introduccion a la proyecciÓn de mecanismos
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INTRODUCCION A LA PROYECCION DE MECANISMOS
PROYECTO FINAL DE MECANICA ANALITICA 2
SECCION PFACULTAD DE INGENIERÍA
INTRODUCCIÓN
En la actualidad el desarrollo de la tecnología ha permitido diseñar programas
computacionales que pueden recrear de manera precisa y exacta mecanismos
de máquinas o de sistemas con los que día a día tenemos contacto. Pero para
poder diseñar un mecanismo es necesario primero saber qué fuerzas actúan
sobre él en su momento de funcionamiento y conocer además la mecánica de
sus movimientos y funcionamiento, valga la redundancia.
Es por eso que este trabajo está estructurado de manera que se conozcan las
premisas básicas de cinco elementos mecánicos, su definición y además
algunas aplicaciones de los mismos en la vida real.
Los mecanismos que se analizarán es este documento son:
1. Mecanismo articulado de cuatro barras
2. Mecanismo biela corredera
3. Mecanismo de retorno rápido
4. Mecanismo cruz de malta
5. Algunos tipos de levas
En la segunda parte de este escrito se realiza una animación, en un programa
llamado Working Model, de algunos mecanismos que son comúnmente
observados en la vida cotidiana.
OBJETIVOS
GENERAL
Conocer el funcionamiento general de algunos mecanismos de
máquinas más comunes en la industria.
ESPECÍFICOS
Adquirir los conocimientos físicos y mecánicos que rigen a los
mecanismos antes descritos.
Aprender a utilizar el programa Working Model para realizar animaciones
de mecanismos en general.
Conocer algunas aplicaciones reales de los mecanismos antes
mencionados.
Introducir al lector al tema de los mecanismos y algunas reglas
generales que se aplican a los mismos.
MARCO TEÓRICO
A continuación se mencionarán algunos mecanismos que son comúnmente
aplicados para facilitar el funcionamiento de un elemento:
Mecanismo de cuatro barras
Un mecanismo de cuatro barras o también llamado cuadrilátero articulado es
un mecanismo formado por cuatro barras, tres móviles y la cuarta barra que por
ende es fija, esta cuarta barra a veces es considerada como por ejemplo el
suelo, que puede ser no del mismo material pero es estática y parte del
sistema. Las barras móviles están unidas a la barra fija mediante pivotes.
Usualmente las barras se enumeran y se clasifican de la siguiente manera.
Barra 1. Barra imaginaria que vincula la unión de la revoluta de la barra
2 con la unión de revoluta de la barra 4 con el suelo.
Barra 2. Barra que proporciona movimiento al mecanismo
Barra 3. Barra superior
Barra 4. Barra que recibe el movimiento
Los mecanismos articulados de cuatro barras, atendiendo así a alguno de sus
elementos pueden efectuar una rotación completa, y pueden clasificarse en dos
categorías:
Clase I: al menos una de las barras del mecanismo puede realizar una
rotación completa ( mecanismo de manivela)
Clase II: ninguna de las barras del mecanismo pueden realizar una
rotación completa (mecanismos de balancín)
Ley de Grashof
La Ley de Grashof es una fórmula utilizada para analizar el tipo de movimiento
que hará el mecanismo de cuatro barras: para que exista un movimiento
continuo entre las barras, la suma de la barra más corta y la barra más larga no
puede ser mayor que la suma de las barras restantes.
El teorema además proporciona un medio para averiguar la clase a la que
pertenece un mecanismo articulado de cuatro barras, con solo conocer sus
dimensiones y disposición. Si un cuadrilátero no cumple dicho teorema este
pertenece a la clase II.
En un cuadrilátero articulado que cumple el teorema de Grashof, además:
a. Si el soporte del mecanismo es la barra menor, las dos barras contiguas
a él, actúan de manivelas (mecanismos de doble-manivela). Clase I
b. Si el soporte del mecanismo es una de las barras contiguas a la menor,
la barra menor actúa de manivela y su opuesta de balancín
(mecanismos de manivela-balancín). Clase I
c. Cuando un mecanismo no cumple una de las condiciones anteriores las
dos barras que giran respecto al soporte se comportan como balancines
(mecanismos de doble-balancín). Clase II
d. Paralelogramo articulado: mecanismo donde la barra es igual a su
opuesta (la barra soporte es igual a la biela y la barra conductora es
igual a la barra conducida). En este tipo de mecanismos las dos barras
contiguas al soporte son manivelas (mecanismos de doble-manivela).
