Mat Cur 02 Elementos de Maquinas SintesisDeMecanismos

7/22/2019 Mat Cur 02 Elementos de Maquinas SintesisDeMecanismos

1/24

SNTESIS DE MECANISMOSUnidad 1. Mecanismos de mquina

Los mecanismos de barras articuladas se caracterizan por que sus elementos

rgidos se articulan entre s para conformar una cadena cinemtica con la

capacidad de generar un determinado movimiento.


2/24

2

QU ENCONTRAREMOS EN ESTE DOCUMENTO?

Introduccin 3Conceptos bsicos ............................................................................................. 4

Mecanismos de barras articuladas 8Mecanismos articulados de cuatro barras .......................................................... 9Mecanismo manivela deslizador ....................................................................... 18

Enlaces de inters 24Dnde podemos encontrar ms informacin .................................................... 24


3/24

3

IntroduccinLos mecanismos son en esencia, cuerpos articulados que permiten transmitir otransformar los movimientos presentes en una mquina, para tal efecto, en el diseo delas mquinas se deben tener en cuenta aspectos importantes como el tipo demecanismo, la cantidad necesaria de elementos que conforman el mecanismo y las

dimensiones adecuadas para satisfacer las necesidades especficas en la mquina.

El anlisis de los mecanismos incluye anlisis cinemticos para estudiar el movimiento delos mecanismos y los mtodos para crearlos.

En el diseo de un mecanismo se identifican 3 tareas puntuales que se denominan reasde la sntesis.

1. Sntesis de tipo.2. Sntesis analtica o cuantitativa (de nmero).3. Sntesis dimensional.

La sntesis de tipo se refiere a la clase de mecanismos seleccionado y constituye elprimer paso del diseo.

La sntesis cuantitativa se ocupa del nmero de eslabones y articulaciones, pares ojuntas que se requieren para obtener una movilidad determinada, esta etapa constituye elsegundo paso de diseo.

La sntesis dimensional se constituye en el tercer paso de diseo y consiste endeterminar las dimensiones de los eslabones.


4/24

4

Conceptos bsicosPara analizar correctamente es importante conocer los conceptos bsicos ycaractersticas de los elementos que conforman un mecanismo de barras.

Grados de libertad:el grado de libertad de un sistema es el nmero de parmetrosindependientes que se necesitan para definir su posicin en el espacio, en otraspalabras es el nmero de movimientos que puede realizar un cuerpo en cada uno delos ejes, en rotacin o translacin.

Los grados de libertad de un mecanismo plano se pueden obtener con la siguienteecuacin:

W = 3 (n - 1) 2 J1 J2

Donde: n es el nmero de eslabones.J1, es el numero de pares o pares de V clase.J2, es el nmero de semijuntas o pares de IV clase.

En los mecanismos planos no pueden existir pares de clase I, II, III, ya que estos poseenmovimientos relativos posibles de carcter espacial.

Mecanismo plano: se denomina mecanismo articulado plano, aquel en el cual todaslas trayectorias recorridas, por cualquiera de los puntos de los elementos quecomponen el mecanismo, estn contenidas en un mismo plano (a nivel prctico, enplanos paralelos).

En mecanismos ms complejos, es necesario utilizar un anlisis espacial. Un

ejemplo de esto es una rtula esfrica, la cual puede realizar rotaciones

tridimensionales. Aunque en la mayora de los casos los mecanismos de barras se

pueden analizar empleando un enfoque bidimensional, lo que reduce el anlisis a un

plano.

Eslabn: hipotticamente se define un eslabn como un cuerpo rgido el cual debeposeer por lo menos dos nodos o puntos de unin con otros eslabones

Los eslabones se pueden clasificar de varias formas entre las ms comunes estn:


5/24

5

Por el numero de nodos

Binarios.

Terciarios. Cuaternarios.

Segn su movimiento:

Fijos.

Mviles: rotativos, traslativos, oscilantes.

Segn su funcin:

Fijos.

Eslabones conductores.

Eslabones transductores.

Eslabones conducidos.

Juntas: los puntos de unin entre dos eslabones tcnicamente se conocen comojuntas y a su vez permiten movimientos relativos entre ellos. A las juntas tambin seles conoce como pares cinemticas y se representan esquemticamente de lasiguiente manera:

Pueden clasificarse por los siguientes criterios:

Por el nmero de grados de libertad.

