UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PANAMÁ FACULTA FACULTAD D DE INGENIERÍA INGENIERÍ A MECÁNICA MECANISMOS Guía de Laboratorio No.4 Mecanismos de Retorno Rápido
1. De Desc scrripci ipción ón Mediante este laboratorio se analizarán las características más relevantes de diferentes tipos de mecanismos de retorno rápido. Además, permitirá conocer aplicaciones prácticas de estos mecanismos.
. O!"e#i$%s Gener&'es 2.1Re 2.1Recon conoc ocer er las caract caracterí erísti stica cas s princi principa pales les del del func funcion ionami amient ento o de los los mecanismos de retorno rápido. 2.2 Comprender la utilidad de estos mecanismos en aplicaciones prácticas.
(. O!"e#i$%s Espec)*ic%s 3.1Aplicar métodos ráficos ! analíticos para determinar los ánulos de avance ! retroceso, los tiempos de avance ! retroceso, la lonitud de la carrera, la veloc velocid idad ad prome promedio dio de avanc avance e ! retr retroce oceso, so, la raz"n raz"n de tiempo tiempos s de un mecanismo de Retorno Rápido. 3.2#tiliz 3.2#tilizar ar el pro prora rama ma $%&'% $%&'%() ()R R para para anali analiza zarr las cara caracte cterís rístic ticas as de movimiento de mecanismos de retorno rápido. 3.3&erificar los resultados te"ricos mediante aplicaciones prácticas de cada mecanismo estudiado. 3.*+eterminar las posiciones etremas de la corredera ! la confiuraci"n del mecanis mecanismo mo en cada posici"n. posici"n. +e manera manera manual manual ráfica ráfica ! analític analíticaa- ! mediante el prorama $%&'%()R.
+. E,-ip%s /&#eri&'es & -#i'i0&r *.1'slabo *.1 'slabones nes perforados perforados *.2ines, *.2 ines, arandelas arandelas *.3'scalím *.3 'scalímetro etro métrico *.*/ueo *.* /ueo de eometría eometría *.0apel 411 *.5roram *.5 rorama a $%&'%()R $%&'%()R
. Me#%2%'%3)& 0.1Mediciones mediante observaci"n directa, comparaci"n ! pruebas. 0.2Armar diferentes tipos de mecanismos de retorno rápido. 0.3+iscusi 0.3 +iscusi"n "n de las eperiencias eperiencias ! resultados. resultados. 1
0.*Análisis cualitativo ! cuantitativo. 0.0$nvestiaci"n complementaria. 0.5'valuaci"n6 asistencia, participaci"n ! aporte individual ! de rupo. 0.7'ntrea ! evaluaci"n del reporte. 0.#tilice el sistema $nternacional de #nidades 89$:.
4. Pr%ce2i/ien#% &. Mec&nis/% 5ie'&6M&ni$e'&6C%rre2er& Descen#r&2% 5.1Armar en el tablero perforado el mecanismo mostrado en la ;iura *.1 para e < 13 mm, R < 3 mm ! = < 75 mm. +esarrolle cada uno de los siuientes puntos6 5.1.1 #bicar la corredera en las posiciones límites o posiciones etremas. 5.1.2 >?ué condiciones deben cumplirse para @ue esto suceda 5.1.3 $ndi@ue los ánulos de avance α ! retroceso β, tomando en cuenta @ue la manivela se mueve con velocidad anular constante ω en sentido contrario al reloB. 5.1.* +etermine la raz"n del tiempo de avance al tiempo de retroceso. 5.1.0 aa un bos@ueBo a mano ! verifi@ue los datos obtenidos en los puntos anteriores.
;iura *.1 Mecanismo DielaEManivelaE Corrediza +escentrado 2
5.2 (omando como referencia la ;iura *.2, calcule6 5.2.1 =a lonitud de la manivela R ! de la biela = @ue satisfaan las condiciones dadas. 5.2.2 Con los valores de R ! = obtenidos, dibuBe el mecanismo a escala. 5.2.3 Mueva la manivela tratando de mantener una velocidad de rotaci"n constante. )bservando el comportamiento de la corredera, determine la carrera de avance ! de retroceso. 5.2.* Colo@ue la corredera en la posici"n etrema, mas aleBada, ! tome esta posici"n como referencia, tanto para la manivela como para la corredera. +esplace la manivela 3FG en sentido contrario al reloB, a partir del punto de referencia, utilizando el transportador ! mida el desplazamiento lineal de la corredera desde el punto en menci"n. Repita el procedimiento Hasta obtener una revoluci"n completa. Con estos dados confecciones una tabla con su respectiva ráfica. Comente sus resultados. 5.2.0 Colo@ue la corrediza en una de sus posiciones etremas. Mar@ue sobre el tablero el ánulo de la manivela ! la posici"n de la corredera. Repita el procedimiento para la otra posici"n etrema de la corredera. Mida aHora los ánulos de avance α ! retroceso β ! la carrera de la corredera.
