la misma.

El objetivo final deberá ser diseñar y fabricar una máquina, en la que todos sus componentes realicen sincronizadamente la tarea que tienen encomendada, que el conjunto sea rentable, seguro, eficaz y que cumpla con los requisitos y normativas medioambientales.

En un gran número de ocasiones será necesario transformar el movimiento rotativo del motor que alimenta el equipo en un movimiento de otro tipo, por ejemplo lineal o alternativo. Es pues necesario desarrollar múltiples mecanismos transformadores de movimiento. Estos mecanismos pueden llegar a ser muy variados y complejos, pero todos ellos estarán basados en los distintos principios de transmisión que vamos a estudiar a lo largo de este apartado.

Piñón-cremallera

Es un mecanismo compuesto por un piñón o rueda dentada de dientes rectos, que engrana con una barra dentada denominada cremallera de forma que, cuando el piñón gira, la barra dentada se desplaza longitudinalmente.

El mecanismo piñón-cremallera transforma el movimiento giratorio de un eje, en el que va montado un piñón, en movimiento rectilíneo, al engranar los dientes del piñón con los dientes de una barra prismática (cremallera) que se desplaza longitudinalmente.

Dibujo normalizado de un mecanimso piñón-cremallera con sus parámetros fundamentales.
Representación normalizada de un sistema piñón-cremallera.
Representación en 3d de un sistema piñón-cremallera.
Sistema de piñón – cremallera.

Para que el engrane sea posible y el piñón pueda deslizarse sobre la cremallera es preciso que tanto piñón como cremallera posean el mismo módulo.

Este tipo de mecanismo es reversible. Es decir puede funcionar aplicando un movimiento de giro al piñón que es transmitido a la cremallera desplazándolos de forma lineal, o viceversa, si se administran movimientos lineales alternativos a la cremallera, éstos se convierten en movimientos rotativos en el piñón.

Se utiliza taladros de columna, sacacorchos, en la apertura y cierre de puertas sobre guías, y en las direcciones de los automóviles.

Tornillo sinfín-corona

Se denomina tornillo sin fin a una disposición que transmite el movimiento entre ejes que están en ángulo recto (perpendiculares). Cada vez que el tornillo sin fin da una vuelta completa, la corona que tiene unida avanza un número de dientes igual al número de entradas del sinfín.

Dibujo normalizado de un sistema sinfín-corona con los parámetros fundamentales sel sistema.
Representación normalizada de un sistema tornillo sinfín-corona.
Representación 3d de un sistema sinfín-corona.
Mecanismo sinfín-corona
Imagen animada de un sistema tornillo sinfín-corona-
Tornillo sin fin de cuatro entradas con corona.

Biela-manivela

El sistema biela-manivela está constituido por un elemento giratorio denominado manivela, conectado a una barra rígida llamada biela, de modo que cuando gira la manivela, la biela está forzada a avanzar y retroceder sucesivamente.

Este mecanismo transforma el movimiento circular en movimiento rectilíneo alternativo.

Es un sistema reversible, lo que quiere decir que también puede funcionar para convertir un movimiento lineal alternativo en otro de giro, como en el caso de un pistón dentro del cilindro en el motor de un automóvil, donde la manivela se ve obligada a girar.

Animación de un enlace Stephenson.
Sistema biela-manivela

Funcionamiento del mecanismo biela-manivela en locomotoras de vapor.

Imagen animada de un alocomotora de vapor explicando el funcionamiento del sistema biela-manivela.
Animación del sistema biela-manivela en una locomotora de vapor.

1 – Eje de balancín. 2 – Ranura del cigüeñal. 3 – Varilla de empuje. 4 – Cruceta. 5 – Eje barra principal. 6 – Cilindro con control deslizante. 7 – El cilindro de vapor. 8 – Varilla de control.

La biela recibe en (5) el movimiento lineal del pistón y lo transforma en la rotación de las ruedas.

Tornillo-tuerca

El sistema es un mecanismo constituido por un tornillo (también llamado husillo) y una tuerca. Su funcionamiento se basa en que si se mantiene fija la tuerca, el movimiento giratorio del tornillo produce el desplazamiento longitudinal del tornillo y viceversa.

Dibujo normalizado del sistema tornillo-tuerca.
Representación normalizada del sistema tornillo-tuerca.
Imagen 3d del sistema tornillo-tuerca.
Sistema tornillo-tuerca.

Mediante este sistema se consigue convertir el movimiento circular del tornillo en movimiento rectilíneo de la tuerca.

El movimiento circular no tiene por qué ser suministrado por un motor, sino que se puede producir manualmente mediante una manivela como sucede en el tornillo de banco, o en la tajadera del cauce de un riego o en un gato a manivela.

El husillo, al igual que cualquier otro tornillo, se caracteriza por el número de entradas (e) y por el paso de la rosca (p).

Aplicación de un sistema tornillo-tuerca

Leva y excéntrica

El sistema de leva es un mecanismo que permite transformar un movimiento rotatorio en lineal alternativo. Se basa en un elemento de contorno no circular que gira sobre un punto, al girar el perfil de este elemento provoca la subida o la bajada de un seguidor de leva o un palpador.

La excéntrica, es una variación del mecanismo leva-seguidor. Consiste en una rueda cuyo eje de giro no coincide con el centro de la circunferencia. Transforma el movimiento de rotación de la rueda en un movimiento lineal alternativo del seguidor. Es como una leva particular, cuyo contorno es una circunferencia en la que el eje de giro no coincide con el eje de la circunferencia, siendo la carrera del seguidor el doble de la distancia que existe entre el centro de la circunferencia y el eje de giro.

