Clasificación-Mecanismos

Análisis y Síntesis de Mecanismos

U NIDAD I CLASIFICACIÓN DE MECANISMOS

1


Introducción Un mecanismo es un dispositivo mecánico que tiene el propósito de transferir el movimiento y/o fuerza de una fuente (entrada) (e ntrada) a una salida. salida. Los mecanismos mecanismos son s on casi cas i siempre siempre impul impulsados sados por un solo solo actuador para producir producir una amplia variedad de movimientos que van del muy simple respecto a un eje fijo, como el movimiento recip rec iproca rocarte rte u oscilatorio, hasta los movimi movimientos entos tridimensionales tridimensionales sumamente complejos. complejos. Entender cómo funciona un mecanismo en particular es bastante fácil, pero comprender cómo se originó y por qué se diseñó en esa forma específica, es más difícil. La tarea fundamental de conceptuar los mecanismos sigue siendo una combinación de arte y ciencia. 2.1 Mecanism Me canismoo de cuatro eslabones. eslabones. Los mecanismos se usan en una gran variedad de máquinas y dispositivos. El eslabonamiento de cadena cerrada más simple es el de cuatro barras, que tiene tres eslabones móviles (más un eslabón fijo) y cuatro juntas "revolutas", "de pivote" o "de pasador" (figura 2.1). El eslabón conectado a la fuente de potencia se llama eslabón de entrada ( AAO ). El eslabón seguidor conecta el pivote móvil B al pivote BO de tierra. El eslabón acoplador o flotante conecta los dos pivotes móviles, A y B, "acoplando" el eslabón de entrada con el eslabón de salida. salida. Puntos sobre el e l eslabón eslabón acopl ac oplador ador (llamados (llamados puntos puntos trazadores tra zadores de trayectori trayec torias) as) trazan en genera generall curvas acopladoras algebraicas de sexto orden [1]. El eslabonamiento de cuatro barras es la cadena más básica de eslabones conectados por pasadores que permite movimiento relativo entre los eslabones (tres eslabones articulados entre sí constituyen una estructura). No obstante que se trata de un mecanismo simple, las cuatro barras forman un mecanismo muy versátil usado en miles de aplicaciones.

Figura 2.1 Eslabonamiento de cuatro barras El mecanismo de 4 barras articuladas puede tomar otras formas, como se muestra en la figura 2.2. En la figura 2.2a se ha cruzado el mecanismo, con los que se obtiene el movimiento manivela-balancín. En la figura 2.2b los eslabones opuestos tienen la misma longitud por lo que siempre permanecen paralelos; tanto el eslabón 2 como el 4 giran completamente. Este tipo de movimiento era característico de la transmisión de las locomotoras de vapor. La figura 2.2c muestra otro arreglo en el que tanto el eslabón motriz. Esta forma de mecanismo de cuatro barras es la base para el mecanism mecanismoo de eslabón eslabón de arrastre (mecanismo (mecanismo de retorno retorno rápi rápido do). ). Para Pa ra una rotació rotaciónn de la manivela 2 a velocidad angular constante, el eslabón 4 girara a una velocidad angular no uniforme. La figura 2.2d mues muestra tra un arreglo arr eglo en que que el eslabón 4 se ha reempl ree mplazado azado por un bloque bloque desli de slizante zante [2]. El movimiento del mecanismo de cuatro barras articuladas con frecuencia se caracteriza por el término manivela-balancín para indicar que la manivela 2 gira completamente y que el eslabón 4 oscila como se muestra en la figura 2.2a. En la forma análoga, el termino doble manivela indica que tanto el eslabón 2 como el 4 giran

2


completamente como se aprecia en las figuras 2.2b y 2.2c. El termino doble balancín indica que tanto el eslabón 2 com el 4 oscilan como se aprecia en la figura 2.3 [2]. Una manera de determinar determinar si un mecani meca nismo smo de de cuatro cuatr o barras va a funcionar funcionar como manivela-balancín manivela-balancín o dob doble le balancí balancínn consiste consiste en emplear emplear la ley ley de Grashoff. Grashoff. B

C

3

B 2

2 A

A

D 1

4 D

1

3 4

C

(a)

(b) 4

C

C

3

3

B B

4 2

1

2 A

C

”

D

A

B´

1

1

B

C´

”

c

(d)

Diversas as confi c onfiguracio guraciones nes del eslabonami eslabonamiento ento de cuatro barras Figura 2.2 Divers En la figura 2.4 se muestra un mecanismo de doble manivela, tiene la propiedad de que la manivela L AB gire dos vueltas por una que gira la manivela L CD. Este mecanismo se llama también romboide de eslabones articulados [25]. C

B

LAB = LAD A

C

D

LBC = LCD

3 B´

B

4 C´

2

D

A 1

1

Me canismo smo de cuatro barras Figura 2.3 Mecani oscilador-oscilador

Meca nismo smo de cuatro barras ba rras Figura 2.4 Mecani tipo romboide. 3


Me canismo de biela- manivela- corredera El mecanismo de cuatro barras tiene algunas configuraciones especiales cundo uno o más eslabones son de longitud infinita. El mecanismo de corredera y manivela mostrado en la figura 2.5a, es una cadena cinemática de cuatro barras con un deslizador reemplazando un eslabón de salida infinitamente largo. El eslabonamiento de cuatro barras y el de corredera manivela tienen ambos cuatro eslabones y ambos son considerados cadenas de cuatro barras [1]. La figura 2.5b muestra un eslabonamiento de corredera y manivela con un eslabón acoplador triangular ABP. Cada punto del eslabón acoplador traza diferentes trayectorias, llamadas curvas acopladoras [1]

Figura 2.5 Mecanismo de cuatro barras de corredera y manivela Aplicaciones: Este mecanismo se emplea ampliamente y encuentra su mayor aplicación en el motor de

combustión interna. La figura 2.6a muestra un dibujo en que el eslabón 1 es el marco (que se considera fijo), el eslabón 2 es el cigüeñal, el eslabón 3 la biela y el eslabón 4 el pistón. En el motor de combustión interna el eslabón 4 es el pistón sobre el que se ejerce la presión del gas. Esta fuerza se transmite por medio de la biela al cigüeñal. Se puede ver que hay dos puntos muertos durante el ciclo, uno a cada posición extrema del recorrido del pistón. Este mecanismo también se emplea en las compresoras de aire en las que el motor eléctrico mueve al cigüeñal, el cual a su vez mueve al pistón que comprime el aire [2]. Al considera este mecanismo, con frecuencia es necesario calcular el desplazamiento de la corredera, su velocidad y su aceleración. Las ecuaciones correspondientes se obtienen empleando al figura 2.6b [2]. B 3

2

4

A

C 1

1

(a) R senθ

=

L

s

e

n

β

L

R

θ

β x

(b)

