Análisis de Objeto Técnico La Cadena de Bicicleta

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ÁMBITO DE SERVICIOS ADMINISTRATIVOS DE APOYO A LA PRODUCCIÓN TALLER COMPUTACION FICHA TÉCNICA ETAP ETAPA A REGIONA REGIONAL L Nombre de la ficha técnica: LA CADENA DE BICICLETA

Autor: Rodrigo Alonzo

Fecha: Noviembre 2008

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ÍNDICE

TÍTULO

PÁGINA

ASPECTO HISTÓRICO SOCIAL ORIGEN…………………………………………………………………………………….

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EVOLUCIÓN................................................................................................................

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IMPACTO IMPACTO SOCIAL....................................................................................................

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REPERCUSIONES....................................................................................................

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DIMENSIÓN CIENTÍFICA Y TÉCNICA 1. FUNCIONALIDAD FINALIDAD POR LA QUÉ FUE CONSTRUIDO.....................................................

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POSIBLES USOS Y AMBITOS DE APLICACIÓN..................................................

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UTILIDAD UTILID AD DE USO CON RELACIÓN RELACIÓ N A LA SATISFACCIÓN DE LA NECESIDAD

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2. ESTRUCTURA IDENTIFICACIÓN DE LAS PARTES QUE COMPONEN AL OBJETO..................

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REPRESENTACIÒN REPRESENTACIÒN GRÀFICA..............................................................................

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CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES………………….……………………. MATERIALES………………….…………………….

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ORÍGEN DE LOS MATERIALES……………….…………….…………… MATERIALES……………….…………….…………… PROPIEDADES GENERALES……………………………………… GENERALES…………………………………………….. ……..

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PROCESOS DE FABRICACIÓN............................................................................ FABRICACIÓN............................................................................

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PRINCIPALES PRINCIPALES HERRAMIENTAS HERRAMIENTAS UTILIZADAS EN LA FABRICACIÓN.................. FABRICACIÓN..................

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3. FUNCIONAMIENTO FUNCIONAMIENTO EXTERNO............................................................................

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FUERZAS Y TIPOS DE ENERGÍA QUE HACEN FUNCIONAR EL OBJETO.....

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APLICACIÓN DE PRINCIPIOS DE LA CIENCIA..................................................

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PROPUESTAS PROPUESTAS DE INNOVACIÒN........................................................................ INNOVACIÒN........................................................................

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-LA CADENA DE BICICLET B ICICLETAA-

Aspecto Histórico-Social ORIGEN. Aunque no se aplicara de forma amplia en la transmisión los chinos ya habían aplicado rudimentariamente la que hoy conocemos por unión tipo cardán. La historia de este mecanismo no es menos singular. Fue divulgado por el sabio italiano en el sigl siglo o XVI XVI Giro Girola lamo mo Card Cardan ano o (150 (15011-15 1576 76))

quie quien n estu estudi dió ó el meca mecani nism smo o de

transmisión en los incensarios chinos. Sin embargo, el cardán (nombre en honor al sabio italiano) sería reinventado por el físico inglés Robert Hooke (1635-1703) quien para el movimiento de un helioscopio diseñó el empalme universal, tal como lo conocemos hoy en forma de cruz o formado por un eje que ensambla dos cazoletas dentadas. El empalme de sir Robert Hooke era idéntico en principio al empalme del cardán actual, aunque seguía el diseño de los cardanes chinos pero diferente en el uso, así que ninguno de los dos hombres puede ser acreditado con la invención de la

transmisión

tipo

cardán

como

la

conocemos.

Durante la revolución industrial impulsada por el motor de vapor y el motor de combustión interna, se tiró inicialmente de los empalmes universales pero no eran de veloc elocid ida ad const onstan ante te y eran ran comp comple lejo joss de lubr lubric ica ar por lo que fal fallaba laban n regularmente. Es en este momento, cuando las cadenas y correas de cuero tomaron auge dejando relegado el empalme cardán. Sin embargo, para aplicaciones menores se inventaron algunos mecanismos como los que se aplicaron en algunas bicicletas a partir de 1898. El mecani mecanismo smo cerrad cerrado o y robusto robusto del cardán cardán actual actual se debe a Clarence W. Spicer (1875-1939) quien recibió el encargo de diseñar un coche. Consciente del molesto ruido de las cadenas de transmisión inventó en 1903 el empalme empalme universal universal tipo cardán con los cojinetes cojinetes y sellado contra el polvo. Spicer Spicer comenzó la producción de su empalme en 1904, y más tarde se asoció con Charles Dana. La firma Dana Spicer, hoy Dana Corporation, es una de las compañías más gran grande dess del del mund mundo o en el ámbi ámbito to de los los comp compon onen ente tess para para auto automó móvi vile les. s. Ya hemos comentado que debemos a la evolución del motor de vapor que aflorara la necesidad de la transmisión y que las patentes y desarrollos fueran innumerables.

