TEMA-2 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.

Les màquines poden facilitar la realització de treball suplint o multiplicant l'esforç humà.

CLASSIFICACIÓ DE LES MÀQUINES

MÀQUINES SIMPLES: dispositius senzills amb un o dos elements que només requereixen d'una força  per funcionar. S'utilitzen per multiplicar forces o moviment.

Un arc és una màquina simple

MÀQUINES COMPLEXES: transformen l’energia d’entrada, que pot provenir de la natura o d’algun combustible, en energia mecànica o altres energies. En general, parlem de màquines motrius.

Una excavadora és una màquina complexa.

PARTS DE LES MÀQUINES

L'ESTRUCTURA: on es fixen les altres parts:
EL MOTOR: peça  fonamental que transforma l'energia.
DISPOSITIUS DE CONTROL
MECANISMES: transmeten la fora i el moviment.

1.1 MÀQUINES SIMPLES

LA PALANCA

És una barra rígida capaç de girar al voltant d'un punt de suport o fulcre, té com a funció multiplicar l'efecte de la força.

Sempre té una força aplicada, el fulcre o punt de suport i la resistència o càrrega.

Hi ha tres tipus de palanca:

Quan volem saber la resistència, el punt d'aplicació o la força fem servir una fórmula. És la següent anomenada llei de la palanca:

F·d1=R·d2
F=Força
R=Resistència
d1: longitud braç de força

d2: longitud braç de resistència

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

És una roda que té la superfície central en forma de canal per la qual es fa passar una corda. El principi  del funcionament és una palanca de primer grau.

F=R

LA POLITJA

Ja que aquesta màquina simple és còmode però no amplifica la força, per això  existeix una politja mòbil.

-EL POLISPAST

Està format per politges fixes i politges mòbils. Per calcular la força és fa servir aquesta fórmula.

F=R/2n
F=Força
R=Resistència
n: nº de politges mòbils



Per calcular la longitud de la corda estirada es  fa servir un fórmula a partir de la llei de la palanca.

F·l1=R·l2
l1=  longitud de la corda estirada
l2= alçada que puja la càrrega

EL POLISPAST

EL PLA INCLINAT

És una rampa que permet elevar càrregues, fent menys força que si ho féssim de manera vertical.

Si el treball és el  mateix:

F=R·h/L
F=Força
R=Resistència
h: alçada
L: Longitud del pla


-EL CARGOL (una aplicació del pla inclinat)

Quan s'aplica una força i es cargola, es multiplica la força aplicada. Els filets (formen la rosca) disminueixen l'esforç.

F·2·3'14=R·p
F=Força
R=Resistència
p: nº de passos de rosca

2. MECANISMES

Un mecanisme és un conjunt de peces que fan funcions de guiatge, transformació i transmissió del moviment relacionat amb les forces que actuen en una màquina.

SISTEMES DE TRANSMISSIÓ DE MOVIMENT

Mecanisme capaç de transportar el moviment des del punt d'on el generen fins el punt que el punt d'aplicació.

Els sistemes més importants són:

⇒ ENGRANATGES: roden amb sentits contraris.

⇒ POLITGES/CORRETGES: transmeten moviment sense canviar de sentit.

⇒ RODES DE FRICCIÓ: roden amb sentits contraris.

⇒ TRANSMISSIÓ PER CADENA: transmeten moviment sense canviar de sentit.

ELEMENTS D'UNA TRANSMISSIÓ

⇒ RODA MOTRIU: està connectada al motor.

⇒ RODA CONDUÏDA: rep el moviment.

TIPUS DE TRANSMISSIONS

⇒ MULTIPLICADOR: la velocitat de la roda conduïda augmenta.

⇒ RODA CONDUÏDA: la velocitat de la roda conduïda disminueix

RELACIÓ DE TRANSMISSIÓ

i=n1/n2

i=relació de transmissió

n1= velocitat de la roda motriu

n2= velocitat de la roda conduïda

La velocitat es calcula en rpm (revolucions per minut).

CÀLCUL DE TRANSMISSIONS SIMPLES

PER RODES, POLITGES, FRICCIÓ,..

n1·d1=n2·d2

n1= velocitat de la roda motriu

n2= velocitat de la roda conduïda

d1= diàmetre de la roda motriu

d2= diàmetre de la roda conduïda

PER ENGRANATGES (dels tres tipus: helicoïdals, rectes o cònics)

n1·z1=n2·z2

n1= velocitat de la roda motriu

n2= velocitat de la roda conduïda

z1= número de dents de la roda motriu

z2= número de dents de la roda conduïda

PER MECANISMES DE CON ESCALONAT

Un mecanisme de con escalonat de politges és un sistema de transmissió format per un grup de politges ordenades per la mida del diàmetre (de més gran a més petit) i muntades en un eix (eix motriu), que estan enfrontades a un altre grup de politges idèntic col·locat en posició inversa

n1·d1=n2·d2

n1= velocitat de la roda motriu

n2= velocitat de la roda conduïda

d1= diàmetre de la roda motriu

d2= diàmetre de la roda conduïda

CÀLCUL DE TRANSMISSIONS COMPOSTES

Una cadena de transmissió d'un cotxe (és un exemple de transmissió composta).