Figura 2.6 Mecanismo de biela- manivela- corredera

4


Una variante de un mecanismo biela-manivela-corredera se puede obtener aumentando el tamaño del perno de la manivela hasta que sea mayor que la flecha a la que está unidad y, a la vez, desplazando el centro del perno de la manivela del de la flecha. Este perno agrandado de la manivela se denomina excéntrico y se pude utilizar para sustituir la manivela en el mecanismo original. La figura 2.7 muestra en el que punto B es centro del excéntrico y el punto A el centro de la flecha. El movimiento de este mecanismo con longitud equivalente AB de la manivela es idéntico al de la biela-manivela-corredera axial. [2] Excéntrico 2 B

4

3

C

A 1

Figura 2.7 Variante del mecanismo de biela- manivela- corredera Me canismo de colisa rectilínea (Yugo escocés) Este mecanismo es uno de los que proporciona movimiento armónico simple. Su primera aplicación fue en bombas de vapor, aunque ahora se usa como un mecanismo en una máquina de prueba para producir vibraciones. También se emplea como generador de la función seno-coseno en dispositivos de cálculo [2]. Como se puede apreciar en la figura 2.8, el elemento de salida esta acoplado directamente a un elemento que contiene una ranura, en el cual se mueve un rodillo que va unido a la parte rotatoria; en el cual se aplica el movimiento de entrada. Es un mecanismo que convierte un movimiento rotatorio a una lineal y viceversa; aunque realiza básicamente la misma función que una manivela-corredera simple axial, se deferencia de ésta porque el movimiento de salida lineal es una sinusoide pura [25]. Si en el mecanismo de cuatro eslabones articulados, la corredera se mueve en directrices móviles, se obtiene el mecanismo de colisa de cuatro eslabones articulados, figura 2.9. El pistón (corredera) 3 se mueve por la directriz 4 que gira alrededor del punto C la manivela 2 girar también vuelta completa alrededor del punto A. La directriz 4 se llama se llama colisa giratoria [25].

B

Rodillo 3

B

ω θ

3 D

2

A

4 1

2

1

A

Figura 2.8 Mecanismo de colisa rectilínea

C

Figura 2.9 Mecanismo de colisa giratoria.

5


De la figura 2.10, si AB  AC , la colisa realiza movimiento oscilante y y la manivela, 2, gira se denomina mecanismo con colisa oscilatoria. Cuando AB  AC , el giro de la colisa transcurre en la misma dirección y el mecanismo se denomina mecanismo con colisa giratoria. Si AB  AC , el mecanismo de colisa pude servir para disminuir la velocidad angular a la mitad. En otras palabras, al girar en forma constante la manivela 2, la colisa 4 girará también constantemente, pero su velocidad angular será dos veces menor que la velocidad angular de la manivela [25]. Si el mecanismo de cuatro eslabones articulados el balancín y la biela se diseñan en forma de correderas, 3 y 4, se obtiene entonces el mecanismo de colisa de cuatro eslabones con correderas. En la figura 2.11, se muestra el mecanismo tangente de colisa usado para instrumentos para realizar operaciones matemáticas. Permite calcular el valor de la tangente del ángulo dado, pues el desplazamiento de la corredera 4 es proporcional a la tangente del ángulo de giro del eslabón 2 [25].

3

B

2 A 4 B D

C E

4 3 2

C

A

Figura 2.10 Mecanismo de colisa oscilatoria para torno cepillador

Figura 2.11 Mecanismo tangente de colisa

6


2.2 Mecanismo de retroceso rápido. Estos mecanismos se emplean en máquinas herramientas que tiene una carrera lenta de corte y una carrera rápida de retorno para una velocidad angular constante de la manivela motriz. Son una combinación de mecanismos simples tales como el mecanismo de 4 barras (manivela-balancín) y el mecanismo biela-manivela-corredera. También se emplea el mecanismo de colisa combinado con el mecanismo manivela corredera. Al diseñar mecanismos de retorno rápido, es su suma importancia la relación del ángulo de la manivela para la carrera de corte con respecto al de la carrera de retorno; esta relación se conoce como relación de tiempo . Para producir un retorno rápido de la herramienta, esta relación deber ser mayor que la unidad y tan grande como sea posible. A manera de ejemplo el ángulo de la manivela para la carrera de corte para el mecanismo de cepillo manivela (torno cepillador) mostrado en la figura 2.12; está marcado

6

5

D

E

4

α

B

3

2 1 A

β

con α y para la carrera de retorno esta marcado con β. Suponiendo que la manivela opera a velocidad constante, entonces la relación de tiempo es α/β, que

C

es mucho mayor que la unidad. Existen varios tipos de mecanismos de retorno rápido que se describen a continuación. [2]

1

Figura 2.12 Mecanismo de cepillo de manivela (colisa oscilatoria) M ecanismo de eslabón de ar r astre.

Este mecanismo se obtiene a partir del mecanismo de 4 barras articuladas y se muestra en la figura 2.13. Para una velocidad angular constante del eslabón 2, el 4 gira a velocidad no uniforme. La corredera 6 se mueve con velocidad casi constante en casi durante la mayor parte de la carrera ascendente para producir una carrera ascendente lenta y una carrera descendente rápida cuando el eslabón motriz 2 gira en el sentido de las manecillas del reloj. [2] E

C

5

4

6 3

A

D F

B

2

1

1

Figura 2.13 Mecanismo de eslabón de arrastre 7

Análisis y Síntesis de Mecanismos M ecanismo de Whitwor th.

Éste es una variante de la primera inversión de la biela-manivela en que se mantiene fija la manivela. La figura 2.14 muestra el mecanismo en donde tanto el eslabón 2 como el 4 giran revoluciones completas [1]. D 5

4

6 C E 1

4

1 A

2

B 3

Figura 2.14 Mecanismo de Whitworth M ecanismo de biela-mani vela-corr eder a descentrada : Como se muestra en al figura 2.15, el mecanismo biela-

manivela-corredera puede estar descentrada, lo que produce un movimiento rápido de retorno. Sin embargo, la cantidad de retorno rápido es muy pequeña, por lo que el mecanismo solamente se debe usar en los casos en el que el espacio esté limitado y el mecanismo deba ser sencillo [2]. Si la recta x-x a lo largo de la cual se mueve el punto C de la articulación, pasa por el punto A, el mecanismo se llama biela-manivela-corredera axial o mecanismo de biela-manivla-corredera central; en caso de que la recta xx no pase por estos puntos, el mecanismo se llama biela-manivela no axial o biela-manivela-corredera descentrada. B 2 3 A e

1 4

x C

x

1

Figura 2.15 Mecanismo de biela-manivela-corredera descentrada.

