Estructuras y
mecanismos
¿PARA QUÉ SIRVEN LAS
ESTRUCTURAS?
La estructura que construye el hombre
tienen una finalidad determinada, para la
que ha sido pensada, diseñada y
finalmente construida.
Podemos hacer un análisis en función de
la necesidad que satisface:
- Soportar peso.
- Salvar distancias.
- Proteger objetos.
- dar rigidez a un elemento.
• Soportar peso: se engloban en este apartado
aquellas estructuras cuyo fin principal es el de
sostener cualquier otro elemento, son los
pilares, las vigas, estanterías, torres, patas de
una mesa, etc.
Tipos de cargas:
- Cargas
fijas
permanentes.
- Cargas variables.
o
• Salvar distancias: su principal función es la de
esquivar un objeto, permitir el paso por una
zona peligrosa o difícil, son los puentes, las
grúas, teleféricos, etc.
• Proteger objetos: cuando son almacenados o
transportados, como las cajas de embalajes, los
cartones de huevos, cascos, etc.
• Para dar rigidez a un elemento: son aquellos
en que lo que se pretende proteger es el propio
objeto, y no otro al que envuelve, por ejemplo
en las puertas no macizas el enrejado interior,
los cartones, etc.
• Las fuerzas que soporta una estructura
-Una estructura tiene que soportar su
propio peso, el de las cargas que sujeta y
también algunos empujes exteriores,
como el viento, las olas... Cada elemento
de una estructura tiene que resistir
diversas fuerzas sin deformarse ni
romperse.
ESFUERZOS QUE SOPORTAN LOS ELEMENTOS QUE
COMPONEN LAS ESTRUCTURAS
Tracción
Torsión
Compresión
Esfuerzos
Flexión
Cortadura
Pandeo
• Tracción. Hace que se separen entre sí las
distintas partículas que componen una pieza,
tendiendo a alargarla. Por ejemplo, cuando se
cuelga de una cadena una lámpara, la cadena
queda sometida a un esfuerzo de tracción,
tendiendo a aumentar su longitud.
• Compresión. Hace que se aproximen las
diferentes partículas de un material, tendiendo a
producir acortamientos o aplastamientos.
Cuando nos sentamos en una silla, sometemos
a las patas a un esfuerzo de compresión, con lo
que tiende a disminuir su altura.
• Cizallamiento o cortadura. Se produce cuando
se aplican fuerzas perpendiculares a la pieza,
haciendo que las partículas del material tiendan
a resbalar o desplazarse las unas sobre las
otras. Al cortar con unas tijeras un papel
estamos provocando que unas partículas
tiendan a deslizarse sobre otras. Los puntos
sobre los que apoyan las vigas están sometidos
a cizallamiento.
• Flexión. Es una combinación de compresión y
de tracción. Mientras que las fibras superiores
de la pieza sometida a un esfuerzo de flexión se
alargan, las inferiores se acortan, o viceversa. Al
saltar en la tabla del trampolín de una piscina, la
tabla se flexiona. También se flexiona un panel
de una estantería cuando se carga de libros o la
barra donde se cuelgan las perchas en los
armarios.
• Torsión. Las fuerzas de torsión son las que
hacen que una pieza tienda a retorcerse sobre
su eje central. Están sometidos a esfuerzos de
torsión los ejes, las manivelas y los cigüeñales.
Condiciones que deben cumplir las
estructuras.
• Estabilidad: Una estructura es estable si
no vuelca y se mantiene erguida.
Esta figura es estable, ya que la
proyección centro de gravedad está
dentro de su base, aunque al más
mínimo movimiento se saldrá de él.
Esta figura es estable,
ya que la proyección
centro de gravedad
está dentro de su base.
• Resistencia: Capacidad de una
estructura de soportar las tensiones a las
que está sometida sin romperse.
• Rigidez y elasticidad: podemos definir elasticidad
como la propiedad que tienen los cuerpos para retornar
a su forma inicial una vez ha sido suprimidas las fuerzas
que ha provocado la deformación. Depende del material,
todos los materiales son más o menos elásticos. Si la
elasticidad es baja, será rígido. Si sometemos a un
material elástico a un determinado esfuerzo, de manera
que este sobrepase un determinado valor (límite
elástico), en primer lugar veremos que la deformación se
ha convertido en permanente, pero si seguimos
aplicando el esfuerzo, llegará un momento en que se
produzca la rotura.
