Analisis Topologicos de Mecanismos (2)

CAPÍTULO 1

ANÁLISIS TOPOLÓGICO DE MECANISMOS

CONTENIDO 1.1. 1.1. 1.2. 1.2. 1.3. 1.3. 1.4. 1.4.

Concep to de análisis topológico de de mecanism os. Conceptos básicos topológicos. Conceptos básicos alrededor del mecan ismo de cuatro barras. Exposición general de mecanism os.

FIGURA 1.1 Piezas de una biela. Casquillo o cojinete de biela Taladro para aceite Ojo de biela

1.1 1.1..

CONCEPTO DE ANÁLISIS TOPOLÓGICO DE MECANISMOS

El estudio topológico de los mecanismos engloba los aspectos relativos a su configuración geométrica y las consecuencias que de ella pueden derivarse. Así, el estudio topológico de mecanismos comprenderá el análisis de las formas de sus elementos componentes, el número de éstos, las uniones entre ellos, los tipos de movimientos que éstos pueden efectuar, las leyes por las que se rigen, etc.

Vástago de biela Pie de biela

~

1.2 1.2..

CONCEPTOS BÁSICOS TOPOLÓGICOS

m

Casquillos del cojinete de biela

1.2.1.

Pieza

Cuando en un mecanismo se van separando cada una de las partes que lo forman, se llega finalmente a tener una serie de partes indivisibles, generalmente rígidas (aunque no necesariamente) llamadas pie za s. En la Figura 1.1 se ha representado el conjunto de piezas que forman la bie la de un a uto mó vil.

Tapa de la cabeza de biela (sombrerete)

Pistón de sujeción

f* I

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FUNDAMENTOS DE MECANISMOS Y MÁQUINAS PARA INGENIEROS

A título de curiosidad puede decirse que un automóvil de serie, de los normales en el mercado, llega a tener un promedio de 16.000 piezas.

1,2.2.

Miembro

Un conjunto de piezas unidas rígidamente entre sí, sin movimiento posible entre ellas se denomina miembro. Un miembro (o barra) es la unidad móvil de un mecanismo o máquina, pudiendo estar formado por una o varias piezas'. El miembro de un mecanismo sobre el que actúa la acción exterior aplicada (fuerza o par procedente de un motor de accionamiento, por ejemplo) se llama miembro conductor. El miembro que efectúa la acción exterior útil se llama miembro conducido. El miembro de un mecanismo que permanece fijo se llama bastidor. bastidor. El resto de los miembros de un mecanismo actuarán, por re gla general, como conductores y conducidos, simultáneamente. (En un motor de explosión, cada una de las partes móviles constituyen un miembro, y el con ju nt o de toda s las par tes fijas con stit uye el bas tidor .) En la Figura 1.2 se ha representado el miembro biela de un motor alternativo.

En la Figura 1.3 puede verse los detalles del miembro bastidor de un motor de 4 cilindros con válvulas en cabeza.

FIGURA 1.3 Bastidor de un motor de 4 cilindros con válvulas en cabeza.

FIGURA 1.2 Miembro biela de un motor de explosión.

' Desde luego, lo s miembros de un mecanism o no tienen tienen por qué ser necesariamente rígidos. Pueden ser también miembros elásticos (resortes, etc.), y miembros fluidos o no mecánicos, como aceite en un conducto, etc.

1. C o la d o r p ar a el ll e n a d o d e aceite. 2. Tubo para echar el aceite. 3. Tapa o cárter de balancines. 4. Junta. 5. Cula Culata ta.. 6. Bloque de cilindros. 7. Cárter de distribución.

Cárter del motor. Tapa inferior del cárter. Tapón de vaciado del aceite. Junt Junta. a. Cárter o tapa que envuelve al volante. 13. Junta de culata. cárter. T. Tubo de ventilación del cárter.

8. 9. 10. 11. 12.


Obsérvese la enorme complejidad del conjunto y cómo, una vez acopladas todas sus piezas, forman un conjunto rígido, actuando, desde el punto de vista topológico (y también cinemático y dinámico), como un solo miembro.

1.2.3.

1.2.3. 1.2.3.1. 1.

Par cinemátic o

Definición de pa r

1.2.3.2. 1.2.3.2.

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Cierre de pare s

El movimiento entre los dos miembros del par queda asegurado y viene limitado por los denominados cierres de pares, de los cuales existen tres tipos: • Cierre de forma: el contacto queda asegurado por la forma de los dos miembros en contacto. En la Figura 1.5 se ha representado el cierre de un cilindro y el émbolo.

Se llama p a r al conjunto formado por dos (o más) miembros de un mecanismo en contacto, con movimiento relativo entre ellos. Así forman un par, en el mecanismo de un motor alternativo, la biela y el pis tón , o la bie la y e l cig üe ñal . En el mo to r d e la F igu ra 1.4, se tie nen los par es:

• Cierre de fuerza: el contacto queda asegurado por un miembro elástico interpuesto. En la Figura 1.6 se ha representado el cierre entre la leva y el elevador de válvula de un motor. • Cierre de cadena: el contacto queda asegurado por medio de otro miembro del propio mecanismo. En la Figura 1.7 la unión entre las ruedas de engranajes 2 y 3 queda asegurada por la pieza de soporte 1 (bastidor).

26


1.2.3.3.

FIGURA 1,6 Cierre de fuerza entre leva y válvula.

Válvula Camisa de agua Bloque de cilindros Guía de válvula Resorte de válvula

Clasificación de los pares

Los pares pueden clasificarse: 1. Atendiendo a la superficie de contacto entre los dos miembros que constituyen el par: * Pares superiores o de contacto lineal o puntual (leva-varilla) (Fig. 1.8.a). • Pares inferiores o de contacto superficial (cilindro-émbolo) (Fig. 1.8.b).

FIGUR A 1.8 Pares superiores y pares inferiores.

Conducto de aceite Elevador de válvula Árbol de levas Leva Resalte de la leva

Varilla

Cilindro

FIGURA 1.7 Cierre de cadena entre dos ruedas dentadas.

Embolo

2. Atendiendo al movimiento relativo entre sus puntos: • De primer grado o lineal, cuando cualquier punto de uno de los miembros describe una línea en su movimiento relativo respecto del otro miembro del par: Par pr ism átic o: un punto P describe una línea recta. (Par P) (Fig. 1.9.a.) Par rotación: el punto P describe una circunferencia. (Par R) (Fig. 1.9 .b.) Par helicoidal: el punto P describe una hélice. (Par H) (Fig. 1.9.c.)

ANÁLISIS TOPO LÓGIC O DE MECANISMOS

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• De segundo grado o superficial, cuando cualquier punto de uno de los miembros describe una superficie en su movimiento.

