UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL

“FRANCISCO DE MIRANDA”

PROGRAMA INGENERIA MECANICA

AREA DE TECNOLOGIA

DPTO. DE MEC. Y TECN. DE LA PRODUCCION

COMPLEJO ACADEMICO “PUNTO FIJO”

TEMA N°1

ASPECTOS GENERALES

Aspectos generales sobre mecanismos. Aplicación de los mecanismos en las maquinas. Definición de mecanismo y maquina. Movimiento y tipo de movimiento en los mecanismos. Definición de ciclo periodo y fase. Pares, eslabones y cadena. Transmisión de movimiento.

TEMA N°1

ASPECTOS GENERALES

DISEÑO DE MÁQUINAS:

El Diseño de Maquinas tiene que ver principalmente con "Cinemática y Dinámica de Maquinas" y está dedicado al estudio del movimiento, sus causas y efectos, y añade una importante restricción en el objeto de su estudio al incluir el termino “ de Maquinas". Esta restricción influye de forma decisiva en el punto de vista con el que el Diseño de Maquinas se construye y desarrolla; se trata de Mecánica Aplicada a un conjunto muy concreto de problemas: los propios de las máquinas. Su importancia es evidente, resulta difícil encontrar un campo de la actividad humana en el que las máquinas no se hallen de alguna manera presentes; y constituye una materia de especial interés para el Ingeniero Mecánico e Industrial, por ser la industria el ámbito natural de las máquinas.

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ASPECTOS GENERALES

CINEMÁTICA:

La Cinemática estudia el movimiento con independencia de las causas que lo producen, es decir, de las fuerzas. Estudia los "posibles" movimientos. Se interesa por problemas de trayectorias, posiciones, desplazamientos, velocidades, aceleraciones, etc. Los problemas cinemáticos pueden abordarse desde un punto de vista gráfico en estrecha relación con la Geometría, o bien desde una perspectiva analítica, más en relación con el Cálculo y el Álgebra.

DINÁMICA:

La Dinámica, por su parte, estudia el movimiento junto con las fuerzas motoras que lo producen y las reacciones que se originan. Aborda problemas de potencia motriz, rendimiento, reacciones en apoyos, tensiones y deformaciones elásticas, vibraciones, fallos por choque o fatiga, problemas tribológicos, etc. La dificultad que presenta la resolución de un problema dinámico suele ser, en general, muy superior a la de uno cinemático, debido principalmente al distinto papel que juega la variable tiempo y a los efectos no lineales que aparecen.

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ASPECTOS GENERALES

APLICACIÓN DE LOS MECANISMOS EN LAS MAQUINAS:

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ASPECTOS GENERALES

MECANISMO:

Es un dispositivo para trasformar un movimiento en otro. También se define el Mecanismo como la combinación de cuerpos resistentes conectados por medio de articulaciones móviles para formar una cadena cinemática cerrada con un eslabón fijo, y cuyo propósito es transformar el movimiento. MAQUINA: Es un mecanismo o una combinación de mecanismos que trasmiten fuerza, desde la fuente de potencia hasta la resistencia a vencer para realizar un trabajo determinado. Una Maquina difiere de un Mecanismo en su propósito. En una Máquina, los términos fuerza, momento de torsión (o par motor), trabajo y potencia describen los efectos predominantes. Sin embargo, en un Mecanismo, aunque puede transmitir la potencia de una fuerza, el concepto predominante que tiene presente el diseñador es lograr el movimiento deseado. Además, puesto que en la cinemática de las maquinas no interesa la resistencia y la rigidez, supondremos que las partes de un mecanismo son completamente rígidas y sin peso. A la luz de la anterior discusión, podemos definir un mecanismo como un conjunto de cuerpos conectados de tal manera que cada uno se mueve respecto a los demás y transmiten movimiento.

