Mecanismo De Barras

2013 Universidad Tecnológica de León Jose Luis Hernandez Leonardo Garcia Carlos Alberto Campos Omar Victor Martinez Jorge Antonio Silva

[MECANISMOS DE BARRAS]

Introducción: El presente trabajo tiene como objetivo mostrar los diferentes tipos de mecanismos de barras que hay, ya sean de 4, 5 o 6 barras, también contiene las características de cada uno de ellos además de un esquema que los representa para hacer mejor entendido el trabajo. Explicará los tipos de mecanismos de barras y sus diferentes movimientos generados al ser accionados por una fuerza. Contiene un breve repaso de las tipos de pares y sus características para hacer mejor entendimiento de estos mecanismos. El conocimiento sobre esto es muy importante ya que de ellos dependen muchas maquinas que están en la industria, con estos su funcionamiento es correcto además de que también mejora en sus procesos a generar.

1.-Mecanismos Algunas definiciones: Mecanismo. Conjunto de elementos mecánicos que hacen una función determinada en una máquina. El conjunto de las funciones de los mecanismos de una máquina ha de ser el necesario para que ésta realice la tarea encomendada. Así, por ejemplo, en una máquina lavadora hay, entre otros, los mecanismos encargados de abrir las válvulas de admisión del agua y el mecanismo que hace girar el tambor. Cada uno de ellos tiene una función concreta y el conjunto de las funciones de todos los mecanismos de la lavadora permite que la máquina realice la tarea de lavar ropa. Elemento. Toda entidad constitutiva de una máquina o mecanismo que se considera una unidad. Son ejemplos de elementos un pistón, una biela, un rodamiento, una rótula, un muelle, el aceite de un circuito hidráulico, etc. Miembro. Elemento material de una máquina o mecanismo que puede ser sólido rígido, sólido flexible o fluido. En la contabilización de los miembros de un mecanismo no se debe olvidar, si existe, el miembro fijo a la referencia de estudio, que recibe diferentes nombres según el contexto: base, soporte, bancada, bastidor, etc. Bancada.- es cualquier eslabón o eslabones que están fijos (inmóviles) respecto a un marco de referencia. Manivela.- es un eslabón que realiza una revolución completa y esta pivotada a la bancada. Balancín.- es un eslabón que tiene rotación oscilatoria de (vaivén) y esta pivotada a la bancada. Acoplador.- (o biela).- es un eslabón que tiene movimiento complejo (rotación y traslación) y no está pivotado a la bancada. Cadena cinemática. Conjunto o subconjunto de miembros de un mecanismo enlazados entre sí. Por ejemplo, la cadena de transmisión de un vehículo, el mecanismo pistón-biela-manivela, etc. Los miembros de una cadena cinemática se denominan eslabones. – Cadena cerrada o anillo. Cadena cinemática tal que cada uno sus miembros está enlazado nada más con dos miembros de la misma cadena. – Cadena abierta. Cadena cinemática que no tiene ningún anillo.

Inversión de una cadena cinemática. Transformación de un mecanismo en otro por medio de la elección de diferentes miembros de la cadena como elemento fijo a la referencia. En todos los mecanismos obtenidos por inversión de una misma cadena cinemática los movimientos relativos son evidentemente los mismos, hecho que facilita el estudio.

Par cinemático. Enlace entre dos miembros de un mecanismo causado por el contacto directo entre ellos y que puede ser puntual, según una recta o según una superficie. Junta. Ligadura entre dos miembros de un mecanismo que se realiza mediante elementos intermedios, como puede ser una junta elástica, una junta universal, etc. 2.-Clasificación de pares cinemáticos

Los pares cinemáticos se clasifican por el tipo de contacto entre miembros: puntual, lineal o superficial. Tradicionalmente los pares cinemáticos con contacto superficial se denominan pares inferiores y los otros pares superiores. Par cilíndrico (C). Las superficies en contacto son cilíndricas de revolución, de manera que permitan dos movimientos independientes entre los miembros, uno de translación a lo largo de un eje común a ambos miembros y uno de rotación alrededor del mismo eje. Por lo tanto, permite dos grados de libertad de un miembro respecto del otro. Si predomina el movimiento de rotación, el elemento interior del par se denomina pivote y el exterior cojinete. En caso de que el movimiento predominante sea la translación, el elemento más largo se denomina guía y el más corto corredera.