Par pla no : el punto P describe un plano. (Fig. 1.10.a.) Par cilindr ico : el punto P describe un cilindro. (Par Cj (Fig. 1.10./?.) Par esférico: el punto P describe una esfera. (Par E ) (Fig. 1.lO.c.) • Par con deslizamiento: uno de los miembros desliza sobre el otro, en su movimiento relativo (cilindro-pistón). • Par con rodadura: uno de los miembros rueda sobre el otro, en su movimiento relativo (rueda-carril). • Par con pivo tamiento : uno de los miembros pivo ta sobre el otro, en su movimiento relativo (quicio-quicionera).

• De tercer grado o espacial, cuan do un punto de uno de los miem bros describe una curva alabada. Por ejemplo, una esfera moviéndose dentr o de un tubo de igual diáme tro (Fig. 1.11).

4. Atendiend o al numero de grados de libertad que posee el movimiento relativo de los miembros que forman el par se clasifican en pares de I, II, III, IV y V grados de libertad. En efecto, un cuerpo rígido en el espacio posee seis grados de li be rta d (pu ed e re ali za r sei s mo vim ien tos ind ep en die nte s ent re sí; o también se puede decir que hacen falta seis variables para definir el movimiento, Figura 1.12.a), que vendrán representadas por tres rota ciones paralelas a los ejes x , y , z y tres traslaciones según esos tres ejes coordenados. Al formarse un par cinemático, un cuerpo libre se ve obligado a per ma nec er en con tac to con otro. Por tant o, los gra dos de libe rtad del prim ero se r educ en, según sea el tipo del par (de los 6 m ovim ient os po sibles de un miembro libre, al unirse a otro formando un par los redu cirá a 5, 4, 3, 2 o 1).

28


FIGURA 1.12

TABLA 1.1

Grados de libertad de un cuerpo rígido en el espacio y form ando un par cinemático.

Esquemas, nombres y símbolos de pares cinemáticos.

En general, es fácil comprender que cuando un miembro (2) se mantiene en contacto con otro (l) (al cual se pueden fijar los ejes coordenados, como se ve en la Figura \ .\2.b), los movimientos posi bles de est e últi mo pued e ser las tres rota cion es y s ólo dos tras lac ione s (una traslación de 2 respecto de 1, según OZ , implica la rotura del par, su sep ara ción ). En la Tabla 1.1 se expone una clasi ficac ión general de los pares ci nemáticos, atendiendo a sus grados de libertad. 5. Atendiendo al número de barras que conectan, los pares también se pue den clasificar en binarios (cuando conectan dos miembros), ternarios (conectan tres miembros), etc. En general, par p-ario será el que conecta p miembros. En la Figura 1.13 se tienen ejemplos de pares temarios.

Atendiendo al número de pares que se pueden conectar, los miembros o ba rras se clasifican en binarias (conectan dos pares), barras ternarias (conectan tres pare s), etc. En g ener al, barra p-aria es la que conecta p pares.

NOTA 1. 1 .

Las conexiones de miembros por pares superiores pueden ser reemplazadas por conexiones por pares inferiores, cuando se desee dis minuir la presión de contacto y el rozamiento. En la Figura 1.14 puede verse un caso típico, en donde el par superior formado por dos miembros (Fig. 1.14.tf) ha sido sustituido por dos pares inferiore s (Fig. 1.14.6): in troduciendo un nuevo miembro (3), con lo cual aparece el par prismático 3-1 y el par de rotación 2-3.

ANÁLISIS TOP OLÓ GICO DE MECANISMOS

29

una cadena cinemática, dependiendo para lograrlo del tipo de los pares que la formen. Por ejemplo, con tres miembros que formen tres pares inferiores de primer grado (prismático, rotación y helicoidal), en todas sus combinaciones posibles, sólo se pueden formar dos cadenas cinemáticas: una formada por tres pares pris má tico s, y o tra for ma da por un pa r p rism áti co, otr o de rota ció n y o tro he  licoidal, como se ve en la Figura 1.15.

FIGURA 1.15 Cadenas cinemáticas con tres pares inferiores.

1.2.4. 1.2.4.1.

Ca de na s cinem áticas Definición de las cadenas

Puede definirse una cadena cinemática como la agaipacion de varios pares elementales, de modo que todos los miembros formen parte, al mismo tiempo, de dos pares simultáneamente; en otras palabras, que todos los pares estén li gados entre sí. Sin embargo, puede haber algún miembro que no este ligado más que a otro.

1.2.4.2.

4

Clasificación de las cadenas

Pueden clasificarse en dos grupos: • Cadenas cerradas, cuando todos y cada uno de los miembros se une a otros dos. • Cadena abierta, cuando hay algún miembro no unido a otros dos.

1.2.4.3.

i

Constitución de las cadenas

Una cadena cinemá tica puede estar constituida por pares superiores, inferiores, o ambos simultáneamente. Al mismo tiempo, también puede contener pares de igual o de diferente grado. La cadena cinemática más sencilla contendrá sólo dos miembros (un par), siendo necesariamente abierta. Un ejemplo puede constituirlo la cadena for mada por un tomillo y su tuerca. Las cadenas cinemáticas cerradas más simples pueden formarse con sólo tres miembros. Sin embargo, no siempre con tres miembros puede formarse

Las demás combinaciones son inviables; unas, como la de la Figura 1.16, formada por tres pares de rotación, por imposibilitar cualquier movimiento (forma una estructura), y otras por ser sim plemente imposible su construcción.

30


Utilizando tres miembros con pares de grado diferente, se pueden formar multitud de cadenas cinemáticas. Así, por ejemplo, con dos pares inferiores y uno superior (de contacto li neal o puntual) pueden formarse las cadenas cinemáticas constitutivas de las levas, engranajes, etc. (Fig. 1.17.a). Con may or número de miemb ros pueden formarse todo tipo de cadenas cinemáticas. En la Figura 1.17./? se ha repre sentado una cadena cinemática típica, la de Watt.

FIGURA 1.17 Cadenas cinemáticas.

1.2.5. D

A

P n

— y 1

(

y/ \

2 yfí

\ i

A

(a)

\i 6

/

_

(b)

Como se ve, consta de seis miembros y siete pares. En ella puede obser varse que los miemb ros 2 y 6 son tem arios, y los 1, 3, 4 y 5. binarios. A sí mis mo, todos los pares A, B, C, D, E, F y G son binarios de rotación.

FIGURA 1.18 Cadena de seis miembros y seis pares.

Mecanismo

1.2.5.1.

L'PCP i '

3 / 1

2

La Figura 1.18 representa otra cadena cinemática compuesta por seis miembros y sólo seis pares. En ella se observa que en el par A concurren tres miembros, por lo que el mecanismo tiene un par temario, y todos los demás bi narios. Asimismo, también tiene una barra ternaria, y las demás binarias. Las cadenas cinemáticas se nombran por el número de pares y de miembros de cada grado. Así, la cadena (n 2, p2\ n3, /?,; n4, ...) es la formada por n 2 miembros bina rios , n 3 temarios y n4 cuaternarios, así como por P2 par es bina rios , /?, te r narios y ninguno cuaternario. La cadena cinemática de la Figura 1.17./? tiene la configuración (4, 7, 2) y la de la Figura 1.18, tiene la configuración (5, 5, 1, 1).

