UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PANAMÁ FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA MECANISMOS
Gu ía de L ab o rat o rio No .3 Mecan ism os de Retor no Rápid o
1. Descripción 1.1. Esta experiencia permitirá estudiar y analizar diferentes tipos de mecanismos de retorno rápido.
2. Objetivos Generales 2.1Reconocer las características principales del funcionamiento de los mecanismos de Retorno Rápido. 2.2 Comprender la utilidad de estos mecanismos en aplicaciones mecánicas.
3. Objetivos Específicos 3.1 Aplicar métodos gráficos y analíticos para determinar los ángulos de avance y retroceso, los tiempos de avance y retroceso, la longitud de la carrera, la velocidad promedio de avance y retroceso, la razón de tiempos de un mecanismo de Retorno Rápido. 3.2 Verificar los l os resultados teóricos mediante median te aplicaciones prácticas de cada mecanismo estudiado. 3.3 Determinar las l as posiciones extremas e xtremas de la corredera y la configuración confi guración del mecanismo en cada posición. De manera práctica, gráfica y analítica.
4. Equipos y materiales a utilizar 4.1 Eslabones perforados 4.2 Pines, arandelas 4.3 Escalímetro métrico 4.4 Juego de geometría 4.5 Papel 8 ½”X11”
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5. Metodología 5.1 Mediciones mediante observación directa, comparación y pruebas. 5.2 Armar diferentes tipos de mecanismos de retorno rápido. 5.3 Discusión de las experiencias y resultados. 5.4 Análisis cualitativo y cuantitativo. 5.5 Investigación complementaria. 5.6 Evaluación: asistencia, participación y aporte individual y de grupo. 5.7 Entrega y evaluación del reporte. 5.8 Utilice el sistema Internacional de Unidades (SI).
6. Procedimiento a. Mecanismo Biela-Manivela-Corredera Descentrado 6.1 En base a la Figura 3.1, desarrolle cada uno de los siguientes puntos: 6.1.1 Haga un bosquejo a mano alzada del mecanismo, mostrando sus posiciones extremas. 6.1.2 ¿Qué condiciones deben cumplirse para que esto suceda? 6.1.3 Indique los ángulos de avance y retroceso tomando en cuenta que la manivela se mueve con velocidad angular constante y en sentido contrario al reloj. 6.1.4 Determine la razón del tiempo de avance al tiempo de retroceso.
Figura 3.1 Mecanismo Biela-Manivela- Corrediza Descentrado 6.2 Tomando como referencia la Figura 3.2, calcule: 6.2.1 La longitud de la manivela R y de la biela L que satisfagan las condiciones dadas. 6.2.2 Con los valores de R y L obtenidos, dibuje el mecanismo a escala. 6.2.3 Mueva la manivela tratando de mantener una velocidad de rotación constante. Observando el comportamiento de la corredera, determine la carrera de avance y de retroceso. 6.2.4 Coloque la corredera en la posición extrema, mas alejada, y tome esta posición como referencia, tanto para la manivela como para la corredera. Desplace la manivela 30º en sentido contrario al reloj, a 2
partir del punto de referencia, utilizando el transportador y mida el desplazamiento lineal de la corredera desde el punto en mención. Repita el procedimiento hasta obtener una revolución completa. Con estos dados confecciones una tabla con su respectiva gráfica. Comente sus resultados. 6.2.5 Coloque la corrediza en una de sus posiciones extremas. Marque sobre el tablero el ángulo de la manivela y la posición de la corredera. Repita el procedimiento para la otra posición extrema de la corredera. Mida ahora los ángulos de avance y retroceso y la carrera de la corredera. Centro de rotación de la manivela
a = 191 mm b = 330 mm S = 299 mm b
a
S
Figura 3.2 Condiciones para el Mecanismo de Retorno Rápido
x
Θº
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 3
6.1.1 Si asumimos que la manivela se mueve a velocidad angular constante de 100 rpm, determine: 6.1.1.1.1 El tiempo de avance, 6.1.1.1.2 El tiempo de retroceso, 6.1.1.1.3 La razón de tiempo, 6.1.1.1.4 La velocidad promedio de avance, 6.1.1.1.5 La velocidad promedio de retroceso,
b. Mecanismo del Cepillo (Limadora) 6.3 La Figura 3.3 muestra un mecanismo de limadora que es utilizado comúnmente en las máquinas limadoras de metal, en las cuales se requiere una carrera de trabajo (avance) lenta y una carrera de retroceso (retorno) rápida. Cuando la distancia es menor que la longitud de la manivela, obtenemos el mecanismo de Whithwortn.
Figura 3.3 Mecanismo del Cepillo o de Limadora 4
6.3.1 Diseñe un mecanismo de limadora que tenga una relación de tiempo / de 2.39 y una carrera de trabajo de 610 mm. Basándonos en la Figura 3.4, la línea CP que indica la dirección de la trayectoria del punto C, debe estar localizada en la mitad de la distancia indicada entre los puntos más altos y más bajo que alcanza el punto B. Las dimensiones fijas son las siguientes: O2O4 = 216 mm BC = 203 mm 6.3.2 Utilizando los datos anteriores determine y trace en el tablero las dimensiones de la línea O4B y QB. Utilice los eslabones que mejor satisfagan los valores obtenidos en sus cálculos. 6.3.3 Conla ayuda de los datos y cálculos que dispone hasta el momento,determine diréctamente sobre el tablero, las dimensiones del eslabón 3 y describa el procedimiento utilizado.
