Analisis de Sistemas Articulados

Instituto Tecnológico de La Paz Ingeniería Electromecánica Análisis y síntesis de mecanismos Nombre de la práctica: Análisis de sistemas articulados Lugar: Cubículo de Mecanismos del Taller de Ing. Elect. Alumno:

David Alejandro Verdugo Verdugo Miranda

Docente:

Ing. Víctor Ramírez Minjares

Fecha: {04 /Abril/ 2014}

Introducción Durante el desarrollo de esta práctica, se observaron diversos proyectos, en los cuales pudimos apreciar diversos tipos de mecanismos y sistemas articulados. Como ya se sabe, al hablar de un mecanismo articulado, nos referimos al tipo de mecanismo formado por eslabones tales como: manivelas, bielas y palancas, unidos mediante pares ya sean giratorios o deslizantes. La función del mecanismo articulado es obtener movimiento giratorio, oscilante o deslizante de la rotación de una manivela o viceversa. Como anteriormente se mencionaba, esta práctica tiene como objetivo el permitir que el alumno identifique los proyectos existentes en el cubículo (mecanismos y sistemas articulados), los describa y posteriormente los analice acorde a lo aprendido en la unidad 1.

Objetivo El alumno identificará los proyectos existentes en el cubículo (mecanismos y sistemas articulados), los describirá y analizará acorde a lo aprendido en la Unidad 1 Principios Fundamentales.

Material empleado * De 12 a 15 proyectos * Libreta de apuntes * Cámara fotográfica

1.- Yugo escoces Por yugo escocés se entiende un mecanismo que permite transformar un movimiento rectilíneo alternativo (de una guía) en un movimiento de rotación (de una manivela y su árbol). También puede funcionar al revés cambiando la rotación de un árbol y una manivela en un movimiento alternativo rectilíneo. El yugo escocés realiza básicamente la misma función que una manivela simple, pero el movimiento de salida lineal es una sinusoide pura y podemos usarlo para obtener mecánicamente un movimiento armónico simple. El mecanismo se puede usar para obtener un movimiento lineal a partir de uno circular o viceversa. Como puede notarse, el yugo escoces está compuesto por una manivela y 3 eslabones simples (el disco, la guía y la bancada). Una aplicación típica es en motores de combustión interna y neumáticos o en compresores alternativos.

Calculo de la movilidad Corredera

Eslabón complejo

Eslabón fijo

Como podemos observar en el diagrama cinemático, contamos con 4 eslabones y 4 juntas. Teniendo en cuenta que las uniones entre eslabones son únicamente juntas de pasadores, se calcula el número de grados de libertad a través de la ecuación de Grüebler: la ecuación de Grübler particularizada para este caso queda de la siguiente manera: N1 = 4 (No. De eslabones, incluido el eslabón fijo) J1 = 4 (No. De juntas de 1 GDL) J2 = 0 (No. De juntas de 2 GDL)

M = 3 (n-1) – 2J1 – J2 = 3 (4-1) - 2(4) = 1 Por lo cual podemos determinar que dicho sistema articulado cuenta con un grado de libertad.

Ley de Grashof Dado que el presente sistema posee una articulación de revolución completa (tiene la capacidad de girar 360°), podemos decir que el sistema cumple con la ley de Grashof.

2.- Mecanismo Biela – Manivela Excéntrico Este mecanismo consta de una manivela que no se encuentra sobre el eje del pistón, es decir, su centro esta desplazado hacia debajo de este eje. Al trasladar el pistón del PMI al PMS ocupa un ángulo mayor con respecto al ángulo que ocupa al desplazarse del PMS al PMI. En el retorno (de PMS a PMI), se encuentra a un ángulo menor, por lo tanto tiene mayor velocidad, debido a este hecho es un mecanismo de retorno rápido.