Definición de mecanism o

Un mecanismo es una cadena cinemática a la que se la ha inmovilizado uno de sus miembros. A este miembro fijo se le llama bastidor.

NOTA 1.2.

Este concepto de miembro fijo requiere importantes mati-

zaciones: Por ejemplo, puede haber una máquina compuesta por varios meca nismos, en la que un miembro móvil de uno de ellos sea el bastidor (miembro fij o) de otro de sus mecanismos. Sin embargo, en la mayoría de las máquinas, el miembro fijo de todos los mecanismos que la componen es un miembro único (por ejemplo, los diferentes meca nismos que componen un motor de explosión tienen como miembro fijo o bastidor el miembro único formado por la culata, el bloque y el cárter), lo que tampoco implica necesariamente que este bastidor sea un miembro totalmente inmóvil (por ejemplo, los diferentes meca nismos que componen un vehículo automóvil tienen un bastidor único, pero móv il con el auto ). En muchas máquinas, sin embargo, el bastidor está unido solidaria mente al suelo, a través de una fundación de hormigón, por ejemplo, que se denomina bancada. En este caso, el bastidor y la bancada constituyen un único miembro, tal como se ha definido; su separación, a efectos ci nemáticos, carece de importancia, pero no así a efectos dinámicos, como se tendrá ocasión de comprobar.

De la definición se deduce que de una cadena cinemática pueden obte nerse tantos mecanismos como miembros tenga, a medida que se fijen suce sivamente cada uno de ellos. Cada uno de estos mecanismos se llama inverso del que se ha tomado como fun dam enta l.

ANÁLISIS TOPOL ÓGICO DE MECANISMOS

1.2.5.2.

Represe ntación de los mecanis mos

Con el fin de simplificar el estudio de los mec anismos, nunca se dibujan éstos en su totalidad, con la forma y dimensiones de cada uno de sus miembros y pares, sino que se sustit uye el c onju nto por un es quem a, form ado gene ralm ente por los ejes de los d ifere ntes mie mbr os (o p or las líneas de unión de los c entro s de cada una de sus articulaciones). Estas articulaciones no se dibujan por regla general (aunque a veces puedan representarse por pequeños círculos, rectán gulos, etc.). En todo el estudio que seguirá, y a efec tos de unificar la nomenclatura, se denominará siempre al miembro fijo de cualquier mecanismo con el número 1, numerando todos los demás miembros por orden creciente, con números su cesivos 2, 3,... A las articulaciones fijas (unión de un miembro móvil con el bastidor) se les denomina con la letra O, y los subíndices que indican los dos miembros que se unen. Así, por ejemplo, la unión del miembro 4 y el bastidor se repre sentará por 0 ]4. Las articulaciones móviles se designarán por letras mayúsculas, sin subíndice (A, B, C, etc.). En la Figura 1.19 se representa el mecanismo de una prótesis de una ro dilla, y al lado, su correspondiente esquema. (Obsérvese que el miembro fijo se representa siempre con un rayado-línea de tierra.) (Los miembros 2 y 4 se han representado por dos líneas con posiciones relativas fijas.)

1.2.5.3.

31

Clasificación de los mecanismo s

• Atendiendo a la movilidad de sus miembros: De los dos mecanismos de la Figura l .20, con el miembro fijo 1 en ambos, en el mecanismo de la izquierda se observa cómo fijada la posición de cualquie ra de los miembros móviles queda automáticamente fijada la posición de los otros miembros, lo que no ocurre en el mecanismo de la derecha. El primero se denomina desmodrómico o de movilidad determinada, y el segundo, no desmodrómico o de movilidad indeterminada.

NOTA 1.3 .

Obsérvese que el segundo mecanismo se convierte en des modrómico si se aplica movimiento a dos de sus miembros, por ejemplo, a los 2 y 5.

FIGURA 1.20 Mecanismos desmodrómico y no desmodrómico.

B

FIGU RA 1.19 Mecanismo de una prótesis de rodilla.

En este libro sólo se considerarán los mecanismos desmodrómicos, con un solo grado de libertad, donde definido el movimiento de uno sólo de sus miembros queda definido el movimiento de todos los otros.

NOTA 1.4.

Es de resaltar que el «cierre de pares» empleado puede re per cu tir en el hec ho de que un me can ism o sea o no de sm odr óm ico . Por ejemplo, en el mecanismo de levas que acciona las válvulas de un motor de explosión, en el que el cierre del par leva-seguidor sea un resorte, pued e oc urr ir q ue a ba jas rev olu cio nes el res orte ma nte nga pe rfe cta me n te unidas la leva y el seguidor, con lo cual el mecanismo es desmodrómi co, pero a altas velocidades se vea imposibilitado de hacerlo, con lo cual el mecanismo deja de ser desmodrómico, siendo causa de irregularidades en la marcha del motor.

32

FUNDAMENTO S DE MECANISMOS Y MÁQUINAS PARA INGENIEROS

• Atendiendo al tipo de movimiento de sus miembros: Pueden clasificarse en mecanismos planos (o con movimiento plano), en los que cualquier punto, de cualquier miembro, se mueve siempre en una tra yectoria que se encuentra en un plano (aunque no necesariamente todos los miembros se han de mover en el mismo plano), y mecanismos no planos o es pac ial es, en los que alg uno s de sus mi em bro s no se mue ven en un pla no (F i gura 1.21).

Un par de la clase I restringe en dos el número de grados de libertad de los dos miembros: luego hay que descontar de 3 N dos grados de libertad por cada P, que existan en el mecanismo. Análogamente ocurre con los pares de la clase 11, salvo que estos pares sólo restringen en un grado de libertad el movimiento de los dos miembros, por lo que únic am ent e hay que des con tar tanto s grad os de liber tad com o pare s emitan de la clase II, o sea, L. Al descontar los tres grados de libertad que pierde la barra fija, queda la expresión anterior.

FIGURA 1.21 FIGURA 1.22

Mecanismos especiales.

Efectos de aplicación de la fórmula de Grübler.

O

En este libro sólo se estudiarán los mecanismos planos.

1.2.5.4.

Grados de libertad de un mecanism o plano: fórmula de Grübler

Se denomina grado s de libert ad de un mecanismo al número de parámetros necesarios para definir su configuración geométrica (posición en cada instan te, de todos y cada uno de sus miembros). Para un mecanismo plano formado po r N miembros (binarios o no), y una serie de P, pares binarios de un grado de libertad (R pares de rotación, P pares prismáticos, H pares helicoidales) y P„ pares binarios de dos grados de libertad (L pares leva), los grados de liber tad del mecanismo vienen dados por la relación de Grübler:

G = 3(N - 1) -2P , - Pn

(1.1)

En efecto, si el mecanismo tiene N miembros, el numero de grados de li ber tad , sup ues tos todo s los mie mb ros libr es, incl uso el bas tidor , será 3 N (por ser mecanismo plano). Al estar estos miembros conexionados pierden grados de libertad.

