Mecanismos

Universidad de oriente Núcleo de Anzoátegui Departamento de Ingeniería Mecánica Mecanismos

abril de 2017

INTRODUCCIÓN Los mecanismos son en esencia, cuerpos articulados que permiten transmitir o transformar los movimientos presentes en una máquina, para tal efecto, en el diseño de las máquinas se deben tener en cuenta aspectos importantes como el tipo de mecanismo, la cantidad necesaria de elementos que conforman el mecanismo y las dimensiones adecuadas para satisfacer las necesidades específicas en la máquina. El análisis de los mecanismos incluye análisis cinemáticos para estudiar el movimiento de los mecanismos y los métodos para crearlos. En el diseño de un mecanismo se identifican 3 tareas puntuales que se denominan áreas de la síntesis. 1. Síntesis de tipo. 2. Síntesis analítica o cuantitativa (de número). 3. Síntesis dimensional. La síntesis de tipo se refiere a la clase de mecanismos seleccionado y constituye el primer paso del diseño. La síntesis cuantitativa se ocupa del número de eslabones y articulaciones, pares o juntas que se requieren para obtener una movilidad determinada, esta etapa constituye el segundo paso de diseño. La síntesis dimensional se constituye en el tercer paso de diseño y consiste en determinar las dimensiones de los eslabones.

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INDICE INTRODUCCIÓN --------------------------------------------------------------------------2 INDICE --------------------------------------------------------------------------------------3 OBJETIVOS---------------------------------------------------------------------------------4 MARCO TEORICO ------------------------------------------------------------------------5      

MECANISMOS --------------------------------------------------------------------5 TIPOS DE MECANISMOS ------------------------------------------------------5 MAQUINAS -----------------------------------------------------------------------7 CLASIFICACION -----------------------------------------------------------------8 ESLABONES, PARES Y CADENAS CINEMATICAS --------------------8 TIPOS DE PARES CINEMATICOS ------------------------------------------10

BIBLIOGRAFIA --------------------------------------------------------------------------12

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OBJETIVOS Objetivos General: 

Comprender el desarrollo de tópicos especiales, tales como: Mecánica de Máquinas

Objetivos Específicos:   

Definir el concepto de marco de referencia e identificar los distintos marcos de referencia involucrados en un problema de mecanismos. Resolver problemas de movimiento en mecanismos cinemáticos de un grado de libertad. Aplicar las expresiones cinemáticas de movimiento relativo para resolver problemas movimiento en mecanismos de uno o varios grados de libertad.

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¿Qué son los Mecanismos? Son elementos destinados a transmitir y/o transformar fuerzas y/o movimientos desde un elemento motriz (motor) a un elemento conducido (receptor), con la misión de permitir al ser humano realizar determinados trabajos con mayor comodidad y menor esfuerzo. Existen 3 grupos principales de mecanismos: 1. Mecanismos de transmisión: se utilizan para modificar la fuerza de entrada por otra diferente de salida. Transmiten fuerzas de un sitio a otro. Tipos: -Las poleas: Se utilizan para subir o bajar cargas pesadas con menos esfuerzo. -Polea Simple o Fija: es una rueda que tiene una ranura o acanaladura en su periferia, que gira alrededor de un eje que pasa por su centro. -Polea móvil o compuesta: Es un conjunto de dos poleas, una de las cuales es fija, mientras que la otra es móvil. La polea móvil dispone de un sistema armadura-gancho que le permite arrastrar la carga consigo al tirar de la cuerda. -Polipasto: Este mecanismo está formado por grupos de poleas fijas y móviles. Cuando tenemos más de una polea móvil le llamamos polipasto. Por cada polea móvil siempre hay una fija; Número de poleas móviles = Numero de poleas fijas. -Manivela Torno: Se trata de una barra acodada unida a un eje en el que se encuentra el torno que es un tambor alrededor del cual se enrolla una cuerda o cable para levantar un peso. -Palanca o Balancín: es una barra rígida que oscila sobre un punto de apoyo debido a la acción de dos fuerzas contrapuestas, la fuerza o potencia y la resistencia. 2-Mecanismos de transformación: son aquellos en los que el elemento motriz y el conducido tienen distinto tipo de movimiento. Transforman la velocidad de entrada en otra diferente de salida o transforman el movimiento de entrada en otro diferente de salida. Por ejemplo un tornillo-tuerca, el tornillo gira y la tuerca se desplaza lineal o el sistema de poleas donde la velocidad de entrada se transforma en otra diferente de salida. De Cambio de Velocidad Estos mecanismos se usan para convertir una velocidad de entrada en otra diferente de salida.