Tipos de estructuras
Mucho
material y
pocos
espacios
huecos
Estructuras masivas y
adinteladas
Elementos
• Roca escavada.
• Grandes bloques de piedra apilados.
• Dinteles de poca longitud.
• Columnas macizas de piedra.
Estructuras entramadas
Barras de acero , hormigón, …
unidas
de
manera
rígida
formando emparrillados.
Elementos
• Cimentación:
– Zapatas, losas y pilotes.
• Pilares:
• Vigas:
• Viguetas:
• Bovedillas:
• Forjado:
Estructuras abovedadas
Los arcos y las bóvedas están
comprimidos gracias a su forma
y son autoportantes. Cubren
grandes espacios y aumentan los
huecos.
Elementos
• Arcos.
• Bóvedas.
Cañón
Crucería
Cúpula
Estructuras triangulares
Ligeras , resistentes y versátiles.
Gracias a la rigidez del triángulo.
Elementos
• Cerchas:
• Perfiles metálicos:
Estructuras laminares
Gracias a su curvatura son más resistentes
a pesar de ser láminas finas. Suelen usarse
en cubiertas onduladas.
Elementos
• Pliegues y dobleces:
Estructuras neumáticas
Ligeras, desmontables, en su
interior tienen aire a presión para
sujetar los nervios y la estructura.
Estructuras colgantes
Usan tirantes que se estiran más o menos
con tensores. Estos cables llamados
tirantes sólo resisten esfuerzos de
tracción. Se adaptan a las cargas.
Elementos
• Tirantes:
• Tensores:
Estructuras geodésicas
Globe Arena de Estocolmo
Pavellón de US en
Montreal.
Estructuras trianguladas tridimensionalmente combinando las
bóvedas y las barras. Para cubrir grandes espacios sin utilizar
pilares. Algunos fuselajes de aviones antiguos usaban este
método.
Elementos
• Tetraedros:
Mecanismos
Mecanismos
Transmisión de
movimiento circular
Transmisión de
movimiento lineal
Palancas
Poleas de transmisión
Transformación
del movimiento
Ruedas de fricción
Alternativo
No alternativo
Engranajes
Bielamanivela
Torno
Cigüeñal
Piñóncremallera
Poleas
Tornillo sin fin
Leva
Tornillo
Fijas
Móviles
Polipastos
Excéntrica
Palancas
• Una palanca es una máquina simple constituida por una
barra rígida que puede girar alrededor de un punto de
apoyo. En esta barra habrá un punto de aplicación de la
fuerza (F), y un punto de aplicación de la resistencia (R).
Para resolver una palanca en equilibrio empleamos la
expresión llamada ley de la palanca:
F·d=R·r
También puede expresarse:
F1·d1=F2·d2
Funcionamiento
Polea simple
• La polea simple se emplea para elevar pesos,
consta de una sola rueda por la que hacemos
pasar una cuerda, la forma de trabajar es como
una palanca de 1º grado con sus brazos iguales.
Se emplea para cambiar el sentido de la fuerza
haciendo más cómodo el levantamiento de
cargas, entre otros motivos, porque nos
ayudamos del peso del cuerpo para efectuar el
esfuerzo. La fuerza que tenemos que hacer es
igual al peso que tenemos que levantar.
•
F=R
Funcionamiento
Polea móvil / Polipasto
• El mecanismo llamado polea móvil es un conjunto que
consta de dos poleas, una fija y otra móvil, que tienen
como finalidad reducir a la mitad el esfuerzo que
tenemos que hacer para subir una carga.
• El polipasto está formado por un conjunto de poleas.
Cuando una es fija y las demás móviles tenemos un
polipasto del tipo I, cuando la mitad son fijas y la otra
mitad móviles tenemos un polipasto del tipo II. La fuerza
"F" necesaria para levantar una carga "R" siendo "n" el
número de poleas móviles, se determina, en cada caso,
con una de las fórmulas:
• Polipasto tipo I: F = R/2n
• Polipasto tipo II: F= R/2n
Funcionamiento
Ruedas de fricción
• Se transmite movimiento circular desde la rueda motriz o
de entrada a la rueda de salida por el rozamiento de sus
bordes. El sentido de giro de la rueda conducida es
contrario al de la motriz. Su principal inconveniente es
que no pueden transmitir grandes potencias porque
patinarían.
