Dispositivos de Entrada de Un Mecanismo

TALLER DE MECANISMOS

“DISPOSITIVOS DE ENTRADA DE UN MECANISMO”

Presentado Por: MARLON MARIMON MONTERROZA

Presentado A: Prof. RICARDO MENDOZA

Grupo DD

UNIVERSIDAD AUTONOMA DEL CARIBE DEPARTAMENTO DE INGENIERIAS FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA BARRANQUILLA – ATLANTICO 4 DE MARZO DE 2011

DISPOSITIVOS DE ENTRADA DE UN MECANISMO.

La mecánica del solido es una de las ramas de la física que, entre otras, contiene tres subramas principales: cinemática, que está relacionada con el estudio del movimiento relativo, y en la que aparecen solo magnitudes de longitud y tiempo; estática, que es el estudio de las fuerzas y los momentos, independiente del movimiento; y cinética, que está relacionada con la acción de las fuerzas en los cuerpos. A la unión de la cinemática y la cinética se le denomina dinámica. Un mecanismo es un dispositivo mecánico cuyo propósito es transferir movimiento y acciones (fuerzas y momentos) desde una fuente de potencia (entrada) a una salida. Un mecanismo consta de eslabones o barras, que están conectadas mediante pares cinemáticos para formar cadenas abiertas o cerradas. Con respecto a la movilidad de los mecanismos, estos exhiben una gran cantidad de movimientos tales, que todos los eslabones se mueven en planos paralelos. En la figura 1 se aprecia una plataforma ajustable en altura, en la que se usan dos mecanismos idénticos en los lados opuestos de la plataforma. Sin embargo, el movimiento de estos mecanismos es estrictamente en un plano vertical, por lo que se considera mecanismo plano.

Figura 1: Plataforma ajustable.

El movimiento plano de un sólido rígido consta de rotación alrededor de un eje perpendicular al plano del movimiento y traslación, donde todos los puntos del solido se mueven a lo largo de rectas paralelas o trayectoria curvilíneas planas y todas las líneas ligadas al solido permanecen paralelas a su orientación original. Los mecanismos espaciales permiten movimientos en tres dimensiones. Para ellos, y dependiendo de las restricciones impuestas por los pares cinemáticos entre eslabones, son posibles combinaciones de rotaciones alrededor de tres ejes no paralelos y traslaciones a lo largo de tres direcciones diferentes. Es de gran de importancia conocer, que se han hecho numerosos intentos de clasificar los mecanismos, atendiendo a diferentes puntos de vista, lo que ha

dado lugar a una gran cantidad de clasificaciones en tipos, que a su vez se subdividían en subtipos. Posiblemente, los dos criterios fundamentales para la clasificación de los mecanismos sean: tipología o estructura (naturaleza de los elementos que los componen, así como el tipo de pares) y función (objetivo del mecanismo). Las clasificaciones más completas combinan ambos criterios y en este trabajo vamos a exponer una que utiliza como criterio básico la estructural, subdividiendo los grupos resultantes según las funciones que pueden desempeñar. Con esta base los mecanismos se clasifican en los siguientes tipos: 1. Mecanismos de levas: Son compactos y relativamente fáciles de diseñar (figura 2). Entran en juego cuando al elemento de salida se le exigen funciones tales como:   

Una ley de movimiento compleja, difícil de obtener con mecanismos de barras. Una detención del elemento de salida con movimiento continuo del elemento de entrada. Generación de un ciclo del elemento de salida para n ciclos del elemento de entrada.

Figura 2: Ejemplos de mecanismos de levas.

2. Mecanismos de engranajes: Trabajan nos solo en forma de pareja de ruedas dentadas, sino también en combinaciones más complejas denominadas trenes de engranajes (figura 4). Sus principales funciones son:  Transmisión de potencia entre dos ejes.  Reductores o multiplicadores de velocidad.  Cajas de cambio.

Figura 3: Ejemplos de mecanismos de engranes.

3. Mecanismos de tornillo: Muy utilizados como elementos de máquina. Algunas de las aplicaciones más comunes se dan máquina herramienta, tornillos de banco para sujeción de piezas, gatos y tornillos de prensa (figura 4). Funciones que realizan:  Conversión del movimiento giratorio en lineal de traslación.  Elemento de unión o bloqueo.  Transmisión de potencia (fuerza y movimiento).

Figura 4: Prensa mecánica.

4. Mecanismos con elementos flexibles: Hay dos tipos de elementos flexibles, por un lado los elementos de transmisión de potencia: correas (figura 5), cadenas y cables, y por otro los resortes. Los primeros tienen las siguientes funciones: 



Trasmisión de potencia entre dos ejes, sobre todo en aquellos casos en que la distancia entre ambos es grande, siendo inviable la utilización de engranes. Elementos de trasmisión en variadores de velocidad.

Los resortes, en sus diversos tipos tienen como aplicaciones las siguientes:  

Elementos de cierre en determinados mecanismos. Absorbedores de energía o de cargas de choque, como en las suspensiones de vehículos.

Figura 5: Esmeril.