Por el tipo de contacto entre los elementos.

Por el tipo de cierre de la junta, de fuerza o de forma.

Por el numero de eslabones conectados, orden de la junta

Semijunta: se le da el nombre de semijunta a aquella conexin que tienen dosgrados de libertad, es decir, permiten movimientos simultneos de rotacin y detranslacin en forma independiente.


6/24

6

Cadena cinemtica: una cadena cinemtica se define como el ensamble deeslabones y juntas, conectados de tal manera que proporcionan un movimiento desalida, en respuesta a un movimiento de entrada proporcionado.

Cadena bloqueada: en los casos donde los elementos no tienen movimientosrelativos entre s, se considera que la cadena est bloqueada y constituye un grupode eslabones que integran un cuerpo rgido.

Cadena Desmodromica: la cadena desmodromica permite movimiento relativo entresus eslabones, si en esta cadena se fija uno de los eslabones y se da movimiento aotro, todo el conjunto se mover representando cada uno de los puntos delmecanismo una trayectoria determinada.

Cadena libre: en este tipo de cadenas cinemticas los movimientos relativos entrelos eslabones no estn determinados, es decir, si se fija uno de los eslabones y seda movimiento al otro, el movimiento de los restantes no seguir las mismastrayectorias.


7/24

7

Elementos de un mecanismo:para efectos de interpretacin de los mecanismos sesuelen asignar nombres a las barras tal como sigue.

Manivela: La manivela es el trmino que se emplea para designar a todo aquelelemento que en el movimiento que efecta, realiza una vuelta completa orevolucin y que est unido o pivotado a un elemento fijo.

Balancn: El balancn es el trmino que se asigna a los eslabones que tiene unmovimiento de rotacin oscilatoria entre puntos fijos, es decir generar un ngulode apertura definido e invariable, el balancn esta siempre pivotado a un elementofijo.

Biela o acoplador: La biela o el acoplador es el eslabn que conecta a la manivelay el balancn.

Eslabn inmvil o bastidor: Este eslabn, en una barra figa o inmvil, en algunoscasos simplemente se asimila con la superficie de referencia o suelo, por lo quesuele considerarse imaginaria.

Ley de Grashof:La ley de Grashof es una frmula que se emplea para analizar eltipo de movimiento que har el mecanismo de cuatro barrascon slo conocer susdimensiones y disposicin.

Para que exista un movimiento entre las barras, la suma de la longitud de la barrams corta y la ms larga no puede ser mayor que la suma de las barras restantes.

En otras palabras en un cuadriltero articulado, al menos una de sus barrasactuar como manivela, en alguna de las disposiciones posibles, si se verifica quela suma de las longitudes de las barras mayor y menor es igual o inferior a lasuma de las longitudes de las otras dos.

L + s p + q


8/24

8

Mecanismos de barrasarticuladasLos mecanismos de barras articuladasse caracterizan por que sus elementosrgidos se articulan entre s paraconformar una cadena cinemtica conla capacidad de generar undeterminado movimiento, comorespuesta a un movimiento asignado enla entrada del mecanismo, estascaractersticas del movimientogenerado, dependern de lascaractersticas dimensionales de lasbarras que conforman el mecanismo yde los eslabones de referencia.De forma general se pueden mencionar

algunos mecanismos representativosque comnmente se pueden encontraren las mquinas y que cumplenfunciones definitivas en la funcionalidadde la mquina.


9/24

9

Mecanismos articulados de cuatro barrasLos mecanismos articulados de cuatro barras, atendiendo a s alguno de sus elementospueden efectuar una rotacin completa, se pueden clasificar en dos categoras:

1. CLASE I(mecanismos de manivela): Al menos una de las barras del mecanismopuede realizar una rotacin completa.

2. CLASE II (mecanismos de balancn): Ninguna de las barras de entrada y salidade movimiento que conforman el mecanismo puede realizar una rotacincompleta, excepto el acoplador.

CLASE I

Mecanismo manivela balancn

El mecanismo manivela balancn se obtiene a partir de la cadena cinemtica de 4 barras ynecesariamente la barra ms corta (BC) tendr que ser la manivela. En este mecanismo,dicha barra ms corta realiza giros completos mientras que la otra barra articulada a tierraposee un movimiento de rotacin alternativo (balancn).