8


2.3 Mecanismo de línea recta. Estos mecanismos se diseñan de tal forma que un punto de los eslabones se mueve en una línea recta. Dependiendo del mecanismo, esta línea recta puede ser una línea recta aproximada o teóricamente correcta por ejemplo: el eslabonamiento de Watt, mecanismo de Roberts, eslabonamiento de Chebyschev y el inversor de Peaucellier [2]. Mecanismos de línea recta Watt: Movimiento rectilíneo aproximado descrito por el punto P; AP/PB = BBo/AAo (figura 2.16 [1]). Mecanismos de línea recta Scout – Russele produce un movimiento rectilíneo exacto trazado por el punto P, AoA = AB = AP. (figura 2.17 [1])

Fig. 2.16 . Mecanismos de línea recta Watt

Fig. 2.17 Mecanismos de línea recta Scout – Russele

Una aplicación muy común de las curvas de acoplador es en la generación de líneas aproximadamente rectas La primera aplicación de que se tiene noticia de una curva de acoplador en un eslabonamiento de línea recta de Watt figura 2.18a. Esta cadena de doble balancín se usa, todavía con frecuencia, en los sistemas de suspensión de los automóviles, para guiar el eje trasero hacia arriba y hacia abajo en línea recta. El eslabonamiento de línea recta de Chebyschev, un doble balancín de Grashof que aparece en la figura 2.18b. Richard Roberts, descubrió el eslabonamiento de línea recta de Roberts , que se presenta en la figura 2.18c. Es también un doble balancín. El eslabonamiento de Hoekens de la figura 2.18d es una manivela- balancín de Grashof, que tiene ciertas ventajas en algunos casos. Además esa cadena de Hoekens tiene la característica de velocidad muy aproximadamente constante a lo largo de la porción central se su movimiento de línea recta. Peaucellier (1894) descubrió un mecanismo con movimiento de línea recta exacto, de ocho barras en cual se ilustra en la figura 2.18e. Los eslabones 5, 6, 7 y 8 forman un rombo. El eslabón 3 es igual al 4 y cuando O 2O4 es idéntico a O 2 A, el punto P genera un arco de radio infinito, es decir, una línea recta. Al mover el pivote O 2 a la izquierda o la derecha de la posición indicada, y al cambiar solo la longitud del eslabón 1, este mecanismo genera verdaderos arcos circulares con radios mucho mayores que las longitudes del eslabón [3].

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L1 L2 L3 L4

= 4 = 2 = 1 = 2 AP = 0.5

P

L1 = 2 L2 = 2.5 L3 = 1 L4 = 2.5 AP = 0.5

P

a) Eslabonamiento de línea recta de Watt

L1 L2 L3 L4

= 2 = 1 = 1 = 1 AP = BP = 1 b) Eslabonamiento de línea recta de Chebyshev

P

c) Eslabonamiento de línea recta de Robert

P

P

L1 = 2 L2 = 1 L3 = 2.5 L4 = 2.5 AP = 5

L1 = L2 L3 = L4 L5 = L6 = L7 = L8

e) Eslabonamiento de línea recta exacta de Peaucellier

d) Eslabonamiento de línea recta de Hoekens

Figura 2.18 Mecanismos de Línea Recta [3]

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En la figura 2.18-A se muestran las tres configuraciones del mecanismo de line recta de aproximada de Evans y en la figura 2.18-B se muestra la configuración del mecanismo de línea recta exacta de Hart.

a) Mecanismo de línea recta aproximada de Evans 1

b) Mecanismo de línea recta aproximada de Evans 2

c) Mecanismo de línea recta aproximada de Evans 3

Figura. 2.18-A. Mecanismo de línea recta aproximada de Evans número 1, 2 y 3.

Figura 2.18-B. Mecanismo de línea recta de Hart 2.4 Mecanismo de ruedas de cámara. Este mecanismo toma distintas formas las cuales caen dentro de dos clasificaciones. El primer tipo esta formado por dos ruedas con lóbulos que operan dentro de una caja de alojamiento. Un ejemplo de este mecanismo es el ventilador Roots cual se muestra en la figura 2.19 Los rotores son cicloides impulsados por un par de engranes acoplados, del mismo tamaño, colocados en el fondo de la caja. En las aplicaciones modernas el ventilador Roots tiene 3 lóbulos en cada rotor y se emplea en el supercargador de baja presión en los motores Diesel [2].

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La otra clase de ruedas de cámara tiene solamente un rotor colocado excéntricamente dentro de la caja y por lo general es una variante del mecanismo biela-manivela-corredera. La figura 2.20 muestra una ilustración de este tipo. El mecanismo mostrado en la figura 2.20, se diseño originalmente para las maquinas de vapor, aunque en su aplicación moderna se emplea bajo la forma de bomba. Otro ejemplo del segundo tipo de ruedas de cámara es el que se muestra en la figura 2.21, correspondiente a un motor rotativo o motor Wankel, es un motor de combustión interna que funciona de una manera completamente diferente de los motores convencionales [2]. En un motor alternativo; en el mismo volumen (cilindro) se efectúan sucesivamente 4 diferentes trabajos admisión, compresión, combustión y escape. En un motor Wankel se desarrollan los mismos 4 tiempos pero en lugares distintos de la carcasa o bloque; 1, es decir, viene a ser como tener un cilindro dedicado a cada uno de los tiempos, con el pistón moviéndose continuamente de uno a otro. Más concretamente, el cilindro es una cavidad con forma de 8, dentro de la cual se encuentra un pistón triangular, 2, que realiza un giro de centro variable. Este pistón comunica su movimiento rotatorio a un cigüeñal, 3, que se encuentra en su interior, y que gira ya con un centro único [30]. En la figura 2.22 se muestra otro mecanismo de cámara, correspondiente a una bomba hidráulica de engranes 1

1

2

3 4

salida

entrada

2 entrada

3

Figura 2.19 Soplador de Roots.

1

salid Figura 2.20 Bomba de paletas

1

Compresión

3

Admisión

3

1

Salida

Entrada

Escape

2

Combustión

Figura 2.21 Motor Wankel [30]

2

Figura 2.22 Bomba de engranes [30].

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2.5 Juntas de acoplamiento. Jun ta de H ooke.

Esta junta se emplea para conectar dos flechas que se intersecan. También se le conoce con el nombre de junta universal y su mayor aplicación se encuentra en el campo automotriz. La figura 2.23 muestra una ilustración de la junta [2]. Es posible conectar dos flechas mediante dos juntas de Hooke y una flecha intermedia de manera que la relación desigual de velocidades de la primera junta quede cancelada por la segunda. La figura 2.24 muestra esta aplicación cuando las dos flechas 2 y 4 que se van a conectar no están en el mismo plano. La conexión debe efectuarse de manera que las flechas motriz y movida, 2 y 4 formen ángulos iguales 3 con la flecha intermedia 3 [2].