A N Á L I S IS T O P O L Ó G I C O D E M E C A N IS M O S

En la Figura 1.22 se muestran algunos ejemplos de todo lo dicho, seña lando que: Si G = 1, el mecanismo es desmodrómico, con una sola variable de en trada. Si G = 2, el mecanismo no es desmodróm ico, salvo que se suministren, si multáneamente, dos movimientos de entrada. Si G = 0, resulta imposible el movimiento, y el mecanismo forma una es tructura estáticamente determinada. Si G = -1, el movimiento es imposible, y el mecanismo resulta ser una es tructura, estáticamente indeterminada (hiperestática. Existe un elemento so bran te).

33

FIGURA 1.24 Disposiciones de las barras al aplicar la fórmula de Grübler.

Estructura

Mecanismo

NOTA 1 .5.

Obsérvese (Fig. 1.23) que tres miembros unidos por pa res de rotación forman una estructura, por lo que si se encuentran en un mecanismo, deberá considerarse a todos los efectos como un solo miembro.

1.3.

1.3.1. FIGURA 1.23 Los miembros 3, 5 y 6 forman una estructura.

CONC EPTO S BÁ SICO S ALREDEDO R D E L M E C A N I SM O D E CU A T RO B A R R A S Generalidades

El mecanismo plano de barras básico es el llamado cuadrilátero articulado, una de cuyas múltiples formas se representa en la Figura 1.25.

NOTA 1 .6.

En la aplicación de la fórmula de Grübler hay que tener cuidado, puesto que la disposición de una barra (como se ve en la Fi gura 1.24), puede convertir una estructura en un mecanismo, y vice versa.

Este mecanismo, de gran versatilidad como podrá comprobarse, está for mado por cuatro miembros (barras), uno de ellos fijo (bastidor). Los miembros que giran unidos al miembro fijo (tienen un eje de rotación fijo) se llaman ma-

34

FUNDAMENTO S DE MECANISMOS Y MÁQUINAS PARA INGENIEROS

nivelas o balancines, según que puedan dar o no una revolución completa; és tos serán los miembros 2 y 4 de la Figura 1.25. El miembro intermedio, que no tiene eje de rotación fijo, y que sirve de enlace para los dos anteriores se llama bie la; ést e ser á e l mi em bro 3 de la Fig ura 1.25. El mecanismo es tá formado por cuatro pares de primer grado, de rotación, inferiores, de contacto con deslizamiento. En este mecanismo, si el miembro 2 es el unido al motor de acciona miento será el miembro conductor, el cual arrastra al miembro conducido 4 por interme dio del miem bro biela 3. En la Figura 1.25.a se observa que los miembros 2 y 4 giran en el mismo sentido, aunque ello no tiene por qué ocurrir a lo largo de todo el ciclo del movimiento, c omo se observa en la nueva posi ción en la Figura 1 .25.b. Cuando los miembros 1 y 3 son iguales, así como los 2 y 4, el mecanismo se denomina paralelogramo articulado. En la configuración de la Figura 1.26.a, los miembros conductor y con ducido giran siempre en el mismo sentido, mientras que en la configuración de la Figura 1.26 .b giran en sentidos opuestos (se denomina antiparalelogramo ar ticulado).

1.3.2.

Teorema de Gr as ho f

En un cuadrilátero articulado, los miembros 2 y 4 pueden dar una revolución completa (manivelas) o sólo oscilar a un lado y a otro (balancines), sin poder efectuar una revolución, dependiendo ello de cuál sea el tamaño y posición de sus diferentes miembros. Grashof estudió tales leyes de movilidad determinando que en un cuadri-

látero articulado para que una o dos barras s ean manivelas se ha de cum plir que la suma de las barras mayor y menor no sea mayor que la suma de las otras dos.

• Si el soporte es la barra meno r y se cumple la Ecuación (1.2), los dos miembros contiguos son manivelas (mecanismo de doble manivela), Figura 1.27.a. 2+1 < 3+ 4

siendo

2> 3>4> 1

(1.2)

FIGURA 1.27 Paralelogramos articulados con manivela.

• En el caso que 2 + l = 3 + 4, siendo 2 = 4 y 1 = 3, Figura 1.27. b, se tie ne el paralelogramo articulado. • Si el soporte es una de las barras contiguas a la menor, el miembro me nor es una manivela y el otro un balancín. El mecanismo se llama de manivela-biela-balancín. Figura 1.27.c\ • Cuando no se cumple que 2 + 1 < 3 + 4, los dos miembros que giran son bal anc ine s, y el me can ism o se lla ma de dob le bala ncí n. Fig ura 1.28.

1.3.3.

Con form ación de los miem bros

Los miembros del mecanismo de cuatro barras (como los de cualquier otro mecanismo) pueden adoptar diversas configuraciones, aun cuando todas res pon dan al mi sm o esq uem a. En la Figura l .29 se han representado las posibles variaciones de los ele mentos de un cuadrilátero articulado, a medida que el tamaño de sus uniones

ANÁLISIS TOPOL ÓGICO DE MECANISMOS

(articulaciones) van evolucionando. Como se ve, sus formas pueden ser muy diferentes, pero a efectos cinemáticos son todas idénticas:

FIGURA 1.28

• La Figura l .29 .a representa el esquema del mecanismo. • La Figura l .29 .b representa el mismo mecanismo, en el que la articula ción Ol4se ha agrandado, sin que sea su tamaño mayor que B O l4. (El miembro 4 es un cilindro macizo unido a un tramo de barra, que gira dentro del cilindro hueco l .) • La Figura 1.29.C representa el mismo meca nismo, pero ahora el miem bro 4 es una bar ra unid a a u na de sliz ade ra c que se mueve sobre el ci lindro 1. • L a Figura 1.29.d representa el caso en que la articulación 0 ,4 es mayor que el propio miembro. El mecanismo es el mismo que los anteriores, y el miembro BO u recibe el nombre de excéntrica. • Si el miembro B O u gira sólo un cierto ángulo, la excéntrica puede li mitarse, como se ve en la Figura 1.30.a. • El miembro BO u puede sustituirse por una corredera que se desplaza en una acanaladura de radio B O i4, como se ve en la Figura \.30.b.

Mecanismo de doble balancín.

FIGURA 1.29 Conformación de miembros de m ecanismos.

(a)

35

(b)

(c)

36

FUNDAM ENTOS DE MECANISMOS Y MÁQUINAS PARA INGENIEROS

En este último caso, el mecanismo completo quedaría tal como se ve en la Figura 1.30.c; como es lógico, esto mismo puede hacerse extensivo a cualquier mecanismo de este tipo, incluso suponiendo trayectorias no circulares para la corredera.

1.3.4.

FIGURA 1.32 Mecanismo de doble corredera.