Es decir el mecanismo manivela balancn tiene la funcin de convertir el movimientorotacional de entrada en la manivela en movimiento oscilatorio de salida en el balancn.

El mecanismo manivela balancn debe cumplir las siguientes condiciones:

L2 + L3 L1 + L4BC barra menorCD barra mayor

AB barra fija o soporte


10/24

Algunas aplicaciones comunes del mecanismo manivela balancn son: el mecanismo de

la mquina de coser, el mecanismo de las bombas de posos de petrleo, el mecanismode las mquinas elpticas, etc.

En la siguiente imagen podemos observar una bomba de un pozo de petrleo, donde seincluye un mecanismo de manivela balancn, aunque en este caso el eslabn que operacomo balancn se extiende en su parte posterior.

1. Motor.2. Equilibrio contrario.3. Brazo del pitman.

4. Viga que camina.5. Cabeza del caballo.6. Barra polaca.7. Manantial.8. Pipa del aceite.9. Fundaciones concretas.10. Cubierta.11. Barra de lechn.12. Tubera.13. Bomba.14. Vlvulas.15. Arenas del aceite.

Para disear un mecanismo manivela balancn se puede emplear el mtodo de Brodell ySoni


11/24

Sntesis del mecanismo manivela-balancn

Procedimiento

a. Inicialmente se deben definir lasposiciones extremas del balancncomo se muestra en la siguienteimagen.

b. Se traza una recta X cualquiera, quepase por B1.

c. Se traza Y, pasando por B2,formando un ngulo con X. Elpunto de corte de las lneas X y Y,

en el punto O2, se toma como centrode la manivela.

d. La longitud r2 se obtiene de B2C,

pues B2C=2r2.


12/24

2

e. La longitud r3 se calcula a partir deO2B1=r2+r3.

f. Finalmente se obtiene elmecanismo manivela balancnilustrado en trazo ms oscuro.

Mecanismo doble manivela

El mecanismo doble manivela se obtiene a partirde la cadena cinemtica de 4 barras cuando labarra ms corta (AB) es la barra fija o bastidor.En este caso, las dos barras articuladas a labarra fija pueden realizar giros completos(manivelas).

El mecanismo de doble manivela tiene la funcinde convertir un movimiento rotacional a otrorotacional pero con diferentes caractersticas ensu movilidad, en algunas ocasiones el diseo delmecanismo incluye posiciones especificas delacoplador, lo cual predetermina que el eslabnfijo (Puntos A y B), sean convergentes a unpunto comn (Rotopolo), por lo que a medida que dichos puntos estn ms cerca delrotopolo, el mecanismo resultante podr ser un mecanismo de doble manivela.


13/24

3

El mecanismo doble manivela debe cumplir las siguientes condiciones:

L1 + L3 L2 + L4AB barra menorCD barra mayor

AB barra fija o soporte

Algunas aplicaciones comunes del mecanismo doble manivela son: mecanismos demaquinarias transportadoras, mquinas de ejercicio, etc.

El diseo de un mecanismo doble manivela puede iniciar con la necedad de obtener dosposiciones especficas de un acoplador, esta condicin implica que se defina lasposiciones predeterminadas del acoplador en el plano. Es importante mencionar que este

mecanismo ser en este caso producto de seleccionar dos puntos A y B prximos alrotopolo, lo que garantizara que el eslabn AB sea el de menor longitud y con esto secumplir que el bastidor sea la barra ms pequea y de esta forma se configure unmecanismo doble manivela.

Sntesis del mecanismo doble manivela

Procedimiento

a. Inicialmente trace las posicionesdeseadas del eslabn CD (C1D1 y

C2D2).

b. Una los puntos C1 y C2 y los puntos D1y D2.

c. Halle las mediatrices de los segmentosC1C2 y D1D2 y prolnguelas de formaconveniente hasta que se interceptenen un punto conocido como rotopolo.