Figura 2.23 Junta de Hooke

Figura 2.24 Conexión de dos flechas mediante dos juntas de Hooke

Juntas universales de velocidad constante

Durante muchos años, los ingenieros han tratado de desarrollar una sola junta universal capaz de transmitir una relación constante de velocidades. Para ello se propusieron varias juntas que eran variantes del principio de Hooke, incluso una desde 1870, en la que se reducía la longitud de la flecha intermedia a cero. Sin embargo, hasta donde se sabe, las juntas con este diseño nunca se han empleado comercialmente. La necesidad de tener una junta universal capaz de transmitir una relación constante de velocidades angulares aumentó con el desarrollo de la tracción delantera para los automóviles. Ciertamente se podían emplear dos juntas de Hooke y una flecha intermedia, aunque esta solución no era totalmente satisfactoria. Con una transmisión como la que se necesita en las ruedas delanteras de un automóvil, en que el ángulo β es a veces bastante grande, las condiciones cambiantes hacían casi imposible obtener una relación constante de velocidades angulares. La introducción de las juntas Weiss y Rzeeppa en Estados Unidos y la Tracta en Francia satisfizo la necesidad que se tenía de una junta universal de velocidad constante. La junta Weiss se patentó originalmente en 1925. La Rzeppa en 1928 y la Tracta en 1933. La operación de estas juntas no se basa en el mismo principio que la junta de Hooke. [2] La figura 2.25 muestra una junta Bendix-Weiss. Como se ve en la figura, se forman ranuras simétricas entre sí alrededor de las líneas de los extremos de los yugos y hay cuatro bolas de acero localizadas entre estos extremos en un punto en el que los ejes de las ranuras de un yugo intersecan los ejes de las ranuras del otro yugo. La potencia se transmite desde la flecha motriz a la flecha movida por medio de estas bolas. Una quinta bola con una ranura proporciona la fijación del conjunto de las partes a la vez que absorbe el empuje longitudinal. Durante la operación las bolas cambian sus posiciones automáticamente según cambia el desplazamiento angular de las dos flechas, de manera que el plano que contiene los centros de las bolas siempre biseca el ángulo entre las dos flechas. En consecuencia, se obtiene una relación constante de velocidades angulares a partir de esta condición. [2]

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La figura 2.26 muestra una junta Rzeppa (se pronuncia "shepa") de tipo de campana. La junta está formada por un alojamiento esférico y una pista interna con ranuras correspondientes en cada parte. Seis bolas de acero insertadas en estas ranuras transmiten la torsión de la flecha motriz a la flecha movida. Las bolas se encuentran en ranuras curvas en las pistas y quedan en posición mediante una jaula que está entre las pistas. Los centros de curvatura para las pistas ranuradas están desplazados en direcciones opuestas respecto al centro de la junta o articulación a lo largo de los ejes de las flechas. Los desplazamientos controlan las posiciones de las bolas de manera que sus centros siempre se encuentran en un plano que biseca los ángulos entre las flechas. Con los centros de las flechas en este plano, la junta o articulación transmitirá una relación constante de velocidades angulares.

Figura 2.25 Junta Bendix – Weiss

Figura 2.26 Junta Rzeppa

La figura 2.27 muestra una junta Tracta que está formada por cuatro partes: dos flechas con extremos bifurcados y dos piezas semiesféricas, una con una lengüeta y la otra con una ranura para recibir la lengüeta. Adicionalmente, cada uno de los cuerpos semiesféricos tiene una ranura que permite la conexión de la horquilla. Las horquillas subtienden un ángulo mayor de 180° de manera que se autofijan cuando se ensamblan. La lengüeta y su ranura están perpendiculares a las ranuras que reciben a las horquillas. Cuando la junta se ensambla los ejes de las piezas semiesféricas siempre deben permanecer en el mismo plano gracias a la unión de la lengüeta y la ranura. También, al ensamblar la junta, las horquillas quedan en libertad de girar alrededor de los ejes de los cuerpos semiesféricos que están en el plano de la lengüeta y la ranura. En las aplicaciones industriales la junta se mantiene debidamente alineada mediante dos alojamientos esféricos que no se muestran. Cuando se arman, los alojamientos proporcionan una cubierta del tipo de rótula que soporta las flechas de manera que sus ejes se intersectan en todo momento en un punto equidistante de los centros de los miembros semiesféricos. Con esta alineación, la junta Tracta transmite el movimiento con una relación constante de velocidades [2].

Figura 2.27 Junta Tracta

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Además de las juntas de velocidad constante mencionadas anteriormente, se ha desarrollado otro tipo de junta conocida como junta tri-pot . La junta tri-pot tiene un alojamiento cilíndrico con tres barrenos axiales, equidistantes y parcialmente cilíndricos. Los barrenos axiales alojan a una cruceta que tiene tres muñones con una bola montada en cada uno de éstos. Los puntos de contacto entre las bolas y los barrenos de alojamiento siempre se encuentran en un plano que biseca el ángulo entre las dos flechas; figura 2.28. En consecuencia, siempre se transmitirá una velocidad angular constante entre la flecha de entrada y la flecha de salida a cualquier ángulo entre las flechas. La cruceta generalmente se encuentra acoplada mediante estrías a una flecha, y el alojamiento se une mediante tornillos a la otra flecha. La junta tri-pot se usa extensamente en las transmisiones automotrices de tracción delantera en combinación con la junta Rzeppa, empleándose esta última para la junta exterior y la primera para la junta interior. La figura 2.29 muestra una unidad de transmisión delantera con una junta Rzeppa una junta tri-pot. 3 6

4 A

5

2

7

A 7 Junta tripot: 2. Eje de interconexión, 3. alojamiento cilíndrico, 4. eje de transmisión, 5. cruceta de articulación, 6. rodillo de articulación y 7. barrenos axiales (reten de rotula y rodillo)

Figura 2.28 Junta tripot. [ ]

Funda fuelle de la articulación tipo Tripot

Funda fuelle de la articulación tipo Rzeppa

Eje de transmisión

Eje de interconexión Junta Tripot interior

Junta Rzeppa exterior

Figura 2.29 Unidad para tracción delantera. []

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Junta Oldham La junta Oldhan también denomina de platillos en cruz, se usa para unir dos árboles paralelos de muy reducida distancia axial. La junta consta de tres elementos dos solidarios uno a cada eje y un tercero que sirve de unión entre las anteriores como se puede ver en la figura 2.30. Este mecanismo es una inversión del yugo escocés (colisa rectilínea).

R 4

A y B

4

P2 3

P3 2 B

R 1

Figura 2.30 Junta de Oldham 2.6 Mecanismo de movimento intermitente. El movimiento intermitente es una sucesión de movimientos y detenimientos. Un detenimiento es un lapso de tiempo en el que el eslabón de salida permanece estacionario, en tanto que el eslabón de entrada continua moviéndose. Hay muchas aplicaciones en maquinaria que se necesita este movimiento intermitente. Así, los mecanismos intermitentes se caracterizan por comunicar paros temporales en cada ciclo a sus eslabones. M ecanismo de Cruz de Mal ta.

