Polea

Una polea es una rueda en un eje o flecha que está diseñada para soportar el movimiento y el cambio de dirección de un cable o correa tensos, o la transferencia de potencia entre el eje y el cable o la correa. En el caso de una polea sostenida por un marco o coraza que no transfiere potencia a un eje, pero se usa para guiar el cable o ejercer una fuerza, la coraza de soporte se llama bloque y la polea se puede llamar polea.

Una polea puede tener una ranura o ranuras entre pestañas alrededor de su circunferencia para ubicar el cable o la correa. El elemento impulsor de un sistema de poleas puede ser una cuerda, un cable, una correa o una cadena.

La evidencia más temprana de poleas se remonta al Antiguo Egipto en la Dinastía XII (1991-1802 a. C.) y Mesopotamia a principios del segundo milenio a. En el Egipto romano, Héroe de Alejandría (c. 10-70 EC) identificó la polea como una de las seis máquinas simples que se usaban para levantar pesas. Las poleas se ensamblan para formar un bloque y un aparejo con el fin de proporcionar una ventaja mecánica para aplicar grandes fuerzas. Las poleas también se ensamblan como parte de transmisiones por correa y cadena para transmitir potencia de un eje giratorio a otro. Plutarch's Parallel Lives relata una escena en la que Arquímedes demostró la eficacia de las poleas compuestas y el sistema de bloqueo y aparejo al usar una para tirar de un barco completamente cargado hacia él como si se deslizara por el agua.

Bloquear y derribar

Un bloque es un conjunto de poleas (ruedas) ensambladas de modo que cada polea gire independientemente de las demás poleas. Dos bloques con una cuerda unida a uno de los bloques y enhebrada a través de los dos conjuntos de poleas forman un bloque y un aparejo.

Se ensambla un bloque y un aparejo de modo que un bloque se une al punto de montaje fijo y el otro se une a la carga en movimiento. La ventaja mecánica ideal del bloque y el aparejo es igual al número de secciones de la cuerda que soportan el bloque en movimiento.

En el diagrama de la derecha, la ventaja mecánica ideal de cada uno de los conjuntos de bloques y aparejos que se muestran es la siguiente:

• Ataque de pistola: 2
• Aparejo de grátil: 3
• Entrada doble: 4
• Abordaje de ginecología: 5
• Compra triple: 6

Sistemas de cuerdas y poleas

Un sistema de cuerda y polea, es decir, un bloque y un aparejo, se caracteriza por el uso de una sola cuerda continua para transmitir una fuerza de tensión alrededor de una o más poleas para levantar o mover una carga; la cuerda puede ser una línea ligera o un cable fuerte Este sistema está incluido en la lista de máquinas simples identificadas por los científicos del Renacimiento.

Si el sistema de cuerda y polea no disipa ni almacena energía, entonces su ventaja mecánica es el número de partes de la cuerda que actúan sobre la carga. Esto se puede demostrar de la siguiente manera.

Considere el conjunto de poleas que forman el bloque móvil y las partes de la cuerda que soportan este bloque. Si hay p de estas partes de la cuerda que soportan la carga W, entonces un balance de fuerzas sobre el bloque móvil muestra que la tensión en cada una de las partes de la cuerda debe ser W/p. Esto significa que la fuerza de entrada en la cuerda es T = W/p. Por lo tanto, el bloque y el aparejo reducen la fuerza de entrada por el factor p.

• Un aparejo de pistola tiene una sola polea tanto en el bloque fijo como en el móvil con dos partes de cuerda que soportan la carga W.
• La separación de las poleas en el aparejo del cañón muestra el equilibrio de fuerzas que da como resultado una tensión en la cuerda de W/2.

• Un aparejo doble tiene dos poleas tanto en el bloque fijo como en el móvil con cuatro partes de cuerda que soportan la carga W.
• La separación de las poleas en el aparejo doble muestra el equilibrio de fuerzas que da como resultado una tensión en la cuerda de W/4.

Método de operación

La teoría de operación más simple para un sistema de poleas asume que las poleas y las líneas no tienen peso. Y que no hay pérdida de energía por fricción. También se supone que las líneas no se estiran.

En equilibrio, las fuerzas sobre el bloque en movimiento deben sumar cero. Además la tensión en la cuerda debe ser la misma para cada una de sus partes. Esto significa que las dos partes de la cuerda que sostienen el bloque móvil deben soportar cada una la mitad de la carga.

• polea fija
• Diagrama 1: La carga F sobre la polea en movimiento se equilibra con la tensión en dos partes de la cuerda que sostiene la polea.
• polea móvil
• Diagrama 2: Una polea móvil que levanta la carga W está sostenida por dos partes de cuerda con tensión W/2.

Estos son diferentes tipos de sistemas de poleas:

• Fijo: Una polea fija tiene un eje montado en cojinetes unidos a una estructura de soporte. Una polea fija cambia la dirección de la fuerza sobre una cuerda o correa que se mueve a lo largo de su circunferencia. La ventaja mecánica se obtiene combinando una polea fija con una polea móvil u otra polea fija de diferente diámetro.
• Móvil: Una polea móvil tiene un eje en un bloque móvil. Una sola polea móvil está sostenida por dos partes de la misma cuerda y tiene una ventaja mecánica de dos.
• Compuesto: una combinación de poleas fijas y móviles forma un bloque y un aparejo. Un bloque y aparejo puede tener varias poleas montadas en los ejes fijos y móviles, lo que aumenta aún más la ventaja mecánica.