14/24

4

d. Seleccionar arbitrariamente dos puntos A yB sobre las mediatrices, estos dos puntosconformaran el eslabn inmvil o bastidor.

e. Para hallar los eslabones mviles, es decirlas dos manivelas se deben unir lospuntos A y D y los puntos B y C.

f. Finalmente se obtiene el mecanismo dedoble manivela.

Se compruebe el principio de Grashof


15/24

5

CLASE II

Mecanismo doble balancn

El mecanismo doble balancn se obtienea partir de la cadena cinemtica de 4barras cuando la barra ms corta (CD)es el acoplador. Este mecanismo estformado por dos balancines articulados ala barra fija y un acoplador que puededar vueltas completas.

El mecanismo doble balancn tiene la

funcin de convertir el movimientooscilatorio de entrada en otromovimiento oscilatorio de salida.

El mecanismo doble balancn debe cumplir las siguientes condiciones:

L1 + L3 L2 + L4CD barra menor

AB barra mayorAB barra fija o soporte

En el diseo de un mecanismo doble balancn se pueden obtener mltiples solucionespuesto que en el diseo hay dimensiones que se asumen para obtener una solucin a losrequerimientos de diseo.

Para iniciar con el diseo deben estar definidos los ngulos de apertura del balancn deentrada y el balancn de salida y se debe tambin definir el sentido de rotacin(horario o anti horario).


16/24

6

Sntesis del mecanismo doble balancn

Procedimiento

a. Asumir un valor para la longitud delelemento o eslabn fijo o bastidor.

b. En cada uno de los puntos fijos es decir elextremo del eslabn asumido, dibujar losngulos de apertura y de los dosbalancines.

c. Asuma un valor para la manivela de salida,longitud AD, es decir asuma la ubicacin deD2y una el punto B con el punto D2.

d. Con referencia a la lnea BD2, trazar unngulo igual a , pero en sentido contrario,

esta lnea se denominara Z. y con centroen B y radio BD2, trazar un arco hasta quecorte la lnea Z, para hallar el punto Da2.


17/24

7

e. Teniendo como referencia el punto Aubique la posicin del punto D1 y una lospuntos Da2 y D1, y halle la mediatriz dedicho segmento y determine la posicin delpunto C1 en la interseccin de la mediatrizcon el eslabn BC, El punto de corte de lamediatriz con el balancn BC1, determinarasu longitud.

f. Al unir el punto C1 con el punto D1,podemos determinar la longitud delacoplador.

g. Sin las lneas de construccin, elmecanismo se vera de la siguiente maneraen sus dos posiciones denotadas con elsufijo 1 y 2.


18/24

8

Mecanismo manivela deslizador

El mecanismo de manivela ydeslizador tiene la capacidad detransformar un movimientorotacional en movimientoalternativo lineal. En estemecanismo la manivela realiza unmovimiento circular o rotacional ypuede ser constituida por unasimple barra o una volante

pivotada en el punto central uorigen, este elemento es solidariocon la biela la cual se articula conel elemento que describe elmovimiento lineal alternativo.

Este tipo de mecanismo es muy comn a nivel prctico, dado que gran cantidad demquinas se alimentan con movimientos rotacionales y lo transforman en movimientoalternativo. Este sistema tambin puede funcionar a la inversa es decir el mecanismotiene la capacidad de convertir el movimiento lineal alternativo en movimiento rotacional.


19/24

9

Para mencionar ejemplos de ambos casos podemos describir el funcionamiento de una

bomba de pistones y un motor de combustin interna.

En el caso de la bomba de pistones el movimiento entra por la manivela y proporciona elmovimiento de los pistones (deslizador) que tiene la funcin de comprimir el fluido y forzarsu desplazamiento en la zona de descarga.

En un motor de combustin interna el mecanismo transforma la energa generada en lacombustin en desplazamiento lineal del pistn (deslizador) y se trasmite a la manivela yse genera movimiento rotacional en el cigeal.

Los mecanismos manivela deslizador se suele disear con excentricidad cero con un

valor determinado que se definen en el diseo, para los casos donde la manivela rotalibremente sobre el pivote fijo, caso especifico de mquinas alternativas el valor deexcentricidad se acostumbra fijar en cero para garantizar un equilibrio dinmico y evitarque el deslizador trabaje recostado a una zona especifica de la pared que gua surecorrido, lo cual incrementara los desgastes en dicha zona. En estos casos el diseo sebasa en la posicin de los puntos muertos de la manivela que a su vez sern el puntomuerto superior PMS del deslizador y punto muerto inferior PMI.