TEMA N°1 ASPECTOS GENERALES

MOVIMIENTO: Movimiento es un cambio de posición que un cuerpo sufre en un período de tiempo, no hay necesidad de extenderse sobre este concepto, puesto que es muy conocido, lo que si es importante es notar es que para que haya cambio de posición (desplazamiento) debe haber un marco (o punto) que se tome como referencia, en general se asume que la referencia es la tierra o la parte dentro del mecanismo o la máquina que se considera fijo. TIPOS DE MOVIMIENTOS: ROTACIÓN PURA: Cuando los elementos giran en torno a un eje que está ubicado dentro del mismo cuerpo, Ejemplo: la rotación terrestre, las aspas de un helicóptero, etc. El cuerpo posee un punto (centro de rotación) que no tiene movimiento respecto al marco de referencia estacionario, los demás puntos describen arcos respecto a ese centro.

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ASPECTOS GENERALES

TRASLACIÓN PURA:

Cuando los elementos no giran sino que se desplazan, y cada partícula que lo forma describe una trayectoria paralela a las otras partículas. Dentro de la traslación tenemos que si esas trayectorias son rectas, se le llama Traslación rectilínea (Ejemplo: una corredera, un tren moviéndose por sus rieles), y si las trayectorias son curvas, se le llama Traslación curvilínea (Ejemplo: un Acoplador de las ruedas del tren). MOVIMIENTO COMPLEJO:

Cuando es una mezcla simultánea de traslación y rotación, dentro de estos los más comunes son el Movimiento Esférico donde todas las partículas giran alrededor de un punto fijo (ajeno al cuerpo) y se mueven como si estuvieran sobre la superficie de una esfera (Ejemplo: Una rolinera, un muñón) y el Movimiento Helicoidal donde el cuerpo gira al mismo tiempo que se traslada en dirección perpendicular al giro (Ejemplo: Un tornillo que se aprieta, una tuerca).

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ASPECTOS GENERALES FASES - CICLOS – PERÍODOS – INVERSIÓN DE UN MECANISMO:

Cuando todos los elementos de un mecanismo han pasado por todas las posiciones posibles y retornan a las que tenían originalmente se dice que han completado un ciclo, el tiempo que el mecanismo tarda en completar el ciclo se llama período, y cada una de las posiciones que toma el mecanismo en cada uno de los momentos que dura el período se llaman fases. Se le llama inversión de un mecanismo al mecanismo que resulta cuando elegimos un eslabón de referencia diferente al que teníamos originalmente.

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ASPECTOS GENERALES

PAR CINEMÁTICO. Elemento de unión entre eslabones, de manera que permite ciertos movimientos relativos y restringe otros. Los eslabones se deben conectar entre sí de manera que transmitan movimiento del impulsor (eslabón de entrada) al seguidor (eslabón de salida). A cada una de las conexiones o articulaciones entre eslabones se le llama par cinemático. . PAR SUPERIOR:

En el plano, aquel que restringe solamente 1 gdl. (antiguamente, aquel en el que el contacto entre los eslabones es lineal o puntual)

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ASPECTOS GENERALES

PAR INFERIOR: En el plano, aquel que restringe como mínimo 2 gdl. (antiguamente, aquel en el que el contacto entre los eslabones es superficial). En este punto es conveniente aclarar que un sujetador puede ser un elemento externo que se coloque dentro de las perforaciones de dos eslabones y que sirva para articular el movimiento, o bien, el hecho de que un eslabón posea en uno de sus extremos una configuración que le permita insertarse en la otra de modo que haya movimiento, en ambos casos lo importante es que hay contacto de superficies donde una superficie está dentro de otra (superficies envolventes).

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ASPECTOS GENERALES REVOLUTA:

Este par consiste en un pasador que une a dos elementos y solo permite movimiento giratorio (Rotación), en un ángulo específico ∆θ (Ver Fig.). Este es el par más común en los mecanismos planos.

PRISMÁTICO: En este caso el pasador tiene una barra o espiga que impide que gire (rotación), pero permite un desplazamiento (Traslación) ∆s en la dirección del eje del pasador. (Ver Fig.).

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ASPECTOS GENERALES

HELICOIDAL: Aquí el pasador tiene un hijo helicoidal que hace que haya un desplazamiento ∆s según haya un movimiento de giro ∆θ. Nótese que acá los movimientos ∆s y ∆θ no son independientes uno del otro sino que están en una relación de dependencia que está definida por el paso del hilo. (Ver Fig.).