• La relación del movimiento entre dos ruedas, donde "d1"
y "d2" son los diámetros de las ruedas y "n1" y "n2" los
números de revoluciones.
•
d1n1= d2n2
Funcionamiento
Poleas y correas
• Para transmitir el movimiento entre árboles distantes se
emplean poleas y correa o correa dentada y cadena.
La transmisión por poleas y correa se realiza por
fricción, empleamos la correa para unir dos ruedas que
llamamos poleas, el sentido de giro de la polea de salida
es el mismo que el de la motriz. Si queremos transmitir
grandes potencias con la correa lisa tenemos que utilizar
varias en paralelo si no patinarían. Para evitar
deslizamientos se usan correas dentadas o cadenas,
con estos elementos conseguimos transmitir grandes
esfuerzos y una relación de transmisión exacta. Igual
que en las ruedas de fricción la relación cinemática es:
d1n1= d2n2
Funcionamiento
Ruedas dentadas o engranajes
• Los engranajes son combinaciones de ruedas dentadas para
transmitir el movimiento circular, pueden transmitir grandes
potencias con una relación de transmisión exacta. Cuando dos
ruedas engranan entre sí giran en sentido contrario. Este es el
sistema de transmisión del movimiento más empleado.
La relación cinemática entre dos ruedas dentadas con números de
dientes z1 y z2 y velocidades de giro n1 y n2 en rpm, así como su
relación de transmisión, i, se determina con las fórmulas:
z1n1= z2n2
•
i= z1/z2
Con las ruedas dentadas el movimiento se puede transmitir entre
árboles paralelos (ruedas rectas y helicoidales); entre árboles que
se cortan (ruedas cónicas); y entre árboles que se cruzan
perpendicularmente (sinfín corona).
Funcionamiento
Torno
Funcionamiento
Piñón cremallera
• Un mecanismo piñón cremallera está formado por una
rueda dentada que engrana con una barra también
dentada. Es un mecanismo que transforma el
movimiento circular de la rueda en rectilíneo de la
cremallera o viceversa. Se emplea para dar movimiento,
por ejemplo, a carros de máquinas, bandeja de un lector
de CD, eje principal de un taladro, etc.
• La velocidad de avance de la cremallera (L) será:
L = P·Z·N
Donde P será el paso, Z el número de dientes del piñón
y N su velocidad de giro.
Funcionamiento
Tornillo - tuerca
• Este mecanismo consta de un tornillo y
una tuerca que tienen como objeto
transformar el movimiento circular en
rectilíneo. Si hacemos girar el tornillo o la
tuerca manteniendo la orientación del otro,
el que no gira avanza según la fórmula:
a=p·n
• Siendo "p" el paso del tornillo y "n" el
número de vueltas.
Funcionamiento
Biela - manivela
• Este mecanismo está formado por una manivela
que tiene un movimiento circular y una barra
llamada biela que está unida con articulaciones
por un extremo a la manivela y por otro a un
sistema de guiado (pistón) que describe un
movimiento rectilíneo alternativo. El mecanismo
es reversible, el movimiento de entrada tanto
puede ser circular de la manivela como
rectilíneo alternativo de la guía de la biela.
Funcionamiento
Excéntrica
• El
mecanismo
de
excéntrica
consta
básicamente de dos elementos, la propia
excéntrica y el seguidor. La excéntrica es un
disco cilíndrico que tiene un eje de giro
desplazado un valor "e", llamado alzada,
respecto del centro del disco. El seguidor es una
varilla que está en contacto permanente con la
excéntrica y que recibe el movimiento de esta.
Con este ingenio conseguimos transformar el
movimiento circular de la excéntrica en
movimiento rectilíneo alternativo del seguidor. El
mecanismo no es reversible.
Funcionamiento
Leva
• El mecanismo de leva y seguidor se
emplea para transformar el movimiento
circular en un movimiento rectilíneo
alternativo con unas características
determinadas que dependen del perfil de
la leva. La forma de la leva se diseña
según el movimiento que se pretende para
el seguidor.
Funcionamiento
Descargar

Diapositiva 1