20/24

2

Teniendo entonces claro que ha barias metodologas de diseo en funcin de lasnecesidades o requerimientos que se requieran plasmar en el diseo de determinada

mquina, abordaremos el diseo de un mecanismo en el cual se requiere que eldeslizador realice una carera limitada S12, que el deslizador tenga una excentricidad delpivote fijo ey que la manivela tenga una ngulo de recorrido definido en 12.

Para el diseo del mecanismo manivela deslizador se deben tener como valores incialesel ngulo de entrada de la manivela, la excentricidad ey el desplazamiento S12.

Sntesis del mecanismo manivela deslizador

Procedimiento

a. El diseo del mecanismo inicia trazandodos lneas paralelas entre si y separadasun distancia e, es decir la excentricidadque se define inicialmente comoparmetro de diseo.


21/24

2

b. Sobre la lnea L2, se selecciona un puntoarbitrariamente y este ser el pivote fijo

A. para este caso se selecciona elextremo de la lnea L2.

c. Por el punto A trazar una lnea N Lindefinida y perpendicular a L2.

d. A partir de la lnea N L trazar una lneaparalela P-Y, a un distancia S12/2.

Nota: Cuando el deslizador se aleja lalnea paralela P-Y se dibuja al lado

izquierdo de N L.

Cuando el deslizador se acerca la lneaparalela P-Y se dibuja al lado derechode N L.

e. Con referencia a la lnea N- L trazar lalnea K-M a un ngulo 12/2, en sentidocontrario al movimiento natural de lamanivela. Para este caso el deslizador

se aleja, es decir la manivela se mueveen sentido horario, por lo que el ngulode dibujara en sentido anti horario.

El punto de corte de las lneas P-Y y K-M ser el polo relativo R12.


22/24

22

f. Parado en R12 trazar en posicinarbitraria dos lneas con una separacinangular de 12/2 y en sentido de giro dela manivela, sentido horario porque eldeslizador se aleja. Estas lneas sedenominaran ZAY ZB. El punto de cortede la lnea ZB, con L1, ser el punto B1.

g. Sobre la lnea R12 ZA, seleccione unpunto arbitrario que ser el punto A1.Dibuje la manivela A A1.

h. Teniendo el eslabn A A1 de referenciay vrtice en A, trazar una lnea con unngulo 12en sentido del movimiento dela manivela. Parado en A y radio A A1dibujar un arco que corte la lneaanterior y hallar A2.


23/24

23

i. Conocida la longitud del eslabn A1-B1,pararse en A2 y dibujar un arco quecorte L1para hallar el punto B2.

j. Dibujar finalmente el mecanismocompleto en sus dos posicionesextremas.


24/24

Enlaces de intersDnde podemos encontrar ms informacin

Sntesis de mecanismos

http://es.wikipedia.org/wiki/Mecanismo_de_cuatro_barras

http://www.emc.uji.es/d/IngMecDoc/Mecanismos/Barras/M4B_index.html

http://www.emc.uji.es/d/IngMecDoc/Mecanismos/Barras/MBO_pagina.html
http://es.wikipedia.org/wiki/Mecanismo_de_cuatro_barrashttp://es.wikipedia.org/wiki/Mecanismo_de_cuatro_barrashttp://www.emc.uji.es/d/IngMecDoc/Mecanismos/Barras/M4B_index.htmlhttp://www.emc.uji.es/d/IngMecDoc/Mecanismos/Barras/M4B_index.htmlhttp://www.emc.uji.es/d/IngMecDoc/Mecanismos/Barras/MBO_pagina.htmlhttp://www.emc.uji.es/d/IngMecDoc/Mecanismos/Barras/MBO_pagina.htmlhttp://www.emc.uji.es/d/IngMecDoc/Mecanismos/Barras/MBO_pagina.htmlhttp://www.emc.uji.es/d/IngMecDoc/Mecanismos/Barras/M4B_index.htmlhttp://es.wikipedia.org/wiki/Mecanismo_de_cuatro_barras

Mat Cur 02 Elementos de Maquinas SintesisDeMecanismos

Documents