/ / / > /

Varian tes del me can ism o

El mecanismo cuadrilátero articulado puede presentar diferentes formas, según el tamaño y disposición de los diferentes miembros. A continuación se verán algunos ejemplos de estas posibles variaciones. A)

Si en el cuad riláte ro articulado norm al de la Figura 1.29.r/ se supone que el centro Oí4 se desplaza al infinito, el mecanismo se convierte en el conocido manivela-biela-corredera (Fig. 1.31), cuyo uso no es ne cesario recalcar (motores, compresores, bombas alternativas, etc., tie nen este mecanismo como básico). El miembro 4 se desplaza sobre una trayectoria recta (centro de curvatura en el infinito).

/

>4

/

FIGURA 1.33 Mecanismo donde la biela es sustituida por una corredera.

FIGURA 1.31 Mecanismo manivela-biela-corredera.

1.3.5.

Inver sione s del me canis mo

Como se mencionó anteriormente, de una cadena cinemática pueden obtener se tantos mecanismos como miembros tenga.

B) En el caso de que en el cuadrilá tero art iculad o (Fig. l.29.tv) las dos

manivelas tengan longitud infinita (O n y O l4 estén en el infinito), se tiene el mecanismo de doble corredera de la Figura 1.32. C) Otra variante del cuadriláte ro articulado la constituye el mecanism o de la Figura 1.33, en el que la biela ha sido sustituida por una corre dera.

• En la Figura l .34 se ha representad o la cade na cinemá tica de cuatro ba rras y todas sus posibles inversiones. • En la Figura l .35 se representa la cadena cinem ática de cuatro miem  bros, con una art icu lac ión agr and ada , y toda s sus pos ible s inve rsion es. • En la Figura 1.36 se representan las inversiones del me canismo manivela-biela-corredera. • En la Figura 1.37 se representan las inversiones del mecanismo con dos correderas.

FIGURA 1.34

,

Inversiones de la cad ena cine mática de cuatro barras.

CO

FIGURA 1.35 Cadena cinemática de cuatro miembros con articulación agrandada.


FIGURA 1.37 Inversiones del m ecanismo con d os correderas.

37

38

1.4.


EXPOSICIÓN GENERAL DE MECANISMOS

1.4.1.

Introducción a la exposición general de mecanismos

A continuación se van a exponer, por medio de dibujos y esquemas, una serie de mecanismos, más o menos simples y fácilmente comprensibles, que permiten una visión general de los mismos (aunque sin profundizar en el conocimiento de cada uno de ellos), así como una primera clasificación sistemática a nivel topológico de los muy variados mecanismos existentes. Con esta exposición no se pretende emular los manuales existentes donde se analizan topológicamente miles de mecanismos, sino sólo exponer una serie de ejemplos que se consideran más significativos de cara a la motivación del alumno que se inicia en esta materia, y que por tanto pueden estar al alcance de su comprensión en este estadio de sus conocimientos. Resulta muy difícil cualquier clasificación de los mecanismos que pretenda ser ordenada y estructurada: m ucho m ás en este caso que sólo trata de ser un resumen muy superficial. Por ello, la pauta seguida ha sido la de una pr im er a ex po si ci ón de m ec an is m os , en di bu jo s y es qu em as de ta lla do s, co n la característica común de su simplicidad y generalidad, teniendo en cuenta pa ra su or de na m ie nt o el pa r má s bá sic o o ca ra ct er ís ti co , se gu id a de un a ex po sic ió n má s am pl ia de ot ro s m ec an is m os , or de na do s se gú n su uso m ás fr ecuente, para terminar con la exposición de algunos ejemplos de m ecanismos diversos.

FIGURA 1.38 Mecanismo de cuña utilizado para convertir el movimiento de traslación, en el miembro 2, en otro de traslación, en los dos miembros 4 y 3.

FIGURA 1.39 Tornillo tensor. Para regular la longitud de tirantes, cables, etc. Uno de los tornillos de regulación posee rosca de inclinación derecha, y el otro de inclinación izquierda.

Rosca a derech as

1.4.2. 1.4.2.1.

Exposición de mecanism os simples según su par básico Mecanism os de pa r básico inferior

Mecanismos de cuña Se emplean como mecanismos para la transmisión de transmitir grandes esfuerzos.

movimiento, y para

Mecanismos de tornillo Se emplean para transmitir fuerzas y para convertir un movimiento circular en otro de traslación, o viceversa. Los hay de muchos tipos, y en las figuras se muestran algunos de ellos.

Rosca a izquierdas


39

Mecanismos de barras Se emplean para transmitir el movimiento de un eje a otro. Ha sido estudiado con detalle en los puntos anteriores, pero aquí se reflejan algunos detalles constructivos.

FIGURA 1.42

1.4.2.2.

Mecanismos de par básico superior y contacto con rodadura

Mecanismos de rodamientos Se emplean preferentemente como elementos de soporte, aunque también puede emplearse para la transmisión del movimiento.

Cuadrilátero articulado.

FIGURA 1.43 Rodamientos de bolas: (a) rígido de bolas con una hilera, (b) rodamiento axial de bolas de sim ple efecto .

Cuadrilá tero articulado . Obsérve se que los ejes de las manivelas se unen a éstas por m edio de chavetas.

Detalles de la unión de los miembros de estos mecanismo s, (b)

40


FIGURA 1.44 Rodamientos de rodillos: (a) rodillos cilindricos, (b) rodamiento de rodillos cónicos.

FIGURA 1.47 Cilindros de fricc ión interiores. Los eje s giran en el mismo sentido. a— 'hi

,

FIGURA 1.45

.

Tom illo de bolas. (A l girar el tom illo, las bolas y la tuerca se desplazan longitudinalmente.)

:

/ / *

4 Í - — f

Tuerca

Y\

R t

FIGURA 1.48 Ruedas de fricción acanaladas.

Mecanismos de fricción Se emplean para transmitir el movimiento entre dos ejes, por medio del roza miento generado entre dos superficies rodantes, comprimidas entre sí.

/


1.4.2.3.

Mecanismos de pa r básico superior y contacto con d eslizamiento

FIGURA 1.50 (a) Engranajes cilindricos de dientes rectos, para ejes paralelos; (b) engranajes ci lindricos de dientes inclinados, para ejes paralelos.

Mecanismos de levas

Conducido

Se emplean para convertir un movimiento de rotación (o traslación), según una ley dada, en otro de rotación (o traslación), según otra ley también predefinida.

FIGURA 1-49 (a) Leva de rotación, con seguidor puntual de traslación; (b) leva de rotación con seguidor de rodillo; (c) leva de rotación con seguidor plano; (d) leva de traslación con seguidor de traslación, de rodillo; (e) leva de rotación con seguidor de rotación, plano.

(a)

(b)

Conductor

(c)

FIGURA 1.51 Engranajes cilindricos de dientes inclinados en ejes no paralelos.