Figura 3.4 Condiciones para el Mecanismo del Cepillo 6.3.4 Determine el valor de las distancias O4P y trace sobre el tablero la dirección de la línea PC. 6.3.5 Coloque sobre la línea PC el eslabón guía, sobre el cual se deslizará la corredera. 5
6.3.6 Mueva el mecanismo para una revolución completa de la manivela y mida la carrera del eslabón 5 (corredera). 6.3.7 Resuelva el problema analíticamente y comente sobre la discrepancia entre los valores calculados y los encontrados en el tablero.
7. Preguntas y Resultados 7.1 Desarrollar el diagrama cinemático del mecanismo de eslabón de arrastre combinado con un mecanismo centrado Biela-Manivelacorredera. 7.2 Graficar el mecanismo en las posiciones extremas de la corredera. 7.3 Determine los ángulos de avance y de retroceso y la longitud de la carrera. 7.4 Variando el ángulo de la manivela cada 30º, haga una tabla de la posición de la corrredera en función del ángulo.
º 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360
º
x
7.5 Grafique la posición de la corredera en función del ángulo de la manivela para una rotación completa de la manivela. 7.6 Determine la velocidad promedio de la carrera de avance y retroceso para una velocidad de rotación de la manivela de 100 rpm.
7 Análisis y conclusiones 7.1 ¿Cómo varía el tiempo de avance y retroceso en un mecanismo de retorno rápido? 7.2 ¿Cómo puedo incrementar la razón de tiempo? 7.3 ¿Cómo afecta la razón de tiempo la operación del mecanismo?
8 Bibliografía 6
9.1 Indicar la bibliografía que utilizó para desarrollar esta experiencia de laboratorio.
10. Teoría Los mecanismos de retorno rápido son utilizados en operaciones repetitivas, donde hay una carrera de avance y una carrera de retorno realizadas en tiempos diferentes, aún cuando la entrada es un motor de velocidad constante. Esto se hace con el fin de evitar pérdidas de tiempo en la carrera donde no se realiza trabajo, lo que ayuda a mantener la potencia del motor en un mínimo. En base a la rotación de la manivela, definiremos un ángulo para la carrera de avance o trabajo y un ángulo para la carrera de retorno o retroceso. La razón del tiempo de avance al tiempo de retroceso es
Es así que los mecanismos de , se conocen como mecanismos de retorno rápido. Los valores de y son medidas a partir de las posiciones extremas. Los mecanismos de retorno rápido incluyen un eslabón reciprocante o corredera reciprocante que se mueve lentamente hacia adelante y regresa rápidamente, mientras una manivela gira a velocidad angular constante. Las direcciones de avance y retroceso son asignadas arbitrariamente para que correspondan al uso de una herramienta de corte donde la carrera de corte tendrá capacidad de elevadas fuerzas a baja velocidad y la carrera de retroceso será rápida sin carga. La designación de mecanismo de retorno rápido tiene mucho que ver con la función del mecanismo como con su modo de operación. Si existe una diferencia intencional del tiempo requerido para las carreras de avance y retroceso, el mecanismo puede ser llamado mecanismo de retorno rápido. La mayoría de los mecanismos de balancín manivela exhiben tiempos de avance y retorno desiguales. Si tomamos ventaja de las carreras desiguales en el diseño de una maquinaria, llamamos al eslabonamiento mecanismo de retorno rápido. Las carreras de avance y retroceso para el mecanismo balancín de manivela alineado toma tiempos iguales, pero el mecanismo balancín de manivela descentrado actúa como un mecanismo de retorno rápido. La razónde tiempos de las carreras es la misma que la razón de los ángulos dados por las ecuaciones
Este mecanismo tiene la característica que la línea de la trayectoria de la corredera no intersecta el eje de la manivela, tal como se muestra en la Figura 3.1.
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Figura 3.5 Mecanismo Manivela-Corrediza Descentrado Otra combinación de mecanismos ofrecen considerablemente mayor flexibilidad para el diseño de mecanismos de retorno rápido que el mecanismo de balancín de manivela descentrado. El mecanismo de eslabón de arrastre, por ejemplo, puede formar parte de un mecanismo diseñado para grandes razones de tiempo de avance a retorno. La Figura 3.6 muestra un mecanismo de cuatro barras O1BCO3 que aparece satisfacer el criterio para un mecanismo de eslabón de arrastre. La corredera D representará un elemento de máquina que tendrá diferentes velocidades promedio para sus carreras de avance y de retroceso mientras se conduce la manivela a velocidad angular constante. Las dos posiciones extremas de la corredera ocurren cuando el eslabón seguidor 3 queda alineado con la línea de centros O1O2. Puesto que el eslabón 4 está también colinear con la línea de centros en ambas posiciones extremas, podemos ver que la carrera de la corredera es dos veces la longitud del eslabón 3.
El tiempo de la corredera para viajar entre las posiciones límites es proporcional al ángulo entre las correspondientes posiciones de la manivela mientras la velocidad angular de la manivela conductora sea constante.
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Figura 3.6 Mecanismo de Eslabón de Arrastre
11. Referencias: 11.1 Kinematics and Dynamics of Machinery. Charles E. Wilson, J.P. Sadler y W.J. Michels. Quinta edición. Harper&Row, Publishers, New york, 1983.
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