Manivela Biela

Eslabón fijo Como podemos observar en el diagrama cinemático, contamos con 5 eslabones y 5 juntas. Teniendo en cuenta que las uniones entre eslabones son únicamente juntas de pasadores, se calcula el número de grados de libertad a través de la ecuación de Grüebler: la ecuación de Grüebler particularizada para este caso queda de la siguiente manera:

N1 = 5 (No. De eslabones, incluido el eslabón fijo) J1 = 5 (No. De juntas de 1 GDL) J2 = 0 (No. De juntas de 2 GDL)

M = 3 (n-1) – 2J1 – J2 = 3 (5-1) - 2(5) = 2 Por lo cual podemos determinar que dicho sistema articulado cuenta con dos grados de libertad.

Ley de Grashof Dado que el presente sistema posee al menos una articulación de revolución completa (tiene la capacidad de girar 360°), podemos decir que el sistema cumple con la ley de Grashof.

3.- Árbol de Levas

El árbol de levas o eje de levas es el órgano del motor que regula el movimiento de las válvulas de admisión y de escape. En la práctica, se trata de un árbol dotado de movimiento rotativo, sobre el cual se encuentran las levas o excéntricas, que provocan un movimiento oscilatorio del elemento causante de la distribución. El elemento que provoca la distribución, cuando está sujeto a un movimiento rectilíneo de traslación recibe el nombre de empujador, centrado o desviado según que su eje encuentre o no al eje de rotación de la leva. Cuando al mismo tiempo cumple un movimiento oscilante de rotación alrededor de un perno toma el nombre de balancín. El árbol de levas manda las válvulas en la apertura y las guía en el cierre, en el sentido de que el asentamiento se obtiene mediante la acción de muelles que tienden a mantener las válvulas cerradas, por lo que cada válvula se cierra según la ley impuesta por el perfil de la leva, pero por acción del muelle. Los casos de regulación desmodrómica, en los que el movimiento de la válvula está regulado por excéntricas en la apertura y en el cierre al objeto de evitar fatigas de los muelles, son muy raros, además de costosos y complejos. La aplicación del árbol de levas en industria automotriz es la de controlar las válvulas, haciendo fuerza sobre la misma ésta se abre y por medio de la amortiguación cuando la leva se mueve se vuelve a cerrar. La leva no hace fuerza en el centro de la válvula si no con cierta lateralidad, con ello se consigue que la válvula gire sobre si misma evitando el desgaste. Una leva puede accionar varias válvulas, incluso se ha conseguido el accionamiento tanto de una válvula de admisión como de escape por una sola leva. Pero la desventaja es que los intervalos de tiempo no son regulables entonces. En motores de cuatro tiempos comunes, el árbol de levas gira a la mitad de revoluciones que el cigüeñal, de la cual está sujeta por medio de cadena o correa. Están colocados en paralelo al cigüeñal. La fabricación de los árboles de levas se realiza en hierro fundido, en casos excepcionales en acero.

Calculo de la movilidad

Eslabón fijo

Manivela

Como podemos observar en el diagrama cinemático, contamos con 2 eslabones y 1 sola junta. Teniendo en cuenta que las uniones entre eslabones son únicamente juntas de pasadores, se calcula el número de grados de libertad a través de la ecuación de Grüebler: la ecuación de Grüebler particularizada para este caso queda d e la siguiente manera: N1 = 2 (No. De eslabones, incluido el eslabón fijo) J1 = 1 (No. De juntas de 1 GDL) J2 = 0 (No. De juntas de 2 GDL)



4.- Bomba extractora de petróleo tipo Minnesota El eslabonamiento necesario para este diseño y adaptado a la Bomba De Extracción De Petróleo es el Indicado a continuación:

Biela Manivela Bancada

Este mecanismo consigue un segmento largo de línea recta respecto a su tamaño total. Se divide en dos partes principales, la parte generadora de la trayectoria formada por los eslabones 1, 4, 5 y 6 que genera la línea recta. Como se puede observar en la figura anterior, este mecanismo de cuatro barras es impulsado por otra cadena de dos eslabones (Eslabones 2 Y 3, a los que se llamará manivela y biela respectivamente) de manera que la rotación de 360º del impulsor principal o manivela es convertida en un movimiento recto. El eslabón 6 (Llamado biela) está unido al eslabón 5 (Llamado: Eslabón en forma de “V”) haciendo que este suba y baje de forma prácticamente vertical en su extremo donde se colocará la barrilla de bombeo.