5. Mecanismos con elementos fluidos: Que son de tipos hidráulicos y neumáticos y que tienen como aplicaciones: En el caso de los hidráulicos:  Como actuadores en aquellos casos en que las fuerzas a emplear sean muy grandes, como suele pasar en las maquinarias de obras civiles (figura 6).  Como multiplicadores de fuerzas.

En el caso de los neumáticos: 

Para la automatización del funcionamiento de maquinas.

Figura 6: Cargador.

6. Mecanismos de barras: Constituye el grupo más amplio y con mayor numero de aplicaciones. También se les llama eslabonamientos.

Figura 7: Mecanismo para abrir capo de un automóvil.

Después de ver como se clasifican los mecanismos según el criterio estructural, debemos saber cuáles son los diferentes dispositivos que ayudan al accionamiento de estos. A menos que sea operado manualmente, un mecanismo requerirá algún tipo de impulsador para generar movimiento y energía. Si el diseño requiere un movimiento de entrada rotatorio continuo, tal como un eslabonamiento de Grashof, una corredera-manivela o una leva seguidor, entonces un motor o máquina es la elección lógica. Los motores están disponibles en una amplia variedad de tipos. La fuente de energía más común para un motor es la electricidad, pero el aire comprimido y el fluido hidráulico presurizado también se utilizan para accionar motores neumáticos e hidráulicos. Los motores a diesel o gasolina son otra posibilidad. Si el movimiento de entrada es de traslación, como es común en movimiento en tierra, entonces en general se requiere un cilindro hidráulico o neumático. Actuadores Neumáticos e Hidráulicos: Donde los actuadores neumáticos los podemos dividir en cilindros neumáticos y motores neumáticos. Y los actuadores hidráulicos también los podemos dividir en cilindros hidráulicos y motores hidráulicos. Estas dos divisiones son muy similares pero una de las grandes diferencia es el fluido que utilizan para desempeñar su trabajo, ya que en los neumáticos utilizamos aire y en los hidráulicos aceites. En la utilización de este tipo de motores, su aplicación es más limitada que la de los motores eléctricos, ya que utilizan el aire comprimido o fluido hidráulico como fuente de energía y son muy indicados en el control de movimientos rápidos, pero de precisión limitada. Los motores neumáticos una amplia aplicación en fabricas y talleres, donde se dispone de aire comprimido a alta presión para otros usos. Un ejemplo común es la llave de impacto neumática utilizada en talleres de reparación automotriz, las estampadoras neumáticas, saltarines, martillos neumáticos, entre otros. En esta rama también hay que tener en cuenta los cilindros neumáticos e hidráulicos que hacen parte fundamental de muchas de las máquinas comunes que conocemos en nuestra vida cotidiana.

Figura 8: Martillo neumático.

Los motores hidráulicos se encuentran con más frecuencia en maquinas y sistemas tales como equipo de construcción (grúas), tractores, retroexcavadoras, aviones y buques, donde el fluido hidráulico a alta presión es provisto para muchos propósitos.

Figura 9: Grúa para construcción.

Los motores hidráulicos son recomendables en los manipuladores que tienen una gran capacidad de carga, junto a una precisa regulación de velocidad. Los motores eléctricos son los más utilizados, por su fácil y preciso control, así como por otras propiedades ventajosas que establece su funcionamiento, como consecuencia del empleo de la energía eléctrica. Más tarde se proporcionará una comparación detallada entre los diferentes tipos de actuadores utilizados para el movimiento de mecanismos. Motores Eléctricos: Se clasifican tanto por su función como por su configuración eléctrica. Algunas clasificaciones funcionales son los motores de engranes, los servomotores y los motores de pasos. También hay disponibles muchas configuraciones eléctricas diferentes, independientes de sus clasificaciones funcionales. La división de configuración eléctrica principal se encuentra en motores de AC y DC, aunque un tipo, el motor universal está diseñado para funcionar tan en AC como en DC.

Figura 10: Ejemplos de aplicación de motores eléctricos.

Motores DC: Los podemos encontrar de 5 tipos: 1. 2. 3. 4. 5.

De imán permanente. Devanado en derivación. Devanado en serie. Devanado compuesto. Sin escobillas.

Los nombres se refieren a la manera en que las bobinas de la armadura rotatoria están eléctricamente conectadas a las bobinas del campo estacionario, en paralelo, serie o en combinación paralelo-serie. Los imanes permanentes remplazan a las bobinas de campo e un motor de imán permanente. Cada configuración proporciona diferentes características de par de torsión-velocidad. La curva de par velocidad de un motor describe cómo responderá a una carga aplicada y es de gran interés para el diseñador mecánico, ya que predice cómo se comportará el sistema mecánico-eléctrico cuan la carga varía dinámicamente con el tiempo. Motores AC: Los podemos encontrar de tres tipos: 1. Universal. 2. Monofásico: estos pueden ser:  Por inducción, que se encuentran como motores de jaula ardilla y rotor devanado.  Sincrónico, que pueden ser de imán permanente, de reluctancia, de histéresis y de polo sombreado. 3. Polifásico: estos pueden ser:  Sincrónico.  Asíncronos.  Por inducción, que se encuentran como motores de jaula ardilla y rotor devanado. Los motores AC son la forma menos costosa de obtener movimiento rotatorio continuo y se puede obtener con una amplia variedad de curvas para torsiónvelocidad para adaptarse a varias aplicaciones de carga. Están limitados a