El mecanismo de Cruz de Malta o de Ginebra, figura 2.31 proporciona una salida intermitente a partir de una entrada de velocidad constante. El mecanismo está formado por dos discos. Un motor a velocidad constante impulsa la entrada. El de entrada está graduado al que se le acopla un pasador (P). El otro disco dispone de una serie de ranuras (n) radiales (cómo mínimo 3) formando un ángulo (β) entre ellos. Durante el giro entorno al eje de entrada engranará con una de las ranuras de la rueda de salida obligándola a describir un giro hasta que deje de contactar con la ranura [6]. Transcurrido un cierto ángulo de la entrada volverá a engranar con otra ranura, con lo que el movimiento de la rueda de salida se reanudará. El resultado es la rotación intermitente de la rueda de Ginebra. Curz de Malta

Rueda de Ginebra

Manivela

o cruz de Malta P

2

P

3

3

r 2

ω3

ω2 2

θ

β

r 3

β B

A

Manivela

c

(a)

(b)

Figura 2.31 Cruz de Malta o Rueda de Ginebra: (a) 4 ranuras; (b) 6 ranuras [4]

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Análisis y Síntesis de Mecanismos M ecanismo de tr inquete

En la figura 2.32 se muestra el mecanismo de trinquete. El brazo de empuje pivotea sobre el eje de la rueda dentada y entonces el eje se mueve hacia atrás y hacia delante para accionar la rueda. La uña de empuje del brazo hace girar la rueda dentada en sentido antihorario y no trabaja durante el movimiento de regreso del brazo en sentido horario. La uña de retén impide que la rueda del trinquete cambie de dirección de giro mientras regresa la uña de empuje. Se utiliza en llaves de trinquete (o matraca) para tuercas, montacargas [3]. M ecanismo de Ginebr a L ineal

Existe la variante del mecanismo de Cruz de malta que tiene salida en traslación lineal (figura 2.33). Este mecanismo es análogo al de yugo escocés, pero en este caso está abierto con diferentes yugos. Se utiliza como impulsor de cintas transportadoras intermitentes con las ranuras formadas en la misma cinta transportadora, también se utiliza como motor de giro alterno para lograr una oscilación lineal [3].

Corredera

vsal

3

Manivela

2 ωent.

Figura 2.32 Mecanismo de trinquete [3].

Figura 2.33 Mecanismo lineal de Cruz de Malta [3].

Engr anaje intermi tente

Este mecanismo se aplica en los casos en que las cargas son ligeras y el choque es de importancia secundaria. La rueda motriz lleva un diente y el eslabón movido un número de espacios de dientes para producir el ángulo necesario de posicionamiento. La figura 2.34 muestra este arreglo. Se debe emplear un dispositivo de fijación para evitar que la rueda 2 gire cuando no esta marcando. En la figura se muestra un método; la superficie convexa de la rueda 1 se acopla con la superficie cóncava entre los espacios de los dientes del eslabón 2 [2].

2

3

A

B

Figura 2.34 Engranaje Intermitente [2]

17

Análisis y Síntesis de Mecanismos M ecani smos de escape

Este tipo de mecanismo es uno en que se permite girar a una rueda dentada, a la que se aplica torsión, con pasos discretos, bajo la acción de un péndulo. Debido a esta acción, el mecanismo se puede emplear como dispositivo del tiempo, y es precisamente como tal que encuentra su máxima aplicación en los relojes de pared y de pulso. Una segunda aplicación consiste en emplearlo como gobernador para controlar el desplazamiento, la torsión o la velocidad. Hay muchos tipos de escapes pero el que se usa en relojes debido a su exactitud es el escape de volante mostrado en la figura 2.35 [2]. Para estudiar el movimiento de este mecanismo a lo largo de un ciclo consideremos la palanca detenida contra el perno del lado izquierdo mediante el cliente A de la rueda de escape que actua sobre la piedra de paleta izquierda. El volante gira en el sentido contrario al de las manecillas del reloj de manera que su joya choca contra la palanca, moviéndola en el sentido de las manecillas. El movimiento de palanca hace que la piedra izquierda de paleta se deslice y se destrabe el diente A de la rueda de escape, con lo que ahora la rueda gira en el sentido de las manecillas y la parte superior del diente A da un impulso a la parte inferior de la piedra izquierda al deslizarse por debajo de la misma. Con este impulso la palanca comienza a mover la joya, con lo que da energía al volante para mantener su movimiento. Después de que la rueda de escape gira una pequeña distancia, vuelve al reposo cuando el diente B choca contra la piedra derecha de paleta, la que ha bajado debido a la rotación de la palanca. Esta choca contra el perno del lado derecho y se detiene, aunque el volante sigue girando hasta que su energía es vencida por la tensión del pelo, la fricción del pivote y la resistencia del aire. La fuerza del diente B de la rueda de escape sobre la piedra de paleta derecha mantiene a la palanca asegurada contra el perno de lado derecho. El volante completa su giro, invierte la dirección y vuelve con un movimiento en el sentido de las manecillas del reloj. Ahora la joya choca contra el lado izquierdo de la ranura y mueve a esta en el sentido contrario al de las manecillas del reloj. Esta acción libera el diente B, el cual da un impulso a la palanca por medio de la piedra derecha. Después de una pequeña rotación de la rueda de escape, vuelve al reposo cuando el cliente A choca contra la piedra izquierda. Otro nombre con el que se conoce al escape de volante es el escape de palanca desprendida debido a que el volante esta libre y sin contacto con la palanca durante la mayor parte de su oscilación. Debido a esta libertad relativa del volante el escape tiene una exactitud de +-1%

Figura 2.35 Mecanismo de escape [2]

18


2.7 Mecanismo de eslabones flexibles. Además de los mecanismos en los cuales sólo intervienen cuerpos rígidos, en algunos casos en lugar de eslabones acopladores o intermedios se usan los eslabones flexibles tales como: bandas, cadenas, cables y cuerdas. Los mecanismos con eslabones flexibles pueden servir no sólo para tra nsmitir movimiento entre ejes paralelos sino también entre ejes que se cruzan

Me canismo de banda y poleas. Los mecanismos de banda y poleas son eslabones flexibles encargados de transmitir la rotación entre dos árboles (paralelos o no) por medio de la fuerza de rozamiento generada entre la polea y la correa. En general, puede decirse que este mecanismo se emplea siempre que se quiera transmitir el movimiento entre dos árboles, en posiciones relativas cuales quiera, cuando la distancia sea excesiva para el empleo económico de las ruedas dentadas, o cuando aun pudiendo emplear estas, se desee una cierta flexibilidad en la conexión. También puede usarse este mecanismo como variador de velocidad entre dos árboles, tanto en forma continua como intermitente [5].

Clasificación [5]: Según la forma de los eslabones flexibles:   

Poleas y bandas planas. Poleas y bandas trapezoidales. Poleas y bandas dentadas ó sincronizadas (Fig. 2.36).

Según la posición de los ejes:

-Ejes paralelos. Transmisión abierta. Transmisión cruzada. -Ejes no paralelos. Banda semicruzada. Con poleas guías.