Como podemos observar en el diagrama cinemático, contamos con 6 eslabones y 7 juntas. Teniendo en cuenta que las uniones entre eslabones son únicamente juntas de pasadores, se calcula el número de grados de libertad a través de la ecuación de Grüebler: la ecuación de Grüebler particularizada para este caso queda de la siguiente manera: N1 = 6 (No. De eslabones, incluido el eslabón fijo) J1 = 7 (No. De juntas de 1 GDL) J2 = 0 (No. De juntas de 2 GDL)


Ley de Grashof Dado que el presente sistema posee más de una articulación de revolución completa (tiene la capacidad de girar 360°), podemos decir que el sistema cumple con la ley de Grashof.

5.- Elevamiento de un peso con una leva Este mecanismo consiste de un peso con una leva, accionada por una manivela, la cual está montada en unos bujes para sujetar y una solera que hace presión sobre la leva simulando el peso por elevar.

Calculo de la movilidad Unión de leva

Manivela

Eslabón fijo


M = 3 (n-1) – 2J1 – J2 = 3 (4-1) - 2(4) = 1 Por lo cual podemos determinar que dicho sistema articulado cuenta con un grado de libertad

Ley de Grashof Dado que el presente sistema posee una articulación de revolución completa (tiene la capacidad de girar 360°), podemos decir que el sistema cumple con la ley de Grashof.

6.- Motor pistón (Manivela corredera) El mecanismo manivela corredera es un mecanismo que transforma un movimiento rotacional en un movimiento de traslación, o viceversa. Como veremos a continuación, el ejemplo actual más común se encuentra en el motor de combustión interna de un automóvil, en el cual el movimiento lineal del pistón producido por la explosión de la gasolina se transmite a la biela y se convierte en el movimiento circular del cigüeñal.


Biela Manivela Eslabón fijo




7.- Grúa hidráulica (Brazo hidráulico ) Un brazo hidráulico es una estructura o aparato mecánico que se divide en tres partes unidas entre sí y que se pueden mover independiente mente una de la otra y dichos movimientos son realizados por aumento o disminución de la presión ejercida por un medio líquido y un medio gaseoso, su nombre se deriva porque es parecido a un brazo donde las tres partes serian la mano con sus dedos, el brazo y el antebrazo y las partes donde se unen serian la muñeca y el codo, ahora hidráulico es porque como ya te dije que los movimientos son por medio de presión de un líquido que es su caso es aceite mecánico y un gas que están bajo presión, entonces si unimos los términos nos queda Brazo hidráulico. Al aumentar la presión el brazo se extiende y al disminuir la presión el brazo se destiende o recoge.



M = 3 (n-1) – 2J1 – J2 = 3 (10-1) - 2(12) = 3 Por lo cual podemos determinar que dicho sistema articulado cuenta con tres grados de libertad


8.- Regulador centrifugo El regulador centrífugo es el sensor de una cadena mecánica de retroalimentación, que proporciona un parámetro que es función de la velocidad angular. Este parámetro puede ser un desplazamiento mecánico que actúe sobre una válvula de control de retroalimentación negativa que se suministra a un motor para m antener constante su velocidad. Se compone de dos o más masas en rotación alrededor de un árbol giratorio. Como resultado de la fuerza centrífuga las masas tienden a alejarse del eje de rotación, pero al hacerlo se oponen a un sistema de resorte Pessoa, la fuerza de la gravedad a través de un sistema articulado, similar a un péndulo W.