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La clave de la transmisión aplicada en la bicicleta es un invento obra del francés Guilmet y del británico Harry John Lawson en 1879 y que se implanta de serie en las bicicletas Rover de 1884 merced a la cadena de rodillo libre patentada por Hans Renold en 1880. Durante más de 100 años, la cadena de bicicleta ha sido todo un símbolo de libertad por su relativa livianez y de bajo precio.

EVOLUCION. La cadena de bicicleta, un invento singular Hans Renold (1852-1943) tenía 21 años cuando dejó en 1873 su país natal Suiza para para trasla trasladar darse se a Manche Mancheste sterr donde donde invent inventaría aría la cadena cadena de trans transmis misión ión de bicicl bicicleta eta con rodillo rodillo libre. libre. En 1879, seis seis años años despué despuéss de llegar llegar al Reino Reino Unido compró una pequeña compañía que fabricaba cadenas con la cual inventó en 1880 la cadena con rodillo libre. La diferencia entre una cadena de rodillo y una cadena del rodillo libre es que el árbol o eje de la cadena de rodillo libre incluye una sección tubular tubular adicional adicional que rodea el eje del perno. perno. El rodillo queda queda libre para rotar, rotar, y de esta manera se protege el eje contra el desgaste. James Starley incorporó una cadena de Renold en su bicicleta de 1884, la bicicleta se considera una estrella de este este fabr fabric ican ante te que que cons constr truya uya bajo bajo la marc marca a Rove Roverr. La inve invenc nció ión n de Reno Renold ld revolucionó no sólo la bicicleta sino toda clase de industrias, especialmente la industria industria de textil en Inglaterra, Inglaterra, que era enorme. Renold Renold amplió su negocio, negocio, y en 1925 compró compró a su mayor competidor competidor.. Actualmen Actualmente, te, Renold tiene más de 3,000 3,000 emplea empleados dos,, e instal instalaci acione oness en 22 países países alrede alrededor dor del mundo. mundo. La caden cadena a de bicicleta es un elemento de transmisión no sólo para las bicicletas sino también para moto motoss y otra otrass apli aplica caci cion ones es indu indust stri rial ales es toda todaví vía. a. Un aspe aspect cto o esen esenci cial al es la conservación de la cadena y controlar su desgaste.

El cardán aplicado a la bicicleta (shaft-drive system) Este sistema lleva la transmisión directa de los pedales a la rueda tractora trasera en luga lugarr de hace hacerl rlo o sobr sobre e la trad tradic icio iona nall rued rueda a dent dentad ada a del del piñó piñón n sino sino sobr sobre e un mecanismo de empalme tipo cardán. A principios de siglo hubo algunos intentos para aplicarlo. Más tarde, el fabricante de bicicletas de lujo americano Elgin Robin produjo entre 1936-38 un prototipo de bicicleta con cardán, décadas después que esta tecnología hubiera sido deshechada. Precisamente, la idea de la transmisión por cardán fue anterior al invento de la cadena y fueron populares en algunas de las primeras bicicletas. 4


Sin embargo, su mecanismo era demasiado pesado y exigía que el cuadro fuera mayor, por lo que fueron reemplazadas por las bicicletas con cadena que eran más ligeras. Las nuevas aleaciones de materiales han permitido rescatar este tipo de transmisión que no mancha de grasa el vestuario y que engancha la ropa en la cadena. Para poder disponer de un buen desarrollo con varias marchas se equipan con un cambio interno en la rueda trasera. El eje de transmisión en cardán pesa menos de 2 kg (lógicamente algo más que un plato con cadena y además actúa sobre un cambio interno que es también más pesado que un externo). Sin embargo, es fuerte y duradero y no exige mucho mantenimiento (tan sólo bastan unas gotas de lubricante cada medio año para que no se oxide). Entre las ventajas estéticas está la de ser un sistema limpio ya que no precisa del engrase externo de la cadena y que otorga una singular figura a la bicicleta que además facilita ser transportada fácilmente sin riesgo alguno. Finalmente, se trata de un mecanismo extremadamente silencioso, que permite una gran rapidez en el cambio de marchas y que por ser de tipo interno permite seleccionar cualquier marcha estando la bicicleta completamente parada. La eficiencia en el pedaleo es del 99 % mientras que en la cadena oscila entre el 75 % y el 98 % cuando está perfectamente ajustada. En contra partida sólo puede montarse con cambios internos por lo que tiene una limitación en desarrollo. En el mejor de los casos, y pensando en precios convencionales, se monta con cambios de internos de 3 a 8 velocidades. Destacamos a dos fabricantes, uno europeo y otro americano. americano. Estas bicicletas con cardán constituyen una elegante opci opción ón para para la bici bicicl clet eta a urba urbana na,, pero pero tamb tambié ién n es cier cierto to que que romp rompen en con con los los esquemas de cien años de evolución con la tradicional t radicional cadena de Renold.