FIGURA 1.52 Engranajes de tornillo sin fin. /7777Z-/ / / / / / ; —

- ■w

41

;M '/>/fr777ZC ///'W7 7W

Mecanismos de engranajes Se emplean para transmitir el movimiento entre dos ejes, utilizando el empuje entre los dientes (para lo cual, uno desliza contra otro). Hay de muchos tipos, según la forma constructiva y la colocación de los ejes de ambas ruedas.

42


FIGURA 1.53 Engranajes cónicos: (a) de dientes rectos, fb ) de dientes inclinados.

1.4.2.4.

FIGURA 1.55 Tipos de correas: (a) redonda; (b ) plana; f e) trapecial; (d) banda trapecial; fe) en eslabones; (f) dentada; fg) banda en V.

Meca nismo s con elemen tos flexibles

Mecanismos de correas Se emplea n para transmitir la rotación de un árbol a otro, pudiendo ser de dos

Mecanismos de cadenas

tipos: poleas y correas planas (permiten la conexión de árboles no paralelos), poleas y correas trapezoidales y correas y poleas dentadas.

FIGURA 1.56 FIGURA 1.54 Mecanismos de transmisión por correas: (a) correas planas, (b) correas trapeciales.

(a) Cadena de ro dillo doble; fb) cadena de dientes silenciosa.


1.4.2.5.

Meca nismos con elemen tos no mecá nicos

Mecanismos neumáticos

FIGURA 1.57 Cilindro neumático de simple efecto. El aire comprimido entra por el orificio A y empuja al émb olo hacia la derecha. El ret omo del vástago se realiza, por un muelle incorporado, cuando el aire no ejerce presión en A.

43

1.4.3.

Exposición de mecanismos simples según su uso

1.4.3.1.

Mecan ismos para la conversión del movim iento

Mecanismos que convierten un movimiento circular constante en otro circular, también constante FIGURA 1.59 Transmisión por mecanismos planos de barras. El movimiento se transmite desde el miembro conductor (al eje a él acoplado) a los ejes de los miembros conducidos.

FIGURA 1.60 FIGURA 1.58 Válvula de asiento esférico. Un muelle mantiene cerrada la bola contra su asiento; el aire comprimido no puede circular hacia el orificio A. Accionando el pulsador, la bola se separa y puede fluir el aire. Es necesario vencer la resistencia del muelle y la presión del aire.

Transmisión por trenes de engranajes.

44


Mecanismos que convierten un movimiento circular constante en otro circular, de velocidad no constante FIGURA 1.61 Mecanismo de cuatro barras con dos manivelas. Cuando el eje de entrada (miembro conductor) gira a velocidad cte.. el de salida (miembro conducido) gira a velocidad distinta, y variable con la posición del conjunto.

B

FIGURA 1.62 Ruedas dentadas con relación de transmisión biescalonada. (La velocidad cte. de la rueda 2 se transforma en dos velocidades diferentes de la rueda 3.)

FIGURA 1.64 Transmisión espacial con ruedas dentadas circulares, y relación de transmisión variable.

Mecanismos que convierten un movimiento circular constante en otro de magnitudes variables a voluntad: cambio de marchas FIGURA 1.65 Cam bio de marcha (3 velocidades). Ac cion and o la palanca P el árbol F se desplaza a derecha o a izquierda, con l o cual es posible obtener tres diferentes ve loci da des de salida en el árbol F. para una velocidad fija de entrada por el árbol D. Las tres conexion es posibles en el esquema son: A -E (,(án = 450. (úF = 150); B -G (cofí = = 450, (ü, = 550); C - H ( cú d = 450, 0)f = 350).

FIGURA 1.66 Un cilindr o 3 que se desplaza en contacto con los conos 2 y 4. A rb ole s de entrada y salida paralelos. A l mov er la pos ición del cilindr o se m od ifica la relación de transmisión (para igual ve locida d del c on o conductor, el co no co ndu cido adquiere diferentes velocidades, según sea la posición del cilindro).

ANÁLISIS TOPO LÓGICO DE MECANISMOS

45

FIGURA 1.67 Co no cond uctor que se desplaza en el interior de un con o conducido. Mediante el accionamiento de la palanca puede aumentarse o disminuirse la distancia existente entre los ejes del cono conductor y del conducido, medida ésta en un plano perpendicular a los mismos. Para igual v elocid ad del con o conductor, el co no conducido va aumentando su velocidad a medida que penetra en el interior de aquél.

Cono conducido Eje de salida Motor

Corredera 7 7 ^ T ^ ^ Z ZZZ27ZZZZZZZZ2Z

FIGURA 1.68 Transmisión automática por correas. Para una misma ve locidad de la po lea conductora se tienen diferentes velocidades de la polea conducida, al variar los diámetros de ambas (lo que se consigue acercando o separando sus caras laterales).

Engranajes

Servomotor de vacío

Contrapesos centrífugos

Caja reductora

46


FIGURA 1.68 (continuación)

FIGURA 1.70 Conversión, por medio de mecanismos de engranajes. Accionamiento alternativo de dos cremalleras, por medio de una palanca y rueda dentada.

Transmisión automática por correas.

Por la acción del muelle, la polea mantiene su máximo diámetro

Contrapeso centrífugo en reposo

motriz

Contrapesos centrífug os totalmente extendidos

Polea arrastrada

Polea con

1.4.3.2.

Meca nismo s de acoplam iento

Tien en po r misi ón unir d os eje s o árboles, cualqui era que sea su posic ión relativa.

Mecanismos que convierten un movimiento circular en rectilíneo FIGURA 1.69

FIGURA 1.71 Acoplamiento para árboles que se unen formando ángulo. Acoplamiento universal de cruceta. Su mayor problema estriba en que la velocidad del árbol arrastrado no permanece cte., sino que varía en función del ángulo ¡5.

Conversión por m edio de mecanismos de barras.

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FIGURA 1.72 Acoplam iento universal de bolas. En la superficie de la cubierta 1 y en la exterior del extremo del árbol 3 van dispuestos seis canales, según líneas meridianas, en los que se alojan las bolas. A l girar el árbol 2 un ángulo y, las bolas ruedan en los canales, al tiempo que voltean con los árboles giratorios y transmiten el giro del árbol 4 al 2.

FIGURA 1.73 Acoplamiento entre árboles no colineales. Junta Oldham. (a) Tipo básico; (b) tipo modificado.

1.4.3.3.

M eca nism os de em bragu e

Tie nen por m isió n ig ualar las velo cid ades de dos árboles, estando el ár bo l con ductor en marcha. También permite desacoplar dos árboles, unidos entre s cuando se desee.

FIGURA 1.74 Embragues de garras. Un cubo está enchavetado al árbol, y el otro cubo puede deslizarse axial mente (a lo largo de una lengüeta). Su mayor inconveniente es la dificultad para embragar en marcha.