Par de revolución o articulación (R). Las superficies de contacto son de revolución excluyendo las totalmente cilíndricas, de manera que permiten únicamente la rotación de un miembro respecto al otro alrededor de un eje común. Por tanto, deja un grado de libertad relativo entre los miembros. Usualmente el elemento interior del par se denomina pivote, muñón o espiga y el exterior cojinete. Par prismático (P). Las superficies en contacto son prismáticas, de manera que permiten sólo una translación relativa entre los miembros a lo largo de un eje común. Por tanto, permite un grado de libertad relativo entre los miembros. Usualmente el miembro más largo del par se denomina guía y el más corto corredera.

Par helicoidal (H). Las superficies de contacto son helicoidales, de manera que permiten entre los dos miembros un movimiento de translación y uno de rotación relacionados linealmente. Deja sólo un grado de libertad relativo entre los miembros. La relación lineal se puede establecer como x = p / 2 π, donde p es el paso de rosca, x es el desplazamiento y el ángulo girado. El miembro que tiene la superficie de contacto exterior –rosca exterior– se denomina tornillo o barra roscada y el que tiene la superficie de contacto interior –rosca interior– tuerca.

Par esférico (S). Las superficies de contacto son esféricas, de manera que permiten una rotación arbitraria de un miembro respecto del otro manteniendo un punto común, el centro de las superficies en contacto. Se denomina también rótula esférica. Deja tres grados de libertad relativos entre los miembros. Par plano (PL). Las superficies de contacto son planas, de manera que permiten dos translaciones y una rotación alrededor de una dirección perpendicular al plano de contacto de un miembro respecto al otro, las tres independientes entre ellas. Por lo tanto, deja tres grados de libertad relativos entre los miembros.

3.-Esquematización. Modelización A la hora de hacer el estudio de un mecanismo, conviene primero hacer una representación que incluya las características suficientes para realizar el estudio que se quiere hacer y obviar el resto. Esta representación se denomina esquema o representación esquemática. Para hacer el esquema de símbolos de un mecanismo se puede proceder de la manera siguiente: – Identificar los miembros y pares cinemáticos sobre el mecanismo real, la maqueta, la fotografía o el dibujo de que se disponga. – Situar los símbolos de los pares en un dibujo, de manera que su disposición espacial se aproxime a la real, y unir mediante segmentos –barras– o superficies poligonales los que pertenecen a un mismo miembro. Algunas veces, si la complicación del mecanismo lo requiere, se pueden esquematizar primero cada uno de los miembros por separado –con los pares cinemáticos que contienen– y juntarlos posteriormente en otro dibujo. En todo caso, hace falta obtener un dibujo comprensible y puede ser necesario a veces partir el esquema y utilizar la misma identificación para los miembros y enlaces compartidos.

4.- Mecanismo de Barras Los mecanismos más simples son los que se pueden esquematizar mediante barras con pares inferiores. Estos mecanismos se utilizan tanto para generar trayectorias de puntos concretos de las bielas o acopladores –que reciben el nombre de curvas de acoplador– como para guiar y relacionar el movimiento de diversos miembros. Dos mecanismos de barras se denominan cognados si pueden generar una misma curva de acoplador. Su estudio tiene interés en la síntesis de mecanismos, ya que permite dar más de una solución a un requisito establecido. El mecanismo formado por cuatro barras y cuatro articulaciones se denomina cuadrilátero articulado y, con una barra fija a la referencia, se presenta como uno de los más empleados a la hora de resolver muchos problemas de generación de movimientos en mecanismos de un grado de libertad.