unas cuantas velocidades estándar, que son una función de la frecuencia de línea de la corriente alterna (60 Hz o 50 Hz). Los motores síncronos se acoplan con la frecuencia de la línea de corriente alterna y funcionan a velocidad sincrónica exacta. Estos motores se utilizan en relojes y temporizadores. Los motores de AC no sincrónicos tienen una pequeña cantidad de resbalamiento que los hace retraerse con respecto a la frecuencia de línea es aproximadamente 3 a 10%. Motores de engranes: si se requieren velocidades de salida únicas diferentes de las estándar, se puede conectar un reductor de velocidad de caja de engranes a la flecha de salida del motor, o adquirir un motor reductor que tenga una caja de engranes integral. Los motores reductores de engranes s e encuentran en la actualidad en una gran variedad de velocidades de salida y potencia. Servomotores: Estos motores son controlados por lazos cerrados de respuesta rápida capaces de proporcionar una función programada de aceleración o velocidad, un control de posición y de mantener una posición fija contra una carga. Lazo cerrado quiere decir que los sensores en el motor o en el dispositivo se salida que es movido retroalimenta información sobre su posición y velocidad. Los servomotores los podemos encontrar en el mercado en configuraciones AC y DC, pero el AC es el más usado en la actualidad. La velocidad de estos es controlada por un controlador que genera una corriente de frecuencia variable con la cual sincroniza el motor AC sincrónico. El controlador primero rectifica la corriente de línea AC en DC y luego recorta a la frecuencia deseada. Tienen capacidad de par de torsión elevados y una curva de par de torsión velocidad plana. Otras ventajas son: capacidad de realizar arranques suaves, mantener la velocidad a tolerancias mínimas frente a una variación del par de torsión con carga, y hacer un rápido paro de emergencia mediante el freno dinámico.

Figura 11: SCORBOT, aplicación de servomotores.

Motores de paso: Los motores paso a paso generalmente no han sido considerados dentro de los accionamientos industriales, debido principalmente a que los pares para los que estaban disponibles eran muy pequeños y los pasos entre posiciones consecutivas eran grandes. En los últimos años se han

mejorado notablemente sus características técnicas, especialmente en lo relativo a su control, lo que ha permitido fabricar motores paso a paso capaces de desarrollar pares suficientes en pequeños pasos para su uso como accionamientos industriales. Existen tres tipos de motores paso a paso: 

de imanes permanentes



de reluctancia variable



híbridos.

En los motores paso a paso la señal de control consiste en trenes de pulsos que van actuando rotativamente sobre una serie de electroimanes dispuestos en el estator. Por cada pulso recibido, el rotor del motor gira un determinado número discreto de grados. Para conseguir el giro del rotor en un determinado número de grados, las bobinas del estator deben ser excitadas secuencialmente a una frecuencia que determina la velocidad de giro. Las inercias propias del arranque y parada (aumentadas por las fuerzas magnéticas en equilibrio que se dan cuando está parado) impiden que el rotor alcance la velocidad nominal instantáneamente, por lo que ésa, y por tanto la frecuencia de los pulsos que la fija, debe ser aumentada progresivamente. Su principal ventaja con respecto a los servomotores tradicionales es su capacidad para asegurar un posicionamiento simple y exacto. Pueden girar además de forma continua, con velocidad variable, como motores síncronos, ser sincronizados entre sí, obedecer a secuencias complejas de funcionamiento, etc. Se trata al mismo tiempo de motores muy ligeros, fiables, y fáciles de controlar, pues al ser cada estado de excitación del estator estable, el control se realiza en bucle abierto, sin la necesidad de sensores de realimentación. Campos de aplicación de los motores eléctricos:         

Domésticos. Automóviles. Equipos de Tecnologías de la información. Aplicaciones industriales y robots. Maquinas de Vending. Transporte. Juguetes y entretenimiento. Equipos e visión y sonido. Equipos médicos.

Solenoides: Estos son actuadores lineales electromecánicos (CA o DC) que comparten algunas de las limitaciones de los cilindros neumáticos y poseen

algunas más de su propiedad. Son ineficientes en cuanto a energía, están limitados en carreras cortas, desarrollan una fuerza que varía de manera exponencial a lo largo de la carrera y entregan cargas de alto impacto. Además son baratos, confiables, y sus tiempos de respuesta son muy rápidos. No pueden manejar mucha potencia por lo que se usan como dispositivos de control o comunicación en lugar de dispositivos para realizar grandes cantidades de trabajo en un sistema. Este tipo de actuadores es utilizado en cámaras fotográficas, puertas eléctricas, cerraduras de cajuela de automóviles, entre otros.

Figura 12: comparación detallada entre los diferentes tipos de actuadores utilizados para el movimiento de mecanismos. .