INTRODUCCION A LOS MECANISMOS
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INTRODUCCION •
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Pose Poseer er cono conoci cimi mien ento tos s de la to topo polo logí gía a de las las má máqu quin inas as (tip (tipos os,, formas, usos de los componentes de las máquinas y sobre sus mecanismos y subsistemas constituyentes) Poseer conocimientos sobre análisis de máquinas, que le permitan inte interp rpre reta tarr sus sus dife difere rent ntes es pa part rtes es y espe especi cial alme ment nte e cono conoce cerr las las relaciones entre los movimientos y las fuerzas que sobre el conjunto y sus partes puedan actuar Poseer conocimiento de diseño y cálc álculo de los elementos mecánicos que le permitan construir máquinas seguras, que no fallen durante su vida útil Conocimiento sobre síntesis de máquinas (mecanismos constituyentes), que le permitan el diseño o rediseño de máquinas en fu func nció ión n de ne nece cesi sida dade des s camb cambia iant ntes es,, ha habi bililida dad d en el ma mane nejo jo dive divers rso o de inst instru rume ment ntal al al serv servic icio io de dell cont contro roll de las las má máqu quin inas as,, seguridad e interacción con otros profesionales
INTRODUCCION •
Al observar el movimiento de un a máquina se descubre un conjunto mecánico de miembros (ideal (idealiza izado do como como rígido rígidos), s), que reciben energía de alguna forma y la emplean para conseguir un fin determinado (transmitir potencia o realizar movimiento). 3
INTRODUCCION •
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Luego para el estudio de una máquina, se hace necesario el estudio de las fuerzas que han de aplicarse para conseguir la finalidad propuesta y el estudio del movimiento de las partes que constituyen dicha máquina. De esta forma, se deberá estudiar las traye trayect ctor oria ias s reco recorr rrid idas as po porr de dete term rmin inad ados os pu punt ntos os qu que e pertenecen a diferentes órganos de las máquinas, y la forma en que se recorren dichas trayectorias: velocidades y aceleraciones; en definitiva si el estudio se centra en el movimiento de una máquina (o de un elemento) prescindiendo de sus causas se hablará de cinemática de las máquinas. Por el contrario, si lo que interesa es el estudio de las fuerzas, ligado al efecto producido (el movimiento), se abarca la disciplina de la dinámica de máquinas (cinética) 4
DEFINICIONES BASICAS •
Mecánica de máquinas: Cie Ci encia ncia que estu studia dia las las leyes eyes qu que e regu regula lan n el movimiento de los diversos elementos o piezas de las máquinas y las fuerzas que esos elementos transmiten.
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DEFINICIONES BASICAS •
Máquinas y mecanismos. –
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Máquina: Reulaux define máquina como una "combinación de cuerpos resistentes de manera que, por medio de ello ellos, s, las las fue uerz rza as mecán ecánic ica as de la nat atu urale raleza za se pueden encauzar para realizar un trabajo acompañado de movimientos determinados". Máquina:: Es un mecanismo o conjunto de Máquina mecanismos que transmiten fuerzas o potencia bajo cierta consideración , desde la fuente de energía a la resistencia a vencer o al trabajo a realizar 6
DEFINICIONES BASICAS •
Máquinas y mecanismos. – Mecanismo:
Por otra parte, define mecanismo como una "combinación de cuerpo cuerpos s resis resisten tentes tes conect conectado ados s por medio medio de artic articula ulacio ciones nes móvi mó vile les s pa para ra fo form rmar ar un una a cade cadena na cine cinemá máti tica ca cerr cerrad ada a con con un eslabón fijo, y cuyo propósito es transformar el movimiento“. – Mecanismo:
Combinación de cuerpos que forman un dispositivos para transmitir y transformar un movimiento en otro. La combinación ó unión entre los elementos debe ser de tal forma que el movimiento de uno obliga a moverse a los demás, de acuerdo a las leyes que dependen de la naturaleza de la combinación. 7
DEFINICIONES BASICAS •
Armadura: Conjunto de cuerpos o elementos estáticos que soportan los cuerpos que se mueven o mecanismos. También suele llamarse bastidores o estructuras.
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DEFINICIONES BASICAS •
Eslabones: En la definición tanto Eslabones: de máquina como de mecanismo (se (segú gún n Reu eule leau aux x) se ha hab bla de una un a "co "comb mbin inac ació ión n de cuer cuerpo pos s resistentes", estos cuerpos resi resist sten ente tes s qu que e son son elem elemen ento tos s constitutivos del mecanismo reci recib ben en,, de fo form rma a ge gené néri rica ca,, el nombre nombre de eslab eslabone ones s pud pudien iendo do adqu ad quir irir ir no nomb mbre res s parti articu cula lare res s depe de pend ndie iend ndo o de la fu func nció ión n qu que e realicen. 9
CLASIFICACION DE LOS MECANISMOS
1. Se clasifican de acuerdo a los movimientos característicos de sus eslabones •
PLANOS
ESFERICOS
ESPACIALES
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Mecanismos Planos, todos sus eslabones describen curvas en un solo plano o en planos paralelos, son mecanismos bidimensionales. bidimensionales. Ej: la leva y su seguidor, un mecanismo de cuatro barras, un mecanismos de biela –manivela
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Mecanismos Esféricos Esféricos,, cada eslabón tiene algún punto que se mantiene estacionario y otro que describe un movimiento esférico. Ej: la junta universal de Hooke.
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Mecanismos Espaciales, no incluyen restricción alguna en los movimientos relativos de sus eslabones. Ej: cualquier mecanismo que comprenda un par de tornillo puesto que el movimiento relativo dentro del par de tornillo es helicoidal.