Si el mecanismo ha de ser impulsado por un motor rotativo –que es lo frecuente–, hay que garantizar que la barra accionada pueda dar vueltas enteras. Para los mecanismos de cuatro barras, la ley de Grashof permite averiguar de manera sencilla si se cumple esta condición. La ley de Grashof afirma que la barra más corta de un mecanismo de cuatro barras da vueltas enteras respecto a todas las otras si se cumple que la suma de la longitud de la barra más larga l y la de la más corta s es más pequeña o igual que la suma de las longitudes de las otras dos p y q: s+l ≤ p+q.

En el enunciado de la ley no interviene el orden en que se conectan las barras ni cuál es la barra fija. Si un cuadrilátero articulado cumple la ley de Grashof – cuadrilátero de Grashof–, la cumple para sus cuatro inversiones, de manera que: – Si uno de los dos miembros contiguos al más corto se fija a tierra, se obtiene un mecanismo manivela-balancín. De los dos miembros articulados a tierra, el más corto será la manivela, y el otro el balancín. – Si el miembro que se fija es el más corto, se obtiene un mecanismo de doble manivela. Tanto los dos miembros articulados a tierra como la biela darán vueltas enteras. – Fijando el miembro opuesto al más corto se obtiene un mecanismo de doble balancín. Los dos miembros articulados a tierra oscilan y la biela –el miembro más

corto– da vueltas enteras. Aparte del cuadrilátero articulado, el otro mecanismo empleado con más frecuencia es el triángulo articulado con un lado de longitud variable. Es un ejemplo el mecanismo pistón-biela-manivela. Este mecanismo donde el eje ss’ contiene la articulación fija O se utiliza, por ejemplo, en motores y compresores alternativos para convertir el movimiento rotativo de la manivela en movimiento de translación alternativo del pistón, o viceversa. Para que la manivela pueda dar vueltas enteras, debe cumplir la condición evidente l ≥ r . Según el número de pares que se coloquen a cada uno de los eslabones estos se

clasifican en:

5.-Mecanismo de 4 barras Un mecanismo de cuatro barras es un mecanismo formado por tres barras móviles y una cuarta barra fija (por ejemplo, el suelo), unidas mediante nudos articulados. Las barras móviles están unidas a la fija mediante pivotes. Usualmente las barras se numeran de la siguiente manera: Barra 2. Barra que proporciona movimiento al mecanismo. Barra 3. Barra superior.

Barra 4. Barra que recibe el movimiento. Barra 1. Barra imaginaria que vincula la unión de revoluta de la barra 2 con la unión de revoluta de la barra 4 con el suelo.

6.-Tipos de Mecanismos de 4 Barras Mecanismo Manivela-Balancín A partir de la cadena cinemática de 4 barras se obtiene este mecanismo cuando la barra más corta (s) es una manivela. En este mecanismo, dicha barra más corta realiza giros completos mientras que la otra barra articulada a tierra posee un movimiento de rotación alternativo (balancín).

Mecanismo de Doble Manivela A partir de la cadena cinemática de 4 barras se obtiene este mecanismo cuando la barra más corta (s) es la barra fija. En este caso, las dos barras articuladas a la barra fija pueden realizar giros completos (manivelas).

Biela-Manivela-Corredera Permiten convertir el movimiento giratorio continuo de un eje en uno lineal alternativo en el pie de la biela. También permite el proceso contrario: transformar un movimiento lineal alternativo del pie de biela en uno en giratorio continuo en el eje al que está conectada la excéntrica o la manivela (aunque para esto tienen que introducirse ligeras modificaciones que permitan aumentar la inercia de giro). Este mecanismo es el punto de partida de los sistemas que aprovechan el movimiento giratorio de un eje o de un árbol para obtener movimientos lineales alternativos o angulares; pero también es imprescindible para lo contrario: producir giros a partir de movimientos lineales alternativos u oscilantes. En la realidad no se usan mecanismos que empleen solamente la manivela (o la excéntrica) y la biela, pues la utilidad práctica exige añadirle algún operador más como la palanca o el embolo, siendo estas añadiduras las que permiten funcionar correctamente a máquinas tan cotidianas como: motor de automóvil, limpiaparabrisas, rueda de afilar, máquina de coser, compresor de pistón, sierras automáticas.