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-Poleas de Transmisión o Sistema de Poleas: son dos o más poleas unidas que se transmite de unas a otras el movimiento circular por medio de una correa de transmisión. Si son más de 2 poleas se llaman Tren de Poleas. -Sistema de Poleas de Conos Invertidos o Caja de Velocidades: están formadas por varias poleas de diferente diámetro montadas sobre el mismo eje, al que permanecen unidas mediante un sistema de fijación fijo. Estas poleas se unen a otro eje mediante la correa de transmisión pero el eje de salida tendrá las mismas poleas pero invertidas. -Engranajes: son mecanismos formados por varias ruedas dentadas unidas. No necesitan correa de transmisión. Cuando un engranaje reduce su velocidad, todo lo que pierde en velocidad, lo gana en par motor (fuerza). -Sistema de Engranajes con Cadena: son dos ruedas o más ruedas dentadas unidas por una cadena de eslabones. Estos mecanismos se calculan exactamente igual que los engranajes anteriores.

-Tornillo sin fin-rueda dentada: Es un tornillo sin fin unido a una rueda dentada. Es un mecanismo gran reductor de velocidad ya que por cada vuelta que da el tornillo la rueda gira un solo diente. NO es reversible, el motor siempre tiene que ir en el tornillo sin fin. Si lo ponemos en la rueda dentada el mecanismo se trabaría y no gira.

MECANISMOS QUE TRANSFORMAN EL MOVIMIENTO

-Tornillo-Tuerca: Se emplea en la conversión de un movimiento giratorio en lineal. Al girar el tornillo la tuerca se desplaza en movimiento rectilíneo. Es un mecanismo muy reductor, si la velocidad del tornillo es muy grande el desplazamiento de la tuerca es lento y lineal. -Mecanismo de Piñón-Cremallera: es una rueda dentada enganchada a una cremallera. El movimiento giratorio de la rueda se transforma en lineal en la cremallera o viceversa. -Biela-Manivela: mecanismo de transmisión y transformación de movimiento giratorio en lineal o viceversa. -Cigüeñal: es un eje acodado que al girar describe una circunferencia. Normalmente no se usa solo, se suele acoplar una barra llamada biela.

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-Biela-Cigüeñal: el movimiento giratorio del cigüeñal se transforma en rectilíneo de vaivén en la biela o viceversa. -Leva: es un elemento mecánico que está sujeto a un eje por un punto que no es su centro geométrico y en la mayoría de los casos es de forma ovoide. Al girar empuja una pieza llamada seguidor hacia arriba o abajo. -Excéntrica: es igual que la leva pero su forma es circular. Su centro de giro no está en el centro del círculo de la excéntrica. -Trinquete: básicamente está formado por una rueda dentada y una uñeta que puede estar accionada por su propio peso o por un mecanismo de resorte. La uñeta hace de freno, impidiendo el giro de la rueda dentada en el sentido no permitido. Permite el giro de un eje en un solo sentido. 3-Otros Mecanismos: Aquí se agrupan todos los demás. Tenemos mecanismos para regular el movimiento, por ejemplo los frenos, para acoplar o desacoplar ejes, por ejemplo los embragues y mecanismos que acumulan energía, por ejemplo los muelles

MECANISMOS PARA ACOPLAMIENTO DE EJES -Embragues de fricción: se unen dos superficies para acoplar los dos ejes. Embrague de dientes: el acoplamiento tiene lugar cuando encajan los dientes de uno y otro eje. -Juntas Oldham y Cardan: las Oldham para unir ejes no alineados y las cardan para unir ejes en ángulo. MECANISMOS PARA ACUMULAR ENERGÍA -Los Muelles: los muelles absorben energía cuando se les somete a presión Esta energía pueden liberarla más tarde. -Amortiguadores: los amortiguadores están formados por muelles helicoidales de acero. La función más importante de los amortiguadores es mantener las ruedas siempre en contacto con la carretera. Maquinas Una máquina es un conjunto de elementos móviles y fijos cuyo funcionamiento posibilita aprovechar, dirigir, regular o transformar energía, o realizar un trabajo con un fin determinado.

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Se denomina maquinaria al conjunto de máquinas que se aplican para un mismo fin y al mecanismo que da movimiento a un dispositivo. Los elementos que componen una máquina son: -Motor:

es el mecanismo energía en trabajo requerido.

que

transforma

una fuente

de

-Mecanismo: es el conjunto de elementos mecánicos, destinado a transformar la

energía proporcionada por el motor en el efecto útil buscado. -Bastidor: es la estructura rígida que soporta el motor y el mecanismo,

garantizando el enlace entre todos los elementos. -Componentes de seguridad: son aquellos que, sin contribuir al trabajo de la máquina, están destinados a proteger a las personas que trabajan con ella, Actualmente, en el ámbito industrial es de suma importancia la protección de los trabajadores, atendiendo al imperativo legal y económico y a la condición social de una empresa que constituye el campo de la seguridad laboral, que está comprendida dentro del concepto más amplio de prevención de riesgos laborales.

Clasificación: Motor o fuente de energía

Mecanismo o movimiento principal

Tipo de bastidor

 Máquinas manuales o de sangre

 Máquinas rotativas.

 Bastidor fijo.