ANÁLISIS TOPOLÓG ICO DE MECANISMOS

47

FIGURA 1.75 Embrague de rueda libre, de rodillos. Si el árbol 2 impulsa en sentido contrario al de las agujas del reloj, los rodillos 3 quedan acuñados en el espacio entre 4, y 5 es obligado a girar. Si 2 gira en el sentido de las agujas del reloj, los rodillos no están presionados contra 5 y no hay transmisión. El efecto es el mismo si 5 gira en sentido contrario a las agujas más deprisa de lo que gira 2 hacia ese mismo sentido.

Rodillos (3) Espacio de acu ñam iento Árbol ranurado (2)

FIGURA 1.76 Dibujo esquemático de un embrague de fricción de un automóvil. En ios esquemas se representan las posiciones embragada y desembragada. Cuando el conductor acciona el embrague, el collar de empuje aprieta el diafragma, que actúa como un resorte sobre pivotes, permitiendo que los forros de fricción se separen del volante y desconecten el motor de la transmisión.

EMBRAGADO Disco conducido

DESEMBRAGADO

Forros de fricción

Cigüeñal Muelle

Plato de presión

48


1.4.3.4.

FIGURA 1.76 (continuación) Dibujo esquemático de un embrague de fricc ión de un automóvil.

Meca nismo s de freno

FIGURA 1.77 Dibujo esquemático de un freno de tambor de zapatas interiores, pivotantes, de un automóvil. En los esquemas superiores se representan las posicio nes de sin frenar y frenado. Cuando el conductor acciona el pedal del freno, aumenta la presión en el interior del cilindro hidráulico y las dos zapatas son empujadas hacia la parte interna del tambor giratorio. Cuando se suelta el pedal del freno, las zapatas vuelven a su posición inicial por la acción de un resorte. En el esquema inferior se repre-

Disco conducido

senta una vista seccionada de un mecanismo ele freno.

Plato de presión

Campana

Cigüeñal

Collar de empuje

Retén de polvo Diafragma

Cilindro fijo


49

FIGURA 1.78

FIGURA 1.80

Freno de disco. La presión hidráulica p h comprime las pastillas de freno, fijas al bastidor, contra el disco giratorio unido a la rueda D, frenándolo. La ventaja de este tipo de freno frente al de tambor es su mayor potencia de frenado, debid o a su mayor facilidad de eliminar calor, así como por su capacidad simila r de frenado en ambos sentidos de marcha.

Mecanismo cosenoidal. El desplazamiento x, de la corredera 3 es proporcional a eos (p (x?, = p eos (p) y el desplazamiento de la corredera 4 es proporcional a sen (p (x4= p sen
1

1.4.3.5.

Mecanismos para dibujar y realizar operaciones matemáticas

FIGURA 1.79 Pantógrafo. El punto E describe una figura semejante a la descrita por el punto F. a otra escala. La variación de la escala se consigue moviendo las correderas 5, 7 y 6 (que se inmovilizan en la posición deseada). El punto O se fija en el papel (mesa de dibujo). /I

FIGURA 1.81 Mecanismo multiplicador de fricción. Los factores a multiplicar se introducen por el eslabón 3. en forma de distancia x2 del carro 45 al eje de giro del disco 2, y por disco 2, en forma de ángulo de giro de este último. El giro del cilindro de radio R es proporcional al producto de los factores X

(ó,

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r..

50


1.4.3.6.

Mecanismos de seguridad

Dispositivo de seguridad de uu ascensor. La cabina del ascensor está suspendida mediante un cable del anillo a del elemento 2. El resorte 3 está comprimido. Si se rompe el cable, el resorte se estira, el plato b del elemento 2 ejerce presión sobre el elemento 4 y las palancas 5 y 6, al girar alrededor de los apoyos Ol5y Oi6, conectan el dispositivo de bloqueo que asegura la parada de la cabina del ascensor (encla vamiento de las cuñas C contra las guías 1).

FIGURA 1.84 Mecanismo para fijar una palanca. La palanca 3, que gira alrededor de On, puede ser fijada en una posición determinada por medio del mecanismo de trinquete y gatillo mostrado en la figura.

1.4.3.7.

Mecanismos de medición

Mecanismo de palancas articuladas de una báscula de plataforma. Las longitudes de los elementos del mecanismo satisfacen las condiciones; KE = EF\ DK 4' DC = = FA r AB ~ k. Si el elemento 1 es la plataforma y sobre ésta se pesa una carga Q, entonces el peso de la carga será igual a

Dispositivo para la detención automática de una máquina de rebobinar alambre. .Si al enrollar el alambre del tambor 4 en el 5 aumenta la resistencia al enrollado, con peligro de r otura del h ilo, el pe so tarado de la p alanca 2 res ulta insufici ente para mantener ésta en posición; al elevarse actúa sobre la palanca 6, desconectándose el embrague de accionamiento.

Q=Q

1 AF k AH

donde G es el peso de la pesa puesta sobre el platillo 2.

FIGURA 1.86 Tensómetro de cables. Se basa en la medida del desplazamiento transversal del ca ble. el cual será función de la tensión del mismo. El aparato se sujeta al cable con las mordazas 4 y 6. La palanca 2, que lleva el muelle 5 apoyado contra el rodillo 7, se aplica contra el cable por el apoyo 3. La fuerza de aplicación origina una deformación transversal del cable, que se mide con el giro del piñón 8, engranado con el sector dentado 1, solidario a 2.

FIGURA 1.87 Mecanismo de palancas con ruedas dentadas de un tacómetro cen trífugo con caja de velocidades. Al girar el árbol A, la masa anular 2 tiende a ocupar la posición vertical venciendo al resorte 3. El movimiento se transmite a la aguja 4 por medio de la biela 5, el casquillo 6, la palanca 7. unida rígidamente con el sector dentado, y de la rueda dentada 9. La magnitud se mide en la escala 10.


1.4.3.8.

51

Mecanismos de regulación

FIGURA 1,88 Mecanismo de corredera y manivela de un regulador centrífugo. Las longitudes de los elementos del mecanismo satisfacen las condiciones: O.Jí = Oi9C: BD = CE. Las cargas 2 y 3 tienen un mismo peso. Al variar la velocidad de rotación del árbol 4 las cargas 2 y 3 se alejan o se aproximan moviendo el elemento 7 a lo largo del árbol l .

Mecanismo de un termostato con elemen tos elásticos. En el caso de elevación de temperatura del líquido de baja temperatura de ebullición que se encuentra dentro de la cápsula ondulada 2, la válvula 3, unida con la cápsula ondulada 2, se desplaza hacia arriba y cierra la sección de paso A. Cuando el líquido se enfría, la válvula 3 se desplaza bajo la acción del resorte 4. El resorte 5 sirve para derramar el líquido en el caso de elevación de la presión en el sistema.

52


1.4.3.9.

Mecanismos de alimentación de máquinas automáticas

Mecanismo separador con disco rotativo. Las piezas F son transportadas una a una desde el cargador hasta la salida, por medio del disco rotatorio D.