Mecanismo de Doble Balancín

Se obtiene este mecanismo cuando la barra más corta es el acoplador. Este mecanismo está formado por dos balancines articulados a la barra fija y un acoplador que puede dar vueltas completas.

Mecanismo de línea recta de Watt Es un mecanismo de línea recta aproximada es decir su precisión no es la mejor pero se puede utilizar con buenos resultados, El mecanismo cuenta con dos balancines articulados a la barra fija de igual longitud, el punto trazador está en el centro del acoplador.

Mecanismo de línea recta de Roberts Consiste en dos balancines de igual longitud L, articulados a la barra fija y un acoplador con un punto trazador que se encuentra a una distancia prudente de las articulaciones formando el acoplador un triángulo isósceles. Este mecanismo consigue un tramo rectilíneo aproximado entre las articulaciones a la barra

fija. Mecanismo de línea recta de Chebyshev Traza una trayectoria con un tramo aproximadamente rectilíneo.

Mecanismo de línea recta de Peaucellier. Utiliza la simetría de dos mecanismos de 4 barras para conseguir un trazo exactamente rectilíneo. En este mecanismo coexisten dos mecanismos de 4 barras, Ambos poseen las mismas longitudes de barras y solamente se diferencian en que están montados en distinta configuración, estos son los mecanismos más precisos en lo que se refiere a la realización de líneas rectas.

7.-Mecanismos de 6 Barras Hay ocasiones en donde los mecanismos de cuatro barras no son capaces de realizar un determinado tipo defunción, se suele considerar como opción los mecanismos de 6 barras. Estos mecanismos, al poseer más barras interconectadas, porque el mecanismo de 4 barras no es aplicable. Así, los mecanismos de 6 barras clásicos deben considerarse como una extensión del mecanismo de 4 barras, Existen dos tipos clásicos de mecanismos de 6 barras: los mecanismos de Watt y los mecanismos de Stephenson. Mecanismos de 6 Barras de Watt

Watt propuso dos mecanismos de 6 barras, conocidos como tipos I y II. Estos mecanismos se caracterizan porque los dos eslabones con 3 articulaciones están conectados uno al otro es decir, poseen una articulación en común.

Mecanismos de 6 Barras de Stephenson Las cadenas cinemáticas de Stephenson se caracterizan por que los dos eslabones con 3 articulaciones no están conectados directamente uno al otro es decir, no poseen una articulación en común.

8.- Otros Mecanismos de Barras Mecanismo con movimiento intermitente (dwell) El mecanismo de 4 barras se puede utilizar para guiar una deslizadera con movimiento pausado. Estos mecanismos son muy requeridos industrialmente ya que son de los pocos que transforman un movimiento continuo en un movimiento intermitente empleando sólo pares inferiores. Para conseguir un mecanismo de este tipo se selecciona un punto trazador del acoplador de manera que éste trace

una trayectoria con un tramo circular. En ese punto se añade una nueva barra articulada cuya longitud es igual al radio del tramo circular. En el otro extremo de dicha barra se articula una deslizadera, que deslizará sobre la barra fija, pasando el eje de deslizamiento por el centro del tramo circular.