 Máquinas eléctricas.  Máquinas hidráulicas.  Máquinas térmicas.

 Máquinas alternativas.

 Bastidor móvil.

 Máquinas de reacción.

Dichas clasificaciones no son excluyentes, sino complementarias, de modo que para definir un cierto tipo de máquina será necesario hacer referencia a los tres aspectos. Otra posible clasificación de las máquinas es su utilidad o empleo, así pueden considerarse las taladradoras, elevadores, compresores, embaladoras, exprimidores, etc. La lista es interminable, pues el ser humano siempre ha perseguido el diseño y la construcción de ingenios para conseguir con ellos trabajos que no puede

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realizar empleando su propia fuerza y habilidad o para realizar esos trabajos con mayor comodidad. Estas no son todas las clasificaciones, sino que hay otras, que pueden ser: máquina, máquina simple y máquina como herramienta. También se pueden clasificar por el tipo de flujo que procesan: máquinas que procesan energía, máquinas que procesan materiales, máquinas que procesan información. Eslabones, pares y cadenas cinemáticas. -Eslabón: Un eslabón es un cuerpo rígido que posee al menos dos nodos, siendo estos los puntos de unión con otros eslabones. -Par cinemático: Llamamos par cinemático, a la conexión entre dos o más eslabones la cual permite algún movimiento o movimiento potencial entre los eslabones conectados, también se le denomina junta, y se representan con letras. Los pares pueden clasificarse de varios modos: -Por el número de grados de libertad (GDL) -Por el tipo de contacto entre los elementos. -Por el tipo de cierre del par cinemático. -Por el número de eslabones conectados u orden del par Cinemático. 1. Clasificación por el número de GDL. La movilidad de un mecanismo, viene definida por el número de grados de libertad que posee, es decir el número de parámetros independientes requeridos para especificar la posición de cada uno de los eslabones del mecanismo. Así un par: -Rotacional tiene 1 GDL -Prismático o deslizante tiene 1 GDL -De forma: su forma permite la unión o el cierre: -De fuerza: requiere de una fuerza externa para mantenerse en contacto o cierre. 2. Clasificación por el orden del par cinemático

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-El orden del par cinemático, se define: como el número de eslabones conectados menos uno. -Cadena cinemática: Es un ensamble de eslabones y juntas interconectados de modo que proporcionen un movimiento de salida controlado en respuesta a un movimiento de entrada proporcionado. -Mecanismo: Es una cadena cinemática en la cual por lo menos un eslabón ha sido fijado o sujetado al marco de referencia (el cual puede estar en movimiento). -Maquina: Es una combinación de eslabones o cuerpos resistentes dispuestos para hacer que las fuerzas mecánicas de Par cinemático Algunos tipos de uniones entre piezas. En ingeniería mecánica se denomina par cinemático a una unión entre dos miembros de un mecanismo. Un ejemplo son dos barras unidas por un perno que permite que las piezas giren alrededor de él. Los pares cinemáticos se clasifican en distintos tipos según el movimiento que permiten, y son un elemento primordial en la construcción de un mecanismo, dado que define el tipo de movimiento que habrá entre las piezas unidas. Tipos de pares cinemáticos En dos dimensiones -Para mecanismos planos, es decir, que ejecutan un movimiento en el plano, algunos ejemplos de pares cinemáticos son: -La articulación, que elimina el desplazamiento de traslación relativo de dos sólidos obligando permanentemente a que dos puntos geométricos de los dos sólidos ocupen continuamente la misma posición. Sin embargo, la articulación no impide la reorientación o giro relativo de un sólido respecto al otro. -La guía corredera, que elimina un grado de libertad de traslación y la posibilidad de reorientación de un sólido respecto a otro. En tres dimensiones Más en general se tiene:

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La articulación cilíndrica, que elimina todos los grados de libertad excepto la posibilidad de rotación de un sólido respecto al otro alrededor de un cierto eje de giro, elimina cinco grados de libertad. -La rótula esférica, que permite cualquier giro o cambio de orientación de un sólido respecto a otro, pero impide su traslación relativa, por lo que siempre un punto geométrico de ambos sólidos es común, elimina tres grados de libertad. -Guía deslizante cilíndrica, permite la traslación relativa y el giro alrededor de un eje, elimina por tanto cuatro grados de libertad. -Guía deslizante no cilíndrica, permite la traslación relativa según un eje pero no el giro alrededor del mismo, elimina por tanto cinco grados de libertad. -La soldadura elimina todos los grados de libertad de un sólido respecto a otro, por lo que dos sólidos soldados cinemáticamente pueden considerarse un único sólido, es decir, elimina seis grados de libertad.

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BIBLIOGRAFÍA

-Shegley Joseph & uicker John (2001): Teoría de máquinas y mecanismos, editorial: Mc Graw Hill -http://es.wikipedia.org/wiki/Mecanismo_de_cuatro_barras -http://www.emc.uji.es/d/IngMecDoc/Mecanismos/Barras/M4B_index.htm

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