Figura 2.36

 

 

Variadores de velocidad. Intermitente: Bloque de poleas (Fig. 2.37). Continua: Poleas cónicas.  

Figura 2.37

19


Me canismos de cadena y ruedas dentadas Los mecanismos de cadena y ruedas dentadas (catarinas), figura 2.38, son aquellos encargados de transmitir un movimiento de rotación entre dos árboles paralelos (ejes o flechas) por medio del empuje generado entre los dientes de las ruedas y los eslabones de la cadena. El mecanismo consta de dos ruedas dentadas y un eslabón flexible formado por una serie de eslabones rígidos que pueden tener movimiento relativo entre ellos. Normalmente la transmisión de cadenas se emplea entre ejes paralelos que giran en el mismo sentido, y en los caso en que la distancia entre ejes ocasiona que no sea práctico el uso de engranes. La transmisión a través de cadenas da una sincronización de los movimientos de los ejes, igual que la transmisión por engranes. Desde luego, nunca podrán estar tan distantes como si la conexión fuera por bandas, pero frente a esta tienen la ventaja de carecer de patinamiento. En la figura 2.39 se muestran los elementos principales de una transmisión de cadena y rueda dentada. Paso Hilera de trabajo (lado tenso)

Catarina conducida Catarina motriz

Hilera floja

Figura 2.38 Transmisión por cadena de rodillos. [17]

a) Rueda dentada

b) Cadena de rodillos estándar (Gall), una hilera

c) Componentes de la cadena

Figura 2.39 . Elementos de una transmisión de cadena [ ]

20


2.8 Levas. Las levas son unos mecanismos compuestos generalmente por un eslabón impulsor llamado "leva" y otro eslabón de salida llamado "seguidor" entre los que se transmite el movimiento por contacto directo. Son mecanismos sencillos, poco costosos, tienen pocas piezas móviles y ocupan espacios reducidos. Además su principal ventaja reside en que se pueden diseñar de forma que se obtenga casi cualquier movimiento deseado del seguidor.

CLASIFICACIÓN DE LAS LEVAS Los mecanismos de leva se pueden clasificar teniendo en cuenta como son la "leva" y el "seguidor". Teniendo en cuenta la leva, (Figura 2.40):

a) Leva de placa, llamada también de disco o radial. b) Leva de cuña. c) Leva cilíndrica o de tambor. d) Leva lateral o de cara.

Figura 2.40 Tipos de levas: a) de placa, b) de cuña, c) de tambor y d) de cara [ ]. Teniendo en cuenta el seguidor, (Figura 2.41).

a) Seguidor de cuña. b) Seguidor de cara plana. c) Seguidor de rodillo. d) Seguidor de cara esférica o zapata curva. Otra clasificación de las levas se puede hacer teniendo en cuenta el movimiento del seguidor, pudiendo ser éste rectilíneo alternativo (traslación) u oscilante (rotación). Teniendo en cuenta la posición relativa entre el seguidor y la leva, pueden ser de seguidor centrado, cuando el eje del seguidor pasa por el centro de la leva o de seguidor descentrado.

21


Figura 2.41 Tipos de seguidor: a) de cuña, b) de cara plana, c) de rodillo y d) de zapata. [ ] 2.9 Engranes y trenes de e ngranaje. Los engranes son elementos de máquinas que transmiten movimiento mediante dientes que engranan de manera sucesiva. Transmiten movimiento de un eje giratorio a otro, o a una cremallera que realiza una traslación en línea recta. Se utilizan en aplicaciones en las que una razón de velocidad angular constante (o una razón de par constante) se debe transmitir de un eje a otro. Los engranes son transmisiones de par de torsión más fuertes y resistentes; su eficiencia de transmisión de potencia puede ser tan alta como del 98%. Por otro lado, usualmente los engranes son más costosos que otras transmisiones de par torsión, tales como los de transmisión por cadena y por banda. Los engranes están altamente normalizados respecto a la forma de los dientes y a su tamaño. La American Gear Manufacturers Association (AGMA), ISO, DIM y NOM publica normas para el diseño, manufactura y ensamblado de engranes.

TIPOS DE ENGRANES - Rectos - Helicoidales - De espina de pescado o doble helicoidal - Engrane de gusano o tornillo sin fin - Cónicos de dientes rectos - Cónicos de dientes en espirales - Engranes no circulares TRENES DE ENGRANES Cuando se tiene un conjunto de dos o mas piezas dentadas acopladas se les llama engranajes (tren de engranes). La transmisión de potencia por medio de engranajes, cumple entre otras, las siguientes funciones. 1.-Conexión entre ejes paralelos. 2.-Transferencia de potencia de un eje a otro. 3.-Cambio de la velocidad de rotación. 4.-Cambio del momento de torsión. 5.-Cambio del sentido de giro. 6.-Sincronización de los movimientos de los ejes.

22


Clasificación de engranajes Tren de engranes ordinarios

Clasificación de engranajes

Tren de engranes planetarios (o epicícloidales) Tren de engranes compuestos

En un tr en de engranes ordinar ios los engranes giran con referencia a ejes fijos. La bancada soporta los engranes y forma el eslabón fijo en el mecanismo, figura 2.42a [1]. En un tr en de engranes planetarios los ejes de algunos engranes se encuentran en movimiento y uno de los engranes generalmente se convierte en engrane fijo, figura 2.42b [1] En un tr en de engranes compuesto esta conformado por engranajes ordinarios y planetarios, figura 2.43.

2

A

3

B

4

1

2

A

1

B

4

3

1 (b)

a

Figura 2.42 Tipos de trenes de engranes: (a) ordinarios, (b) planetarios.

6

8

Brazo 4 C 5

7

3

B

A 1

1 2 9

Figura 2.43 Tren de engranes compuesto Los engranajes se dividen en grupos y se designan por la posición que tienen los dientes respecto al eje de rotación del engranaje. Entre los más comunes se tienen los siguientes los cuales se muestran en la figura 2.44.

23


1. 2. 3. 4. 5.

Engranajes rectos Engranajes helicoidales Engranajes cónicos Engranajes de tornillo sinfín y corona Engranaje de piñón y cremallera

1.

2.

Los engranes rectos se utilizan para transmitir movimiento de rotación entre ejes paralelos.

Los engranes helicoidales se emplean para transmitir movimiento entre ejes paralelos o no paralelos (ejes cruzados).

4.

3.

El engranaje de tornillo sin fin se utiliza para transmitir movimiento entre ejes no paralelos (cruzados) que no se intersectan.

Los engranes cónicos rectos se usan para transmitir movimiento entre ejes que se intersectan y los cónicos en espiral para ejes que no se intersectan

5.

El engranaje de piñón y cremallera se utiliza para producir un movimiento lineal de la cremallera a partir del movimiento giratorio del piñón motriz o viceversa.