Centro de rotación de la manivela
a = 191 mm b = 330 mm S = 299 mm b
a
S
;iura *.2 Condiciones para el Mecanismo de Retorno Rápido 3
IG F 3F 5F JF 12F 10F 1F 21F 2*F 27F 3FF 33F 35F
5.2.5 9i asumimos @ue la manivela se mueve a velocidad anular constante de 1FF rpm, determine6 t α 5.2.5.1'l tiempo de avance, 5.2.5.2'l tiempo de retroceso, 5.2.5.3=a raz"n de tiempo,
t β
Rt V α
5.2.5.*=a velocidad promedio de avance, 5.2.5.0=a velocidad promedio de retroceso,
V β
!. Mec&nis/% 2e' Cepi''% 7Li/&2%r&8 5.3 =a ;iura *.3 muestra un mecanismo de limadora @ue es utilizado comKnmente en las má@uinas limadoras de metal, en las cuales se re@uiere una carrera de trabaBo 8avance: lenta ! una carrera de O 2 O4 retroceso 8retorno: rápida. Cuando la distancia es menor @ue la lonitud de la manivela, obtenemos el mecanismo de LHitHortn.
;iura*.3 Mecanismo del Cepillo o de =imadora
4
5.3.1 +iseNe un mecanismo de limadora @ue tena una relaci"n de tiempo αOβ de 2.3J ! una carrera de trabaBo de 51F mm. Dasándonos en la ;iura *.*, la línea C @ue indica la direcci"n de la tra!ectoria del punto C, debe estar localizada en la mitad de la distancia indicada entre los puntos más altos ! más baBo @ue alcanza el punto D. =as dimensiones fiBas son las siuientes6 O2 O 4
216 mm
=
BC =203 mm
5.3.2 #tilizando los datos anteriores determine ! trace, en el tablero, las O4 B y QB dimensiones de la línea . #tilice los eslabones @ue meBor satisfaan los valores obtenidos en sus cálculos. 5.3.3 Con la a!uda de los datos ! cálculos @ue dispone Hasta el momento,determine diréctamente sobre el tablero, las dimensiones del eslab"n 3 ! describa el procedimiento utilizado.
;iura *.* Condiciones para el Mecanismo del Cepillo O 4 P 5.3.* +etermine el valor de las distancias ! trace sobre el tablero la direcci"n de la línea C. 5.3.0 Colo@ue sobre la línea C el eslab"n uía, sobre el cual se deslizará la corredera. 5.3.5 Mueva el mecanismo para una revoluci"n completa de la manivela ! mida la carrera del eslab"n 0 8corredera:. 5.3.7 Resuelva el problema analíticamente ! comente sobre la discrepancia entre los valores calculados ! los encontrados en el tablero. 5.3. +esarrolle ! analice el mecanismo utilizando el prorama $%&'%()R.
9. Pre3-n#&s Res-'#&2%s 7.1+esarrollar el diarama cinemático del mecanismo de eslab"n de arrastre combinado con un mecanismo centrado DielaEManivelaE corredera. 7.2Praficar el mecanismo en las posiciones etremas de la corredera. 7.3+etermine los ánulos de avance ! de retroceso ! la lonitud de la carrera. 7.*&ariando el ánulo de la manivela cada 3FG, Haa una tabla de la posici"n de la corredera en funci"n del ánulo. θ2
G
θ4
F 3F 5F 5
G
JF 12F 10F 1F 21F 2*F 27F 3FF 33F 35F 7.0Prafi@ue la posici"n de la corredera en funci"n del ánulo de la manivela para una rotaci"n completa de la manivela. 7.5+etermine la velocidad promedio de la carrera de avance ! retroceso para una velocidad de rotaci"n de la manivela de 1FF rpm.