PER RODES, POLITGES, FRICCIÓ,...

n1/nN=d2·d4... dn/d1·d3... dn

n1= velocitat de la roda motriu

n2= velocitat de la roda conduïda

d1= diàmetre 1

d2= diàmetre 2

d3= diàmetre 3

d4= diàmetre 4

PER ENGRANATGES

n1/nN=z2·z4... zn/z1·z3... zn

n1= velocitat de la roda motriu

n2= velocitat de la roda conduïda

z1= nº de dents roda 1

z2= nº de dents roda 2

z3= nº de dents roda 3

z4= nº de dents roda 4

MÀQUINES O INVENTS RESPECTUOSOS AMB EL MEDI AMBIENT

ELS COTXES ELÈCTRICS: són respectuosos amb el medi ambient ja que no emeten gasos contaminants a l'atmosfera.

LES PERSIANES AMB PLAQUES SOLARS: són respectuoses ja que aporten energia a la casa a partir de fonts d'energia natural.

TEMA-1 ESTRUCTURES I ESFORÇOS MECÀNICS

1. FORCES

Una força és una acció capaç de produir una deformació en un cos o modificar-ne l'estat de repòs o de moviment.

Les forces es poden produir per contacte entre dos cossos o a distància com podria ser la força magnètica.

Per representar les forces fem servir VECTORS que tenen: direcció, mòdul, sentit i punt de partida.

   

Per mesurar les forces fem servir  DINAMÒMETRES  

                   

2. ESFORÇOS

Un esforç és la força a que és sotmès un cos, en una secció determinada, que tendeix a: estirar-lo, aixafar-lo, corbar-lo, torçar-lo o tallar-lo.

Els diferents tipus d'esforç són: 

ESFORÇ DE TRACCIÓ

És l'esforç que es produeix quan dues forces oposades actuen sobre un cos i normalment l'estiren o l'allarguen.

Normalment els fils, els cables i les cordes treballen en forma de tracció. La seva resistència depèn del tipus de material,de la secció o el gruix.

Aquesta imatge s'hi veu un esforç de tracció: dos forces actuen oposadament.

Un gronxador és un exemple de tracció ja que els fils tenen la força del claus per una banda i la força de les persones per l'altra banda. 

ESFORÇ DE COMPRESSIÓ

És l'esforç que es produeix quan un objecte és sotmès a l'acció de dues forces que actuen en sentits oposats les quals tendeixen a aixafar-lo o escurçar-lo.

⤑ VINCLAMENT: deformació que sofreixen els cossos sotmesos a compressió quan són llargs i prims.

 

Aquesta imatge s'hi veu un esforç de compressió i un exemple de compressió amb vinclament: dos forces actuen oposadament.

Les potes d'una cadira estan sotmeses a la força de compressió. I un exemple de vinclament podria ser una perxa. 

ESFORÇ DE FLEXIÓ

És l'esforç que es produeix quan les forces que actuen sobre una peça s'apliquen en el seu eix de longitud i tendeixen a corbar-la.

Aquesta imatge s'hi veu un esforç de flexió: dos forces que actuen sobre l'eix de longitud.

Una llibreria és un exemple de flexió ja que la fusta que aguanta els llibres rep la força dels llibres.

ESFORÇ DE TORSIÓ

És l'esforç que es produeix quan hi ha una aplicació de dues forces en sentits oposats que tendeixen a girar o a retorçar un cos.

Aquesta imatge s'hi veu un esforç de torsió: dos forces actuen retorçant el cos.

Escorre un drap és un exemple de torsió ja que les mans fan girar el drap en sentits oposats.

ESFORÇ DE TALLANT O CISALLAMENT

És l'esforç que es produeix quan dues forces oposades són aplicades en la mateixa zona de l'objecte, intentant tallar-lo.

Aquesta imatge s'hi veu un esforç de cisallament: dos forces que actuen sobre el cos intentant tallar-lo.

Unes estisores tallant un paper són un exemple de tallant ja que l'objectiu és tallar el paper.