Figura 2.44 Grupos de engranajes

24


Me canismos de fricción. En la serie de mecanismos usados en la tecnología actual se usa la fuerza de fricción, en calidad de la fuerza para poner en movimiento a los eslabones, o bien para frenar su movimiento. Los mecanismos en los cuales se usa la fuerza de fricción, llevan el nombre de mecanismos de fricción. Los mecanismos de fricción se usan mucho para una variación suave de velocidad de las velocidades angulares. Los mecanismos de fricción con transmisión sin pasos se llaman también variadores de velocidad. En la figura 2.45 y 2.46 se muestran algunos mecanismos de fricción [25].

3 3 A

2

P

2 A

P

B

B

1

1

Mecanismo de fricción con rueda

Mecanismo de fricción con ruedas cilíndricas

cilíndrica interna

0 B 3

θ 3 P

2 A

β θ 2

Mecanismo de fricción con ruedas cónicas

Figura 2.45. Mecanismos de fricción de ruedas cilíndrica y cónica 0

3 2

2 3 

Figura 2.45-A. Mecanismo de fricción de ruedas cónicas internas

25


5

4

3 2 x

x

2

3 1

Mecanismo de fricción frontal para transmisión sin pasos

1

Mecanismo de fricción para transmisión sin pasos con desplazamiento de tornillo y tuerca

Figura 2.46. Mecanismos de fricción para transmisión sin pasos Me canismo de seis barras Cuando el mecanismo de 4 barras no es capaz de proporcionar las características de funcionamiento requeridas, se suele considerar como opción los mecanismos de 6 barras. Estos mecanismos, al poseer más barras interconectadas, proporcionan posibilidades de movimiento más complejas que pueden ser aplicables a problemas en los que el mecanismo de 4 barras no es aplicable. Así, los mecanismos de 6 barras clásicos deben considerarse como una extensión del mecanismo de 4 barras. Existen dos tipos clásicos de meca nismos de 6 barras: los mecanismos de Watt y los mecanismos de Stephenson. James Watt (1736-1819) propuso dos mecanismos de 6 barras, conocidos como tipos I y II. Estos mecanismos se caracterizan por que los dos eslabones ternarios (eslabones con 3 articulaciones) están conectados uno al otro (es decir, poseen una articulación en común), figura 2.47. Las cadenas cinemáticas de Stephenson se caracterizan por que los dos eslabones ternarios (eslabones con 3 articulaciones) no están conectados directamente uno al otro (es decir, no poseen una articulación en común). Existen tres tipos distintos del eslabonamiento de Stephenson, figura 2.48. Los mecanismos de seis barras son útiles en el diseño de dispositivos biomecánicos. P or ejemplo, el diseño de una prótesis externa para una pierna amputada por encima de la rodilla, es deseable duplicar el movimiento del centro de rotación relativo entre el fémur y los huesos de la pierna (tibia y el peroné) para mantener la estabilidad al caminar. Las figuras 2.49 y 2.50, muestran un generador de movimiento de seis barra Stephenson I, diseñado con este fin [1].

26


5 3

6

5

3 4 2

4

6

2

1

1

1

1

1

b) Eslabonamiento Watt. II de 6 barras

a) Eslabonamiento Watt. I de 6 barras

Figura 2.47 Eslabonamientos de Watt I y II de seis barras [1]

6

6

5 3 4 3

5

4

2

2

1

1

1

1

b) Eslabonamiento Stephenson II de 6 barras

a Eslabonamiento Ste henson I de 6 barras 5 3

6 2

1

4

1

1

c) Eslabonamiento Stephenson III de 6 barras

Figura 2.48 Eslabonamientos de Stephenson I,,II y III de seis barras [1]

27


Figura 2.49 Mecanismo protésico de

rodilla con eslabonamiento de seis barras: Posición extendida (Biomechanics Laboratory. University of California, Berkeley) []

Figura 2.50 Mecanismo protésico de rodilla con eslabonamiento de seis barras: Posición flexionada (Biomechanics Laboratory. University of California, Berkeley) [1]

Me canismo de palanca Este mecanismo tiene muchas aplicaciones en que es necesario vencer una gran resistencia con una fuerza motriz muy pequeña. La figura 2.51 muestra el mecanismo; los eslabones 4 y 5 son de la misma longitud. Al disminuir el ángulo a y conforme los eslabones 4 y 5 se hacen mas colineales, la fuerza F necesaria para vencer una resistencia dada P disminuye en la forma mostrada por la siguiente relación [2]: A

F 

1

2 tan 

P

B

2

Se ve que para una F dada conforme a se aproxima a cero, P se aproxima a infinito. Aplicaciones. Este mecanismo se emplea en una quebradora de piedra para vencer una gran resistencia con una fuerza pequeña. Este mecanismo puede ser empleado lo mismo en forma estática que dinámica, como se puede ver en muchos dispositivos sujetadores de palanca para detener o fijar piezas de trabajo [2].

F

C

5

6 P

3

α

4 α

D

E

Figura 2.51 Mecanismo de Palanca

1

28


Mecanismo de pantógrafo. Este mecanismo se emplea como dispositivo de copiado. Cuando se hace que un punto siga una determinada trayectoria, otro punto del mecanismo traza una trayectoria idéntica amplificada o reducida. La figura 2.52 muestra una ilustración de este mecanismo. Los eslabones 2, 3, 4 y 5 forman un paralelogramo y el punto P está en una extensión del eslabón 4. El punto T está en el eslabón 5 en la intersección de una línea trazada desde 0 hasta P. Cuando el punto P dibuja una trayectoria, el punto T traza una trayectoria semejante a escala reducida [2]. Este mecanismo tiene muchas aplicaciones en los dispositivos de copiado, en especial en las máquinas de grabado y de trazo de perfiles o contornos. Uno de los usos de las contorneadoras es la fabricación de dados o moldes. El punto P hace la función de un dado y traza el contorno de una plantilla en tanto que una fresa giratoria se coloca en Q para que maquine el dado a una escala más pequeña. De la figura 2.52, ACT y DPT son triángulos semejantes; además los tres lados de los triángulos siempre son paralelos. Se tiene la siguiente relación. Tamaño de la figura en P Tamaño de la figura en T

B

P

T

2

AP 

D

4

5

AT

3

A

C

1

Figura 2.52 . Pantógrafo. En la figura 2.53 se muestran algunas configuraciones del pantógrafo. De las configuraciones mostradas, el punto P dibuja una trayectoria y el punto T traza una trayectoria semejante. Se debe cumplir las siguientes razones: NT M 0