Variación del mecanismo.

Este tipo de transformación de movimiento es irreversible. Es decir el movimiento alternativo del seguidor no es capaz de producir el giro del elemento rotatorio. El palpador o seguidor puede accionar una válvula, un pulsador,…

El recorrido vertical máximo que efectúa el palpador se llama carrera del palpador.

Los puntos extremos del recorrido corresponden a los puntos del perfil de la leva con distancia máxima (radio mayor) o mínima (radio menor) respecto al eje de giro. El valor numérico de la carrera se obtiene restando, del radio mayor, el radio menor. Existen perfiles de leva muy diversos siempre determinados por el movimiento que se requiera en el seguidor, pudiendo adoptar formas realmente complejas. Su función principal es la automatización de máquinas (programadores de lavadora, control de máquinas de vapor, apertura y cierre de contactos eléctricos, de las válvulas de los motores de explosión…).

Dibujo de una rueda excéntrica y de sus elementos.
Rueda excéntrica.
Dibujo de una leva con sus elementos.
Elementos de una leva.
Imagen no disponible
Animación rueda excéntrica.

El árbol de levas.

Cuando es necesario generar una determinada secuencia sincronizada de apertura/cierre, como ocurre con las válvulas de admisión y escape de los cilindros del motor de un automóvil, se sitúan las levas necesarias sobre un solo eje constituyendo un árbol de levas. El palpador en todo momento debe permanecer en contacto con el contorno de la leva. Esto se consigue por medio de la utilización de muellesresortes o a la propia fuerza de la gravedad.

Árbol de levas.
Movimiento sincronizado de dos levas.
Fotografía de un árbol de levas aislado.
Árbol de levas de un motor de combustión interna.

Cigüeñal

Eje con codos y contrapesos que, aplicando el principio del sistema de biela-manivela, transforma el movimien-to rectilíneo alternativo en giratorio o viceversa.

Foto de un cigüeñal aislado.
Cigüeñal.
Dibujo técnico de un cigüeñal señalando sus tres partes principales.
Partes de un cigüeñal.

Se utilizan profusamente en los motores de explosión, donde el movimiento lineal de los pistones dentro de los cilindros se trasmite a las bielas y se transforma en un movimiento rotatorio del cigüeñal que, a su vez, se transmite a las ruedas y otros órganos del motor.

Para que un cigüeñal funcione de forma correcta, es necesario que presente un equilibrio estático distribuyendo su masa uniformemente alrededor del eje, y un equilibrio dinámico, para tratar de evitar las posibles vibraciones generadas durante el giro, causadas por la fuerza transmitida por las bielas. Por este motivo llevan contrapesos, con ellos se consigue que la fuerza centrífuga al girar sea completamente uniforme.

En un cigüeñal se distinguen tres partes:

Imagen animada que muestra el funcionamiento del cigüeñal de un automóvil.
Animación del movimiento de un cigueñal.

 • El eje sirve de guía en el giro. Por él llega o se extrae el movimiento giratorio.

• La muñequilla sirve de asiento a las cabezas de las bielas.

• El brazo es la pieza de unión entre el eje y la muñequilla. Su longitud determina la carrera de la biela.

Los cigüeñales se utilizan en todo tipo de mecanismos que precisen movimientos alternativos sincronizados. Se pueden encontrar mecanismos de este tipo desde máquinas tan grandes como los motores de coches, como en juguetes en los que piernas y manos van sincronizados.

Al final del cigüeñal se sitúa una pieza circular llamada volante de inercia, solidaria al embrague y cuya función principal es arrastrar el cigüeñal cuando éste no tiene el empuje necesario en los pistones debido a los intervalos entre las explosiones.

Cruz de Malta

Consiste en un mecanismo en el que un motor hace girar un volante (luna). Este dispone de una leva, con un vástago (gorrón). Cuando el gorrón en su giro conecta con una pieza en forma de cruz, esta última girará.

Este mecanismo convierte un movimiento circular continuo en un movimiento circular intermitente. 

También es conocida como rueda de Ginebra.

Si observas el funcionamiento del mecanismo, te darás cuenta de que la cruz permanece durante la mayor parte del recorrido del volante bloqueada. Tan solo cuando la leva engarza el pivote con la hendidura de la cruz ésta se encuentra libre y puede girar.

Imagen animada que muestra el funcionamiento de la cruz de Malta.
Animación del movimiento de una cruz de Malta

El avance del pivote en la ranura de la cruz, la arrastra, provocando que ésta gire hasta que vuelve a desengarzarse el pivote de la leva, de la hendidura de la cruz.

Hasta casi el final de la nueva revolución el volante bloquea de nuevo a la cruz, hasta engarzar en la siguiente hendidura de la cruz; de forma que por cada vuelta que gira el árbol motor, la cruz avanza el ángulo formado por los ejes de dos hendiduras consecutivas de la cruz.

Una aplicación de este mecanismo son los proyectores de cine. La película no discurre continuamente ante el proyector, sino que tiene que avanzar fotograma a fotograma, permaneciendo frente a éste un cierto tiempo.

Este movimiento intermitente se consigue utilizando la rueda de Ginebra. (Los proyectores modernos suelen utilizar mecanismos controlados electrónicamente o un motor paso a paso).

También se usa para el cambio de herramienta en las fresadoras automáticas provista de varios útiles.

Dibujo de la secuencia de funcionamiento de la cruz de Malta.
Secuencia de funcionamiento de la cruz de Malta.
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