CILÍNDRICO: El pasador es liso y permite desplazamiento a lo largo del eje del pasador (∆s) y giro (∆θ) tal como en el caso del par helicoidal con la diferencia de que en este caso, los movimientos ∆s y ∆θ son independientes el uno del otro. (Ver Fig.).

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ASPECTOS GENERALES GLOBULAR:

Este par tiene forma como de rótula (superficie convexa contenida en una cavidad cóncava; como la articulación de la rodilla humana) y permite que haya movimiento giratorio en cierto ángulo alrededor de los tres ejes de coordenadas (∆θ, ∆φ, ∆ψ), estos movimientos son independientes unos de otros. (Ver Fig.).

PLANO: En este caso hay un contacto completo de las superficies, donde un extremo plano desliza sobre una superficie plana. Esto posibilita que haya tres tipos de movimiento, dos movimientos de desplazamiento (traslación) en la dirección de los ejes del plano cartesiano (∆x y ∆y); y un movimiento de giro (∆θ). Estos tres movimientos serán independientes unos del otro.

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ASPECTOS GENERALES

ESLABONES: Un eslabón es cada uno de los elementos que conforman una cadena cinemática, estos pueden ser engranajes (ruedas dentadas), barras rígidas, correderas, rodamientos, o cualquier otro elemento de máquina. se supone que es rígido y sin peso. La condición de rigidez de los eslabones no es necesariamente total, sino solo implica que sea rígido respecto a las fuerzas a las que se somete el eslabón. Esta consideración da lugar a una clasificación de los eslabones de acuerdo a su rigidez: 1. Rígido en ambos sentidos, cuando el eslabón tiene rigidez a tensión y compresión .

Ejemplos: La biela de un compresor, un engrane, el pistón de una maquina de combustión interna, etc.

2. Rígido en un único sentido. (a)Rígido cuando se sujeta a compresión. Ejemplo: Fluidos hidráulicos. (b)Rígido cuando se sujeta a tensión. Ejemplo: Correas, bandas y cadenas.

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ASPECTOS GENERALES

Los eslabones más conocidos y más usados son las barras metálicas rígidas, las cuales transmiten el movimiento dentro de la cadena cinemática, estas barras, según su movimiento se pueden clasificar como: Manivela o Impulsor: Si gira y transmite el movimiento desde la fuente o flecha hasta el mecanismo. Palanca o Balancín: si su movimiento es un balanceo oscilatorio. Acoplador o Biela: si está entre la manivela y un balancín. Corredera o Corrediza: Cuando se traslada alternativamente sobre una superficie plana o sobre alguna guía (que puede ser otro eslabón).

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ASPECTOS GENERALES

CADENA CINEMÁTICA: Cuando un conjunto de partes se enlazan extremo con extremo, estos forma una Cadena, si al imprimir movimiento a uno o más de estos elementos todo el sistema se mueve se ha creado una cadena de movimiento o Cadena Cinemática, esta cadena puede llamarse Cadena Cerrada cuando forma uno o más circuitos cerrados, (todos los eslabones son al menos binarios), y se llamarán Cadenas Abiertas en caso contrario, (existen eslabones unarios) tal y como pasa con cualquier cadena, las cadenas cinemáticas están conformada por eslabones.

CADENA CINEMÁTICA SIMPLE CADENA CINEMÁTICA COMPLEJA

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ASPECTOS GENERALES

Nº DE GRADOS DE LIBERTAD (GDL) : Mínimo número de variables independientes requeridas para definir completamente la posición del mecanismo. Si gdl < 1 no es un mecanismo, es una estructura Se obtiene de restar al número de gdl de los eslabones que lo componen, el número de restricciones ejercidas por los pares cinemáticos FÓRMULA DE GRÜBLER para mecanismos planos

m = 3·(n-1) – 2·j1 – j2

m→gdl(movilidad) n→ número de eslabones

j1 → número de pares inferiores j2 → número de pares superiores

Cuidado!! En algunos casos no funciona...

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