La transmisión por correa (belt drive) Para reducir el ruido y que la transmisión tenga el mínimo mantenimiento posible hace años que se aplicó la transmisión por correa a las motos (especialmente, en marcas de prestigio como Harley Davidson, que la usó por primera vez en 1908 pero que en 1992 la adoptó en todos los modelos). La experiencia adquirida en estos vehículos demuestra que se trata de un sistema de transmisión de alta eficacia, sin mantenimiento y silencioso, aunque limita algo la potencia del vehículo.

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En 1982, Bridgestone Cycle desarrolla la primera correa de transmisión dentada para bicicleta y a partir de este momento diversos fabricantes de bicicletas, primero en bicicletas estáticas y posteriormente en bicis convencionales han incorporado la transmisión por correa en algunos de sus modelos. El silencio y pulcritud del sistema, pero también su duración constituyen puntos fuertes insuperables. En este sistema tampoco la potencia es un aspecto limitante, por lo que todo son ventajas. La transmisión por por correa trabaja esencialmente esencialmente con cambios internos. internos. La correa está fabricada en fibra de Kevlar lo que le confiere unas altas prestaciones en durabilidad y tensión. Existen algunos fabricantes que aportan kits para convertir una bicicleta convencional con cadena a transmisión por correa. La alineación de los elementos, en este caso es importante. El sistema se postula por su excelencia y por estar libre de grasa, fácil de limpiar y cómodo. Este tipo de transmisión es casi un estándar en las modernas bicicletas de fitness. Uno de los principales fabricantes es precisamente Hutchinson con su correa dentada

toothet belt-drive.

Hoy por hoy

podríamos afirmar que le mejor sistema de transmisión que se puede montar en una bicicleta con la tecnología tecnología existente con con el objetivo del mínimo mantenimiento mantenimiento y máximas prestaciones y facilidad de uso, seria la combinación del

toothet belt-drive

con un cambio interno Rohloff

Tracción en las 2x2 ruedas Aunque en esta sección abordamos la bicicleta como vehículo de transporte urbano (CTB, city bike) realizaremos un cameo por el mundo de la bicicleta de montaña (MTB) y una tecnología aplicada excepcional que confiere tracción a las dos ruedas (2x2) y superar todo tipo de terrenos. No podemos dejar de mencionar que la MTB es un vehículo ideal para disfrutar de la naturaleza y someter la aventura hasta los límites que nuestra biología nos permita. Tampoco Tampoco podemos obviar que el resurgir de la bicicleta en las últimas décadas del siglo XX debe mucho al mundo de la MTB que se ha convertido una de las mayores pasiones deportivas de los últimos tiempos. Lo último para el ciclismo extremo es la MTB con tracción en las 2 ruedas. La bici 2x2 es una idea del americano Steve Christini nacida en 1994 que culmina con un desarrollo sensacional en el 2001. Actualmente, la Christini AWD es una bicicleta de montaña convencional, pero dotada de un ingenioso sistema de transmisiones que permite la tracción en las dos ruedas cuando se requiere. 6


La rueda trasera de la Christini va equipada en su parte izquierda con un sistema de engranajes que un pequeño embrague desconecta o conecta según las necesidades del terreno. En este mecanismo básico de transmisión no le faltan los detalles geniales como una pequeña desmultiplicación entre las dos ruedas de forma que realmente la tracción delantera no actúa hasta el momento en que la rueda trasera comienza a perder tracción como sucede con el diferencial autoblocante de un coche de rally. rally. De esta forma la tracción es mayor en la rueda que gira más lenta. Una auténtica obra de ingenieria! Lógicamente, aprovechar al máximo las posibilidades de este sistema de tracción requiere de un cierto aprendizaje.

IMPACTO SOCIAL. El impacto que tuvo en la sociedad el surgimiento de la cadena fue importante e impactante pues gracias a ella permitió que se aplicara en algunas bicicletas a partir de 1898. El mecanismo mecanismo cerrado y robusto del del cardán actual se debe debe a Clarence W. W. Spicer (1875-1939) quien recibió el encargo de diseñar un coche. Consciente del molesto ruido de las cadenas de transmisión inventó en 1903 el empalme universal tipo tipo card cardán án con con los los coji cojine nete tess y sell sellad ado o cont contra ra el polv polvo. o. Spic Spicer er come comenz nzó ó la producción de su empalme en 1904, y más tarde se asoció con Charles Dana.