• Diagrama 3: El aparejo de pistola "rove a ventaja" tiene la cuerda unida a la polea móvil. La tensión en la cuerda es W/3, lo que da una ventaja de tres.
• Diagrama 3a: El tackle Luff agrega una polea fija "rove en desventaja". La tensión en la cuerda sigue siendo W/3, lo que da una ventaja de tres.

La ventaja mecánica del aparejo de la pistola se puede aumentar intercambiando los bloques fijos y móviles de modo que la cuerda se una al bloque móvil y se tire de la cuerda en la dirección de la carga levantada. En este caso, se dice que el bloqueo y el derribo son "rove con ventaja". El diagrama 3 muestra que ahora tres partes de la cuerda soportan la carga W, lo que significa que la tensión en la cuerda es W/3. Por lo tanto, la ventaja mecánica es tres.

Al agregar una polea al bloque fijo de un aparejo de pistola, la dirección de la fuerza de tracción se invierte, aunque la ventaja mecánica sigue siendo la misma, Diagrama 3a. Este es un ejemplo del placaje Luff.

Diagramas de cuerpo libre

La ventaja mecánica de un sistema de poleas se puede analizar utilizando diagramas de cuerpo libre que equilibran la fuerza de tensión en la cuerda con la fuerza de gravedad sobre la carga. En un sistema ideal, las poleas sin masa y sin fricción no disipan energía y permiten un cambio de dirección de una cuerda que no se estira ni se desgasta. En este caso, un equilibrio de fuerzas sobre un cuerpo libre que incluye la carga, W y n secciones de soporte de una cuerda con tensión T, produce:

La relación entre la carga y la fuerza de tensión de entrada es la ventaja mecánica MA del sistema de poleas,

Así, la ventaja mecánica del sistema es igual al número de tramos de cable que soportan la carga.

Sistemas de correas y poleas

Un sistema de correa y polea se caracteriza por tener dos o más poleas en común a una correa. Esto permite que la potencia mecánica, el par y la velocidad se transmitan a través de los ejes. Si las poleas son de diferentes diámetros, se obtiene una ventaja mecánica.

Una transmisión por correa es análoga a la de una transmisión por cadena; sin embargo, la polea de una correa puede ser lisa (desprovista de elementos de enclavamiento discretos como los que se encontrarían en una rueda dentada de cadena, un engranaje recto o una correa de distribución) de modo que la ventaja mecánica esté dada aproximadamente por la relación del diámetro de paso de las poleas solamente. no se fija exactamente por la relación de dientes como en los engranajes y ruedas dentadas.

En el caso de una polea tipo tambor, sin ranura ni pestañas, la polea suele ser ligeramente convexa para mantener la correa plana centrada. A veces se la denomina polea coronada. Aunque una vez se usó ampliamente en los ejes de línea de fábrica, este tipo de polea todavía se encuentra impulsando el cepillo giratorio en aspiradoras verticales, lijadoras de banda y sierras de cinta. Los tractores agrícolas construidos hasta principios de la década de 1950 generalmente tenían una polea de correa para una correa plana (que es el nombre de la revista Belt Pulley). Ha sido sustituido por otros mecanismos con más flexibilidad en los métodos de uso, como la toma de fuerza y ​​la hidráulica.

Así como los diámetros de los engranajes (y, en consecuencia, su número de dientes) determinan una relación de transmisión y, por lo tanto, los aumentos o reducciones de velocidad y la ventaja mecánica que pueden ofrecer, los diámetros de las poleas determinan esos mismos factores. Las poleas cónicas y las poleas escalonadas (que funcionan según el mismo principio, aunque los nombres tienden a aplicarse a las versiones de correa plana y correa en V, respectivamente) son una forma de proporcionar múltiples relaciones de transmisión en un sistema de correa y polea que puede cambiarse según sea necesario, al igual que una transmisión proporciona esta función con un tren de engranajes que se puede cambiar. Las poleas escalonadas con correa en V son la forma más común en que las taladradoras ofrecen un rango de velocidades de husillo.

Con correas y poleas, la fricción es una de las fuerzas más importantes. Algunos usos de las correas y poleas implican ángulos peculiares (lo que provoca un mal seguimiento de la correa y posiblemente el deslizamiento de la correa fuera de la polea) o entornos de baja tensión de la correa, lo que provoca un deslizamiento innecesario de la correa y, por lo tanto, un desgaste adicional de la correa. Para solucionar esto, a veces se retrasan las poleas. Revestimiento es el término utilizado para describir la aplicación de un revestimiento, cubierta o superficie de desgaste con varios patrones de textura que a veces se aplica a las carcasas de las poleas. El revestimiento se aplica a menudo para prolongar la vida útil de la carcasa proporcionando una superficie de desgaste reemplazable o para mejorar la fricción entre la correa y la polea. En particular, las poleas de transmisión a menudo están recubiertas de caucho (recubiertas con una capa de fricción de caucho) exactamente por esta razón.