Principio de funcionamiento Gire la manivela tan rápido como pueda y observara que entre más rápido gire el mecanismo más rápido se baja el buje ranurado, debido a la fuerza centrífuga que actúa sobre las masas de plomo de acuerdo a la ecuación:   






Eslabón fijo Manivela

Como podemos observar en el diagrama cinemático, contamos con 5 eslabones y 5 juntas. Teniendo en cuenta que las uniones entre eslabones son únicamente juntas de pasadores, se calcula el número de grados de libertad a través de la ecuación de Grüebler: la ecuación de Grüebler particularizada para este caso queda de la siguiente manera: N1 = 5 (No. De eslabones, incluido el eslabón fijo) J1 = 5 (No. De juntas de 1 GDL) J2 = 0 (No. De juntas de 2 GDL) M = 3 (n-1) – 2J1 – J2 = 3 (5-1) - 2(5) = 2 Por lo cual podemos determinar que dicho sistema articulado cuenta con dos grados de libertad


9.- Rueda de Ginebra La rueda de Ginebra, también conocida como cruz de Malta, es un mecanismo que convierte un movimiento circular continuo en un movimiento circular intermitente. Consiste en un engranaje donde la rueda motriz tiene un pivote que alcanza un carril de la rueda conducida y entonces avanza un paso. La rueda motriz tiene también un bloque circular que bloquea la posición de la rueda conducida mientras la motriz gira. Una aplicación de la rueda de Ginebra son los proyectores de cine. La película no corre continuamente en el proyector, sino que avanza fotograma a fotograma, permaneciendo frente a la lente 1/24 de segundo. Este movimiento intermitente se consigue utilizando la rueda de Ginebra. (Los proyectores modernos pueden usar un mecanismo controlado electrónicamente o un motor paso a paso, que permite el bobinado rápido de la película.) La rueda de ginebra también ha sido usada en relojes mecánicos, no solo como elementos motrices, sino también como limitadores de la tensión del muelle, para que opere en un rango donde su elasticidad tenga un comportamiento lineal.


Como podemos observar en el diagrama cinemático, inicialmente contamos con 4 eslabones y 4 juntas. Teniendo en cuenta que las uniones entre eslabones son únicamente juntas de pasadores, se calcula el número de grados de libertad a través de la ecuación de Grüebler: la ecuación de Grüebler particularizada para este caso queda de la siguiente manera:

N1 = 4 (No. De eslabones, incluido el eslabón fijo) J1 = 4 (No. De juntas de 1 GDL) J2 = 0 (No. De juntas de 2 GDL)

M = 3 (n-1) – 2J1 – J2 = 3 (4-1) - 2(4) = 1 Por lo cual podemos determinar que dicho sistema articulado cuenta con un grado de libertad. Cabe destacar el hecho de que este mecanismo solo cuenta con un grado de libertad cuando ocurre el movimiento previamente especificado y posteriormente el engranaje es desplazado por la rueda motriz.

Ley de Grashof Dado que el presente sistema posee más de una articulación de revolución completa (tienen la capacidad de girar 360°), podemos decir que el sistema cumple con la ley de Grashof.

10.- Mecanismo de cuatro barras También llamado cuadrilátero articulado, es un mecanismo formado por 3 barras móviles y una cuarta barra fija, unidas mediante nodos articulados las barras móviles están unidas a la fija mediante pivotes. La ley de Grashof es una fórmula utilizada para analizar el movimiento que hará el mecanismo de cuatro barras. Para que exista un movimiento continuo entre las barras, la suma de la barra más corta y la barra más larga no puede ser mayor que la suma de las barras restantes. Cabe mencionar que dependiendo la dirección, el mecanismo actúa ya sea como: doble balancín, manivela – balancín y/o doble manivela.