Mecanismo de retorno rápido de Witworth En muchas operaciones industriales se requiere deslizar una herramienta para realizar un trabajo. Para automatizar estas operaciones se suele emplear un mecanismo que cuenta con una deslizadera en la que se fija la herramienta que realiza el trabajo. Así, se busca un mecanismo cuyo eslabón final es una deslizadera de manera que ésta pose aun movimiento de avance relativamente lento cuando la herramienta trabaja y un movimiento de retroceso relativamente rápido cuando la herramienta no trabaja. Este es una variante de la primera inversión de la biela-corredera-manivela en la que la manivela se mantiene fija. La figura muestra el mecanismo y tanto el eslabón 2 como el 4 giran revoluciones completas.

Mecanismo de cepillo de manivela. Este mecanismo es una variante de la segunda, inversión de la biela-manivelacorredera en la cual la biela se mantiene fija. La figura A muestra el arreglo en el que es eslabón 2 gira completamente y el eslabón 4 oscila. Si se reduce la distancia 0₂0₄ hasta ser menor que la manivela, entonces el mecanismo se convierte, en un Whitworth.

Mecanismo de eslabón de arrastre. Este mecanismo se obtiene a partir del mecanismo de cuatro barras articuladas y se muestra en la figura B Para una velocidad angular constante del eslabón 2, el 4 gira a una velocidad no uniforme. El ariete 6 se mueve con velocidad casi constante durante la mayor parte de la carrera ascendente para producir una carrera ascendente lenta y una carrera descendente rápida cuando es eslabón motriz gira en el sentido de la manecillas del reloj.

A

B

Pantógrafo El pantógrafo es un mecanismo inventado por Christoph Scheiner en 1630 con el fin de reproducir figuras a escala. Como se observa en la figura siguiente, es un mecanismo de 5 barras y cadena abierta con 2 grados de libertad; este instrumento dispone de unas varillas conectadas de tal manera que se pueden mover respecto de un punto fijo (pivote). Pantógrafo de dibujo es un aparato de dibujo cuyo principio es usar una imagen guía para efectos de ampliarla, generalmente usada en arquitectura, consta de un pivote y un cruce de palos de madera o metal. Es la base de la pantografía.

El pantógrafo, como instrumento de dibujo, permite copiar una figura o reproducirla a una escala distinta. Para conseguir dibujos a diferente escala se varía la distancia entre los puntos de articulación (rótulas), conservando siempre la condición de paralelismo entre las varillas, dos a dos. El aparato se basa en los principios del pantógrafo y consiste en un paralelogramo articulado que sirve para dibujar una figura homotética a una usada de referencia. Este tiene como fin la ampliación de un dibujo o geometría. Para dibujar, se fija el pivote, y se desplaza el punto de referencia sobre el dibujo original; un lapicero situado en el punto de copiado reproduce la imagen a una escala mayor, que viene determinada por la relación de distancias.

Conclusiones: Jorge Silva : El uso de los mecanismos de barras es muy amplio en la industria, pues su utilización ayuda mucho en los procesos mecánicos, ya que pueden transmitir fuerza y movimiento además de que puede cambiarlos, el conocimiento de estos mecanismos debe ser amplio pues serán muy utilizados, cada mecanismo aquí presentado es dedicado a un trabajo que en la industria si existe, es necesario conocer pues cada máquina puede contener al menos un mecanismo de barras.

Bibliografia: SHIGLEY, JOSEPH E. Teoría de máquinas y mecanismos. México. McGraw-Hill, 1988. NORTON, ROBERT L. Diseño de maquinaria. México. McGraw-Hill, 1995. NIETO, J. Síntesis de mecanismos. Madrid. Editorial AC, 1978. http://sergioelguapo.org.mx/Mecanismos/conceptos_basicos.html http://sanchezmecanica.mex.tl/844518_UNIDAD-1.html https://www.google.com.mx/imghp?hl=es&tab=wi http://laverdaderamitologia.blogspot.mx/2010/06/mecanismo-de-retornorapido.html http://fundamentosdemaquinaswmn.blogspot.mx/2010/08/normal-0-21-false-falsefalse-es-x-none.html