:. An;'isis c%nc'-si%nes 7resp-es#&s in2i$i2-&'es8 7.1>C"mo varía el tiempo de avance ! retroceso en un mecanismo de retorno rápido 7.2>C"mo puedo incrementar la raz"n de tiempo 7.3>C"mo afecta la raz"n de tiempo la operaci"n del mecanismo
<. 5i!'i%3r&*)& 7in2i$i2-&' p%r es#-2i&n#e8 J.1 $ndicar la bibliorafía @ue utiliz" para desarrollar esta eperiencia de laboratorio.
1=. Te%r)& =os mecanismos de retorno rápido son utilizados en operaciones repetitivas, donde Ha! una carrera de avance ! una carrera de retorno realizadas en tiempos diferentes, aKn cuando la entrada es un motor de velocidad constante. 'sto se Hace con el fin de evitar pérdidas de tiempo en la carrera donde no se realiza trabaBo, lo @ue a!uda a mantener la potencia del motor en un mínimo. 'n base a la rotaci"n de la manivela, definiremos un ánulo α para la carrera de avance o trabaBo ! un ánulo β para la carrera de retorno o retroceso. =a raz"n del tiempo Rt . de avance al tiempo de retroceso es α β
Rt
=
's así @ue los mecanismos de
Rt > 1
, se conocen como mecanismos de retorno
rápido. =os valores de α ! β son medidas a partir de las posiciones etremas. 6
=os mecanismos de retorno rápido inclu!en un eslab"n reciprocante o corredera reciprocante @ue se mueve lentamente Hacia adelante ! reresa rápidamente, mientras una manivela ira a velocidad anular constante. =as direcciones de avance ! retroceso son asinadas arbitrariamente para @ue correspondan al uso de una Herramienta de corte donde la carrera de corte tendrá capacidad de elevadas fuerzas a baBa velocidad ! la carrera de retroceso será rápida sin cara. =a desinaci"n de mecanismo de retorno rápido tiene mucHo @ue ver con la funci"n del mecanismo como con su modo de operaci"n. 9i eiste una diferencia intencional del tiempo re@uerido para las carreras de avance ! retroceso, el mecanismo puede ser llamado mecanismo de retorno rápido. =a ma!oría de los mecanismos de balancín manivela eHiben tiempos de avance ! retorno desiuales. 9i tomamos ventaBa de las carreras desiuales en el diseNo de una ma@uinaria, llamamos al eslabonamiento mecanismo de retorno rápido. =as carreras de avance ! retroceso para el mecanismo balancín de manivela alineado toman tiempos iuales, pero el mecanismo balancín de manivela descentrado actKa como un mecanismo de retorno rápido. =a raz"nde tiempos de las carreras es la misma @ue la raz"n de los ánulos dados por las ecuaciones o
α =180
o
β =180
+ ∅1− ∅2
− ∅1 + ∅2
'ste mecanismo tiene la característica @ue la línea de la tra!ectoria de la corredera no intersecta el eBe de la manivela, tal como se muestra en la ;iura *.0.
;iura *.0 Mecanismo ManivelaECorrediza +escentrado )tra combinaci"n de mecanismos ofrece considerablemente ma!or fleibilidad para el diseNo de mecanismos de retorno rápido @ue el mecanismo de balancín de manivela descentrado. 'l mecanismo de eslab"n de arrastre, por eBemplo, puede formar parte de un mecanismo diseNado para randes razones de tiempo de avance a retorno. =a ;iura *.5 muestra un mecanismo de cuatro barras O2 AB O 4 @ue aparece satisfacer el criterio para un mecanismo de eslab"n de arrastre. =a corredera + representará un elemento de má@uina @ue tendrá diferentes velocidades promedio para sus carreras de avance ! de retroceso mientras se conduce la manivela a velocidad anular constante. =as dos posiciones etremas de la corredera ocurren cuando el eslab"n seuidor * @ueda O4 C alineado con la línea de centros . uesto @ue el eslab"n * está también
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colinear con la línea de centros en ambas posiciones etremas, podemos ver @ue la carrera de la corredera es dos veces la lonitud del eslab"n *. S =2 L4
'l tiempo de la corredera para viaBar entre las posiciones límites es proporcional al ánulo entre las correspondientes posiciones de la manivela mientras la velocidad anular de la manivela conductora sea constante.
;iura *.5 Mecanismo de 'slab"n de Arrastre
11. Re*erenci&s> 11.1Qinematics and +!namics of MacHiner!. CHarles '. Lilson, /.. 9adler ! L./. MicHels. ?uinta edici"n. arperRo, ublisHers, %e !orS, 1J3.
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