3. LES PROPIETATS DELS MATERIALS

Són aquelles propietats que determinen el comportament dels materials quan estan sotmesos a esforços o forces.

Els tres tipus de propietats poden ser:

• MECÀNIQUES

• TÈRMIQUES

• ELECTROMAGNÈTIQUES

PROPIETATS MECÀNIQUES

RESISTÈNCIA

Capacitat que té un material de suportar esforços sense deformar-se excessivament ni trencar-se.

Material amb una gran resistència.

TENACITAT I FRAGILITAT

TENACITAT: Capacitat que té un material de suportar forces i cops sense trencar-se. (Resistència al cop).

FRAGILITAT: propietat contrària a la tenacitat. És la facilitat de trencar-se al rebre un cop.

             

Un martell és un objecte amb molta tenacitat, en canvi, la ceràmica és un material molt fràgil.

ELASTICITAT

Capacitat que té un material de recuperar la seva forma original després d'haver estat deformat per un esforç.
      
   Una goma de cabell és elàstica.

DURESA
Capacitat que té un material per oferir resistència a ser rallat, penetrat o tallat.

  

Un diamant és un material  molt dur

PLASTICITAT

Capacitat que té un material per adquirir deformacions permanents sense trencar-se.

Aquest tipus de gomes tenen una gran plasticitat.

De plasticitat en deriven dues propietats més:

DUCTILITAT: capacitat que tenen els materials per deformar-se permanentment en forma de fil prim sense trencar-se

MAL·LEABILITAT: capacitat que tenen els materials per deformar-se permanentment en forma de làmina molt fina sense trencar-se

PROPIETATS TÈRMIQUES

Les propietats tèrmiques dels materials poden ser:
• LA CONDUCTIVITAT
• LA DILATACIÓ
• FUSIÓ

PROPIETATS ELECTROMAGNÈTIQUES

Les propietats electromagnètiques dels materials poden ser:
• LA RESISTIVITAT ELÈCTRICA
• EL MAGNETISME

4. ESTRUCTURES

Una estructura és un conjunt de peces units entre si, que serveixen de suport i d'esquelet d'alguna cosa amb la funció bàsica de suportar forces. Una estructura ha de complir 3 condicions bàsiques:

• SER RESISTENT: per suportar grans càrregues.
• SER RÍGIDA: perquè no es deformi amb els esforços.
• SER ESTABLE:per no bolcar amb les forces externes.

ELS ELEMENTS DE LES ESTRUCTURES 
Els elements de les estructures són: fonaments, elements horitzontals, elements verticals, tirants, arcs, voltes, cúpules i perfils.

TIPUS D'ESTRUCTURES 
ESTRUCTURES D'ARMADURA
Són les que estan formades per un conjunt d'elements units entre si que constitueixen l'esquelet de diferents tipus d'objectes o construccions. N'hi ha de diferents tipus:

• ESTRUCTURES TRAMADES: estan formades per barres verticals i horitzontals unides entre si de forma rígida.
• ESTRUCTURES TRIANGULADES: són estructures metàl·liques.
• ESTRUCTURES PENJANTS: són les que suporten construccions a través de cables o barres.

ESTRUCTURES LAMINARS O DE CARCASSA
Són les que estan formades per làmines o plafons units entre si que solen envoltar l'objecte.

ESTRUCTURA LAMINAR D'UN COTXE

ESTRUCTURES MASSIVES
Són estructures molt pesants que concentren gran quantitat de material.

LES PIRÀMIDES SÓN ESTRUCTURES MASSIVES

ALTRES TIPUS D'ESTRUCTURES
 Són les estructures com ara: les voltes, les pneumàtiques i les geodèsiques.


ESTRUCTURES GEODÈSIQUES

DISSENY D'ESTRUCTURES
 A l'hora de dissenyar una estructura s'ha de tenir en compte:
• ELS MATERIALS: i les seves propietats.
• LA FORMA: i la seva disposició.
• L'ESTABILITAT: no pot bolcar ni caure.

5. IMPACTE DE LES CONSTRUCCIONS A LA NATURA

El principal impacte que tenen les construccions a la natura és que l'eliminen. Això passa perquè molts llocs ja estan construïts i el que es fa és anar construint a llocs naturals. Però no només hi ha aquest impacte. Els principals efectes de la construcció són:

• Posen en risc els Parcs Naturals: ja que moltes vegades es fan plans urbanístics per construir Parcs Naturals (com ara carreteres).

• Consumeixen materials: molts dels materials fets servir per construir s'extreuen de la natura (com ara la fusta).

• Consumeixen energia: durant el procés de construcció es fan servir moltes energies i normalment no són respectuoses amb la natura.