REPERCUSIONES. En un futuro quizás la cadena sufra importantes cambios el cual posiblemente se refleje en una mayor calidad; o en materiales mas ligeros y baratos, posiblemente se use otro tipo de dispositivos para impulsar bicicletas y otras maquinas, la tecnología está avanzando a tal grado que en un futuro necesitaremos necesitaremos de un mínimo contacto contacto con los dispositivos electrónicos para lograr un trabajo previamente programado.

Dimensión Científica y Técnica FUNCIONALIDAD. La función principal de la cadena en una bicicleta es permitirnos la transmisión de movimiento hacia la rueda trasera y asi comenzar el movimiento.

Posibles Usos y Ámbitos de Aplicación.

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Aplicación Negocios

Ejemplo En todos estos ámbitos se cuenta con

Hogares Escuelas Empresas

bicicletas por lo que se cuenta con cadenas para el funcionamiento de estas.

Utilidad o Frecuencia de Uso con Relación a la Satisfacción de la Necesidad Este objeto técnico va en proporción directa a la satisfacción de la necesidad que va en aumento, porque todo ser humano cuenta en sus hogares, negocios, etc., con bicicletas por su practicidad y eficiencia.

ESTRUCTURA. IDENTIFICACIÓN DE LAS PARTES QUE COMPONEN EL OBJETO. No. PARTE 1 Rodillos 2 Uniones REPRESENTACION GRAFICA.

CARACTERISTICAS DE LOS MA M ATERIALES. Origen de los Materiales. Materiales Inorg. Acero x

Org. Renov. No re renov. Mineral Vegetal Animal x x

PROPIEDADES DE LOS MATERIALES EMPLEADOS.

Propiedades Generales 8


Las propiedades que dependen de la cantidad total de materia del cuerpo se llaman propiedades

generales; entre ellas están la forma, tamaño, peso, temperatura.

Propiedad Gral Masa Volumen

Definición

Donde se manifiesta

Cantidad de materia contenida en un Al pesar la cadena en una báscula. cuerpo. Se mide en (Kg) Luga Lugarr o exte extens nsió ión n que que ocup ocupa a un Es el lugar que ocupa la cadena en cuerpo en el espacio. Se mide en (m3). un espacio. El volu volumen men no sólo sólo depe depend nde e de la cantidad de materia, sino también de

Peso

la temperatura Fuerza de atracción gravitacional que Es la fuerza de atracción la Tierr ierra a ejer ejerce ce sobre obre todo todoss los los gravitacional que ejerce la tierra

Inercia

cuerpos. Es proporcional a la masa sobre la cadena. Cualid Cualidad ad que tienen los cuerpo cuerposs de Se manifiesta al moverse o cuando pres preser erva varr el esta estado do,, de repo reposo so o esta en reposo movimiento en línea recta en que se encu encuen entr tran an hast hasta a que que una una fuer fuerza za

Divisibilidad

Porosidad

externa actúe sobre ellos Propiedad que tienen los cuerpos para

Poco probable que se pudieran

fraccionarse en pedazos cada vez

dañar o quebrarse alguna parte con

más pequeños característica de la materia que

el trato normal No hay porosidad porque el

consiste en presentar poros o

plastico, su estructura estructura atómica atómica es

espacios vacíos

muy densa

PROCESO DE FABRICACION. Sistemas y Técnicas de Fabricación.

Sistema Unión Recubrimiento

Técnica Ensamblado Pintado

Donde se manifiesta Ensamblar todas las partes de la cadena. Se pinta todo el objeto técnico para darle 9


Conformación

Esmaltado

presentación. Se cubre con esmalte toda la pintura aplicada para

Doblado

darle brillo y protección a la pintura Se doblan algunas partes de la cadena.

Herramientas utilizadas en la fabricación del objeto.

No Descripción Características

Función Llevar a cabo todos los

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procesos anteriormente

Herramientas

mencionados para elaborar una cadena.

FUNCIONAMIENTO. 1.-Colocar la cadena sobre los “picos” de la estrella de la bicicleta. 2.-Comenzar a girar los pedales hacia adelante.

Fuerzas y Tipos de Energía que Causan que el Objeto Funcione.

ENE EN ERGÍA MECÁNICA

DEFINICIÓN La energía mecánica

Donde se manifiesta Al mover la cadena.

se crea o genera cuando una fuente externa de energía alimenta al dispositivo mecánico y lo hacer girar, avanzar, retroceder, POTENCIAL

etc. Es la energía

Al girar los pedales.

potencial que se almacena al elevar, cargar, desplazar, o girar, etc.

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Principios de la Ciencia Toda máquina compuesta está construida por máquinas simples, en este caso son las siguientes:

Principio

Donde se manifiesta

Eje

En los rodillos de la cadena.

Propuestas de Innovación

Propuesta Económicas.

Posible Aplicación Materiales mas ligeros.

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Análisis de Objeto Técnico La Cadena de Bicicleta

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