Mecanismo de tolva con tambor de paletas. Al girar el tambor de paletas de alimentación T. en el sentido de las agujas del reloj, el material S depositado en la tolva R se va alojando en los compartimentos del tambor; al llegar a su posición inferior el material cae, en cantidades iguales, en los envases V, que se desplazan en el sentido indicado por la flecha Q.

Q

Mecanismo automático para la selección y entrega de bolas de rodamientos al transportador. Las bolas con diámetro superior al normal que llegan de Ja tolva 1, tropiezan en el borde de la tapa 2 y abren con su peso la escotilla 3. que un muelle mantiene cerrada. Dichas bolas caen por la escotilla 3 en el cajón 4, Las bolas pequeñas, al no tropezar con la tapa 2 siguen rodando hasta el cajón 5.


1.4.4.

53

Expos ición de mecanism os diverso s

Mecanismo de palancas y colisa del tren de aterrizaje retráctil de un avión. El elemento 2 con la rueda a gira alrededor del eje fijo On del bastidor del avión. El elemento 3 forma los pares de rotación A y B con los elementos 2 y 4, El elemento 4 gira alrededor del eje fijo Ou del bastidor del avión. El vastago 5 del cilindro de elevación forma el par de rotación C con el elemento 4, El cilindro 5 gira alrededor del eje fijo <9,, del bastidor del avión. Cuando el pistón entra en el cilindro de elevación los elementos 2 y 4 giran en las direcciones indicadas con las flechas y el mecanismo ocupa la posición mostrada con líneas de trazos, que asegura la retracción del tren de aterrizaje del avión.

Mecanismo disparador de un encendedor de bolsillo. Es un simple cuadrilátero articulado con las manivelas (mejor, balancines) 2 y 4, y la biela 3. Al apretar con el dedo sobre la biela, ei balancín 4 gira rápidamente, y produ ce la chispa por frotamiento con la piedra. El resorte antagonista sirve para hacer el retomo automáticamente.

Mecanismo de palancas de un remero d e juguete. Al girar la manivela 2 alrededor del eje On fijo al bastidor, la biela 3 desliza en la corredera 4, también unida al bastidor. El punto C de la biela describe una curva t, como resultado de la cual se comunican los movimientos necesarios a «las manos» 5 que sujetan los remos, y al cuerpo 6 el remero, que gira alrededor del eje fijo 0¡6.

Trayectoria

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54


Mecanismo regulador hidráulico de velocidad de una turbina hidráulica. El mecanismo de la figura regula la velocidad de una turbina Pelton (no dibujada), por medio de la desviación parcial del chorro de agua (desviador 14), en primera instancia, y estrangulación del caudal de salida, por medio de la aguja 25, en segunda instancia. La figura representa la posición del mecanismo en marcha normal. Si por cualquier causa aumenta el número de revoluciones de la turbina, y con ella la del regulador centrífugo 2, las bolas ascienden, y arrastran en su subida al manguito 3, el cual desplazada varilla 4, la cual girando alrededor del pivote A, desplaza el pistón 5 hacia abajo. (La articulación A no es fija, pero permanece como tal debido a la inmovilidad del pistón 7, y las varillas 9 y 10.) Cuando el pistón 5 se desplaza hacia abajo, dentro del cilindro 6, el aceite a presión (procedente de una bomba y depósito no dibujados) pasa al cilindro 8, desplazando el pistón 7 a la izquierda, tanto tiempo como dura la entrada de aceite. Este movimiento a la izquierda de 7 arrastra a la varilla 11, y ésta a su vez las 12 y 13 y, finalmente, la cuchilla de corte del chorro 14. que desvía parte del agua de la turbina disminuyendo la p otencia de ésta y, con ello, su velocidad. El movimiento a la izquierda del pistón 7 arrastra la varilla acodada 9 y la 10, haciendo que A suba, y por medio de la varilla 4, el pistón 5 vuelve a subir. De esta forma se corta de nuevo la entrada de aceite, y el desviador 14 continúa actuando mientras que la velocidad de la turbina sea más alta de la normal. Paralelamente a las actuaciones anteriores, la leva 2, unida a la varilla y pistón 7, acciona hacia abajo el pistón 16, por medio del rodillo R unido a la varilla 15. De esta manera pasa aceite a presión por el lado derecho del pistón 20, desplazándolo hacia la izquierda (el caudal de aceite se regula con la válvula 18, de manera que el movimiento de este pistón hacia la izquierda sea lento, y evitar así el golpe de ariete sobre la tubería de alimentación a la tobera). Este movimiento del pistón 10 hace que la aguja del estrangulador cierre el paso del agua, disminuyendo así la potencia de la turbina y. con ella, su velocidad de giro.

Mecanismo de un conmutador. El botón 8, que efectúa movimiento de traslación a lo largo de la guía fija %tiene un extremo perfilado a. Al apretar el botón 8, su extremo a acciona por tumo las palancas 2 y 3, unidas por el resorte 4 y las palancas 5 y 6. En este caso la palanca 7 se desvía respectivamente a uno u otro lado res pecto al e je fijo <9l7.

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Mecanismo de la puerta de un automóvil. Los balancines 4 y 2 del mecanismo de cuatro elementos articulados 0 HBAOl2 giran alrededor de los ejes fijos Ou y On pertenec ientes al ba stidor del auto móvil. El e lemen to 6, solidari o co n la puerta P, forma los pares de rotación E y C con el elemento 3 y la biela 5. En la posición abierta el mecanismo se fija por el saliente b del elemento 6 que entra en un hueco correspondiente del bastidor. En el dibujo izquierdo se muestra la puerta en posición abierta, y en el derecho, en posición cerrada.

FIGURA 1.100 Mecanismo para regular la profundidad de inmersión de un toipedo. El pistón 2 está sometido a la presión hidrostática del agua por su parte inferior y a la del aire comprimido (almacenado en un recipiente no dibujado) y un resorte (regulable a voluntad) por su parte superior. Mientras que el torpedo se encuentre en la profundidad deseada (regulada por el resorte), el pistón se encuentra en el punto medio. El pistón 2 está unido por medio de una biela 3 al balancín 4, que gira alrededor del punto fijo al bastidor 0 .¿ por su extremo inferior se encuentra el péndulo P, sensible a las variaciones de inclinación del torpedo. Cuando el torpedo se inclina, el péndulo P se desplaza respecto a su cuerpo y junto con la acción del pistón 2 se utiliza para poner en acción el timón de profundidad /. Si la proa del torpedo sube, y la profundidad de inmersión disminuye, el pistón 2 y el péndulo P desplazan la válvula ó hacia la derecha. El aire comprimido del deposito penetra en el cilindro y obliga al pistón a desplazarse hacia abajo, y bajar el timón de profundidad 9, que gira alrededor del eje fijo al bastidor 0 m, venciendo la acción del resorte 10. Cuando aumenta la profundidad de inmersión, el cilindro se pone en escape, de ja nd o salir el aire, y el resorte 10 es el que hace subir el timón de profundidad.

O.

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~ ..~n Timón

Analisis Topologicos de Mecanismos (2)

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