Calculo de la movilidad Eslabones móviles

Bancada



Ley de Grashof Dado que el presente sistema posee al menos una articulación de revolución completa (tienen la capacidad de girar 360°), podemos decir que el sistema cumple con la ley de Grashof.

11.- Comparación Resorte – Cardan El mecanismo tiene el objetivo de mostrar la diferencia que existe entre las flechas de cardan, y las de articulación con resorte con respecto al movimiento que se produce a la salida. La parte impulsora de este mecanismo es una palanca conectada a dos engranes que permiten tener una velocidad angular constante en la entrada de los dos ejes; pero como el ángulo de desviación del cardan es mayor que el permitido (17°), se produce un movimiento intermitente a la salida del mismo; en cambio en el resorte sin importar el ángulo de desviación, se transmite el movimiento continuo con la misma velocidad angular que en la entrada. Nota:

Girar la manecilla en el sentido horario.

Calculo de la movilidad Como podemos observar, contamos con 6 eslabones y 7 juntas. Teniendo en cuenta que las uniones entre eslabones son únicamente juntas de pasadores, se calcula el número de grados de libertad a través de la ecuación de Grüebler: la ecuación de Grüebler particularizada para este caso queda d e la siguiente manera: N1 = 6 (No. De eslabones, incluido el eslabón fijo) J1 = 7 (No. De juntas de 1 GDL) J2 = 0 (No. De juntas de 2 GDL)

M = 3 (n-1) – 2J1 – J2 = 3 (6-1) - 2(7) = 1 Por lo cual podemos determinar que dicho sistema articulado cuenta con un grado de libertad. Cabe destacar el hecho de que este mecanismo, al igual que el mecanismo de la rueda de ginebra solo cuenta con un grado de libertad cuando ocurre el movimiento previamente especificado.


12.- Biela – Manivela con poleas Este conjunto está formado por una manivela, una barra denominada biela y una polea. La biela se encuentra articulada por un extremo con dicha manivela y, por el otro, con un elemento que describe un movimiento alternativo, empleando a su vez una polea sujeta a la manivela, la cual posteriormente describirá un movimiento circular en el sentido h orario. Al girar la rueda, la manivela transmite el movimiento circular a la biela, que experimenta un movimiento de vaivén, una vez que esto suceda, la polea describirá un movimiento circular en el sentido horario.

Calculo de la movilidad Manivela Polea

Bancada

Biela Corredera

Como podemos observar en el diagrama cinemático, contamos con 5 eslabones y 5 juntas. Teniendo en cuenta que las uniones entre eslabones son únicamente juntas de pasadores, se calcula el número de grados de libertad a través de la ecuación de Grüebler: la ecuación de Grüebler particularizada para este caso queda de la siguiente manera: N1 = 5 (No. De eslabones, incluido el eslabón fijo) J1 = 5 (No. De juntas de 1 GDL)

J2 = 0 (No. De juntas de 2 GDL)

M = 3 (n-1) – 2J1 – J2 = 3 (5-1) - 2(5) = 2 Por lo cual podemos determinar que dicho sistema articulado cuenta con dos grados de libertad.


13.- Rueda accionada por una manivela El presente mecanismo consiste en una especie de rueda, la cual es accionada por una manivela, la cual tiene una especie de pivote que alcanza un carril de la rueda conducida y entonces efectúa un movimiento giratorio.

Calculo de la movilidad Bancadas

Manivela




Conclusiones En lo que respecta a la conclusión, yo destaco que mediante al desarrollo y la realización del presente trabajo, yo como alumno además de aplicar y a su vez reforzar los conocimientos en relación a la materia y la metodología anteriormente vista en clase, pude enfocarme muy bien en la elaboración del reporte de práctica. Cabe destacar que la realización de esta práctica resulto ser de mucha utilidad, pues logramos apreciar y a su vez relacionar los conceptos y la metodología anteriormente vista en clase en forma física.

Analisis de Sistemas Articulados

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