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CLASIFICACION DE LOS MECANISMOS
2. Según la naturaleza de sus elementos • • • • • •
Mecanismos de barras Mecanismos de ruedas Mecanismos de levas Mecanismos de tornillo Mecanismos flexibles Mecanismos de trinquete
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DEFINICIONES BASICAS Pares cinemáticos •
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Pero los eslabones deben estar unidos entre sí "por medio de articulaciones móviles" es decir de forma que se permita el movimiento relativo entre tre ellos. los. A estas uniones móvile iles de dos eslabones entre sí se las denomina pares cinemáticos o simplemente pares. Los pares se clasifican según la naturaleza del contacto en: – –
Pares superiores: El contacto es lineal o puntual. Pares inferiores: El contacto es superficial. 13
PARES CINEMATICOS 1. Par giratorio o rotativo:: rotativo Sólo permite rotación relativa y por consiguiente un sólo grado de libertad.
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PARES CINEMATICOS 2.
Par prismático: Perm Permit ite e ún únic ica ame men nte movimi imient nto o rel relativo de deslizamiento. También posee un único grado de libertad; la longitud dell de de desl sliz izam amie ient nto o (el (el desplazamiento). 15
PARES CINEMATICOS 3. Par de tornillo o par helicoidal: Permite los movimiento movimientos s relativos relativos de rotación y traslación aunque posee un sólo grado de libe libert rta ad po porr estar star los los do dos s mo movi vimi mien ento tos s relacionados entre sí.
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PARES CINEMATICOS
4. Par Par ci cilí línd ndri rico co:: Permite la rotación angular y la traslación pero de forma independiente, por lo que posee dos grados de libertad. 17
PARES CINEMATICOS. 5. Par esférico o de rótula: Posee see tres grad grados os de libe liberta rtad, d, una rotación según cada uno de los ejes de coordenadas.
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PARES CINEMATICOS
6. Par plano: plano: Posee tres grados de libertad, dos correspondientes a los desplazamientos sobre el plano y uno al giro según un eje perpendicular al plano. 19
PARES CINEMATICOS •
Los demás pares se conocen como pares superiores (contacto puntual o lineal) y entre otros cabe destacar: –
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El contacto de dos dientes engranando. El contacto de un seguidor con la leva. Una rueda sobre un riel. 20
Identificación de pares, mecanismos
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CADENAS CINEMATICAS
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Cadena Cinem Cadena Cinemátic ática a: "a "agr grup upac ació ión n de vari varios os esla eslabo bone nes s un unid idos os po porr medio de pares cinemáticos". Cuando cada eslabón de la cadena cinemática se conecta al menos con otros dos, esta forma uno o más bucles cerrados, definiéndose una (ó varias) cadena cinemática cerrada, en caso contrario se tiene una cadena cinemática abierta. Para Para qu que e un una a cade cadena na cine cinemá máti tica ca se conv convie iert rta a en me meca cani nism smo, o, se necesita que "un eslabón esté fijo", de forma que el movimiento de todos los demás puntos se medirá con respecto al eslabón que se considere fijo. 22
MOVILIDAD DE MECANISMOS •
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Se denomina número de grados de libertad de un mecanismo ó movilidad del mis mismo mo,, al nú núme mero ro de pa pará ráme mettros ros de entrad trada a qu que e se deb ebe e con ontr tro olar lar independientemente con el fin de llevar al mecanismo a una posición en particular. Si un mecanismo plano posee n eslabones, cada uno de ellos, antes de conectarse, conectarse, poseerá tres grados de libertad, excepto el eslabón fijo ó bancada. Luego antes de conectarse, el número de grados de libertad será de: 3 (n-1) A medida que se van conectando eslabones por medio de pares, se está rest estring ingien iendo el mo mov vimie imient nto o rela relattivo ivo en enttre ello ellos s por lo ta tant nto, o, una vez cone conect ctad ados os to todo dos s los los esla eslabo bone nes, s, el nú núme mero ro de grad grados os de libe libert rtad ad de dell mecanismo será: m = 3 (n-1) -2 j1-j2 Siendo: m: grados de libertad del mecanismo. – n: número de eslabones del mecanismo. – j1: n.º de pares con un grado de libertad (restringe otros dos). – j2: n.º de pares con dos grados de libertad (restringe uno). Esta ecuación se conoce como el criterio de KUTZBACH para movilidad de mecanismos planos. –
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MOVILIDAD DE MECANISMOS •
El criterio de Grübler: es el mismo que el de Kutzbach pero siendo j2 = 0 (sólo pares que permitan un sólo movimiento relativo entre eslabones) y haciendo la movilidad igual a la unidad: 1 = 3 (n - 1) - 2 j1 3 n - 2 j1 -4 = 0
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Si el mecanismo fuese espacial, las l as expresiones matemáticas de los criterios de Kutzbach y Grübler serían las siguientes: m = 6 (n-1) - 5 j1 - 4 j2 - 3 j3 j 3 - 2 j4 - j5 6 n - 5 j1 - 7 = 0 24
MOVILIDAD DE DIFERENTES MECANSIMOS
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CICLO PERIODO Y FASE •
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Cuando todas las partes de un mecan ecanis ismo mo,, desp espué ués s de pa pasa sarr por todas las posiciones posibles, vuelven a sus posiciones rela relati tiva vas s origi origina nales les,, se dice dice qu que e se ha completado un ciclo de movimiento. El tiempo empleado en completar dicho ciclo, se denomina periodo. Las posiciones ocupadas por los elementos del mecanismo en cualqu lquier ins instante del ciclo clo se denominan fases. 26