PN PM

R

0 P

ó



0T

MN

0

0

T

P

PM 

T N

S

R

M

P

P

N S

R

0

S

N

M P

0

M

M N

T

T

R

Figura 2.53 Configuraciones del pantógrafo. Tornillos de potencia

29


En la mayoría de los casos los tornillos se usan como sujetadores, sin embargo, en muchos tipos de máquinas son incorporados para transmitir potencia o movimiento desde una parte de una máquina a otra. Un tornillo de rosca cuadrada es usado comúnmente para este último fin, sobre todo cuando son aplicadas grandes fuerzas a lo largo de su eje. El análisis de otros tipos de tornillos, como el de rosca en V, se basa en los mismos principios. Los tornillos de potencia y de bolas se diseñan para convertir movimiento rotatorio en movimiento lineal, y para ejercer la fuerza necesaria para mover un elemento de máquina a lo largo de una trayectoria deseada. Los tornillos de potencia trabajan con el principio clásico del tornillo con rosca y su tuerca correspondiente (figura 2.54). Si el tornillo se soporta con cojinetes y gira, mientras que la tuerca se mantiene sin girar, la tuerca se trasladará a lo largo del tornillo, por ejemplo el portaherramientas de un torno, la rosca impulsará al portaherramientas a lo largo de la bancada de la máquina para hacer un corte. Por el contrario, si la tuerca se soporta mientras gira, se puede hacer que el tornillo se traslade, por ejemplo el gato de tornillo.

Figura 2.54 Mecanismo de tornillo de potencia, tornillo con rosca (1) y su tuerca (2) Tornillo de Arquímedes Un tornillo de Arquímedes es una máquina gravimétrica helicoidal utilizada para elevación de agua, harina, cereales o material excavado. Fue inventado en el siglo III a. C. por Arquímedes, del que recibe su nombre, aunque existen hipótesis de que ya era utilizado en e l Antiguo Egipto. Se basa en un tornillo que se hace girar dentro de un cilindro hueco, situado sobre un plano inclinado, y que permite elevar el cuerpo o fluido situado por debajo del eje de giro. Desde su invención hasta ahora se ha utilizado para el bombeo. También es llamado tornillo sin fin por su circuito en infinito.

Transmisión Se define como transmisión al mecanismo o sistema mecánico empleado para llevar el movimiento desde el eje del motor o fuente de potencia de una máquina hasta el eje de la carga resistente de salida, . Además de esta función de trasmitir el movimiento, la transmisión debe transformar la potencia mecánica suministrada por el motor adaptándola a las necesidades de la salida (aplicaciónes). En la figura 2.55 se muestra en forma de bloques una transmisión mecànica [30].

30


Figura 2.55 Transmisión mecánica con acoplamientos [30] Algunos de los sistemas más habituales empleados en las transmisiones son:      

Transmisión por engranaje Transmisión por banda Transmisión por cadena Transmisión por rueda de fricción Transmisión por tornillo de potencia y husillo de bolas Transmisión por cable

Me canismos generadores de círculos La figura 2.55-1a muestra un mecanismo de Chebyschev de cuatro barras trazador de círculos aproximados. Cuando la manivela gira en el sentido contrario al de las manecillas del reloj, el punto P traza un círculo del mismo diámetro en el sentido de las manecillas del reloj. La figura 2.55-1b muestra un mecanismo de Delone, de seis barras, trazador de círculos exactos que contiene un pantógrafo (B-C-D-O 4). Lo cual causa que el punto P copie el movimiento del punto A y produce una réplica de 1:1exacta del movimiento circular de A en torno a O 4, pero en la dirección opuesta.

a) Mecanismo de cuatro barras de Chebyschev trazador de círculos aproximados

b) Mecanismo de seis barras de Delone trazador de círculos exactos

Figura 2.55-1. Mecanismos generadores de círculos

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CLASIFICACIÓN DE LOS MECANISMOS Y BLOQUES CONSTITUTIVOS BÁSICOS Los mecanismos pueden clasificarse en tres categorías dependiendo de las tareas que realizan: generación de movimiento, generación de función, y generación de trayectoria.

1.- Conducción de cuerpo rígido ( generación de movimiento }. Aquí la tarea implica conducir un cuerpo rígido a través de un conjunto de posiciones y orientaciones deseadas. El mecanismo del tren de aterrizaje de un avión y el mecanismo de la cubierta de un automóvil convertible son ejemplos de cuerpos rígidos cuyos movimientos son conducidos por el mecanismo que convierte una entrada de movimiento rotatorio simple en movimientos deseados de salida. 2.- Movimiento coordinado entre la entrada y la salida, donde tanto la entrada como la salida se mueven (rotación o traslación) con respecto a un eje fijo ( generación de función) . Un ejemplo simple es el mecanismo de un aspersor para césped que transforma el movimiento rotatorio de la manivela (impulsada por la presión del agua) en un movimiento oscilante del tubo del aspersor, Otros ejemplos son, el mecanismo de una bomba de petróleo y el mecanismo de freno de una silla de ruedas. Los mecanismos de este tipo son también útiles para el control de salidas múltiples con una sola entrada. En los sistemas de control del aire acondicionado de automóviles, las salidas múltiples puertas para dirigir el aire a las ventilas, descongelador, piso, etc.) Son controladas por un solo actuador. 3.- Conversión de un movimiento de entrada de rotación simple en la generación de una trayectoria deseada ( generación de trayectoria ). Las aplicaciones incluyen soldadura, aplicación de selladores y corte de telas, donde la herramienta (aparato soldador, aplicador del sellador o aparato de corte) está directamente unida al eslabón de salida del mecanismo. Bloques constitutivos básicos de mecanismos Muchos mecanismos aparentemente complicados son en realidad generados a partir de bloques constitutivos básicos. Un método para crear mecanismos nuevos es identificar y entender el propósito específico de cada uno de esos bloques constitutivos. La mayor parte de las fuentes de potencia actuales son del tipo de movimiento rotatorio puro, como en un motor eléctrico o una manivela manual, o bien del tipo de traslación pura, como en un cilindro neumático o hidráulico, clasificaremos los mecanismos de acuerdo con el tipo de movimiento de la entrada y la salida como R(rotación), T(traslación) o H(helicoidal; R y T coordinados). Las combinaciones de esos tres tipos diferentes de movimientos proporcionan la base para los bloques constitutivos funcionales, como se muestra en la figura 2.56. Los bloques constitutivos funcionales representan lo que se logra o lo que necesita lograrse, dependiendo del contexto; sin ninguna referencia a cómo exactamente se lleva a cabo el movimiento. Por ejemplo, un bloque constitutivo R → T puede corresponder a cualquiera de las representaciones físicas de la figura 2.59 que transforman un movimiento rotatorio en uno de traslación o viceversa, como en los casos de los mecanismos de tornillo, de corredera y manivela o de piñón y cremallera. Correspondiente a cada bloque constitutivo funcional (por ejemplo. R → T), se han identificado un conjunto genérico de uno o más bloques constitutivos físicos. Con base en un análisis sistemático de cientos de mecanismos ingeniosos de la literatura técnica se han compilado un conjunto de 43 bloques constitutivos físicos.

32


Figura 2.56

33


Figura 2.56 continuación

34


Figura 2.56 continuación

35

Clasificación-Mecanismos

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