Doble-manivela
Manivela-biela-manivela
L1 + L3 ≤ L2 + L4
AB barra menor
CD barra mayor
AB barra fija o soporte
Manivela - balancín
Manivela-biela-balancín
L2 + L3 ≤ L1 + L4
BC barra menor
CD barra mayor
AB barra fija o soporte
Doble - balancín
balancín -biela-balancín
L1 + L3 ≤ L2 + L4
CD barra menor
AB barra mayor
AB barra fija o soporte
Paralelogramo articulado
L1 + L2 = L3 + L4
Siendo
L1 = L3 y L2 + L4
BC y AD tienen el mismo sentido
de giro.
Anti-paralelogramo articulado
L1 + L2 = L3 + L4
Siendo
L1 = L3 y L2 + L4
BC y AD tienen sentido de giro
opuestos.
Imágenes Ilustración 1. Grúa de 4 brazos. 3 Brazos móviles y 1 fijo
Ilustración 3. TricketIlustración 2. Vise Grip
Mecanismo biela corredera
Estos sistemas 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 en el pie de la biela en
uno giratorio continuo al eje al que está conectada la excéntrica o la manivela.
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.
Ilustración 4. Brazo de robot de 4 barras
Ilustración 5. Suspensión de vehículos
Imágenes
Ilustración 6. Interior motor
Ilustración 7. Antigua máquina de coser Ilustración 8. Peladora de naranjas
Ilustración 9. sierra mecánica
Ilustración 10. Dispositivo especial de inyección
MECANISMO DE RETORNO RAPIDO
En ingeniería mecánica un mecanismo de retorno rápido es
un mecanismo utilizado en herramientas de maquinado para realizar cortes
sobre una pieza.
Se compone de un sistema de engranajes acoplado a un mecanismo de biela -
manivela, en el cual se encuentra la parte que realiza el corte (pistón). El
mecanismo de retorno rápido de Whitworth convierte el movimiento rotatorio en
movimiento alternativo, pero a diferencia de la manivela y deslizador, el
delantero de movimiento alternativo es a un ritmo diferente a la atrasada stroke.
En la parte inferior de la unidad brazo, la tasa solo se mueve a través de pocos
grados a barrer el brazo de izquierda a derecha, pero se necesita el restode la
revolución para que el mecanismo del brazo vuelva.
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. Hay ocasiones en las que, por la naturaleza de la
operación, el trabajo se realiza solamente en un sentido del movimiento. En
estos casos resulta especialmente útil hacer que la herramienta vuelva
rápidamente a la posición inicial para realizar una nueva pasada. Así, se busca
un mecanismo cuyo eslabón final es una deslizadera de manera que ésta
posea un movimiento de avance relativamente lento (cuando la herramienta
trabaja) y un movimiento de retroceso relativamente rápido (cuando la
herramienta no trabaja).
Uno de los mecanismos más empleados es el que se muestra a continuación.
Conducido por una manivela que se mueve con velocidad angular constante
(generalmente por medio de un motor eléctrico), produce en la deslizadera un
movimiento lento de avance (hacia la izquierda) y rápido de retroceso (hacia la
derecha). Como la velocidad angular de la manivela es constante, el tiempo de
avance es proporcional al ángulo de manivela dedicado al avance, e
igualmente con el retroceso.
MECANISMO CRUS DE MALTA
Es un mecanismo que convierte un movimiento circular continuo en un
movimiento circular intermitente. Consiste en un engranaje donde la rueda
motriz tiene un pivote que alcanza un carril de la rueda conducida y entonces
avanza un paso. La rueda motriz dispone además de un bloque circular que le
permite completar el giro manteniendo la rueda conducida bloqueada.
El nombre deriva del primer dispositivo usado en relojes mecánicos,
siendoSuiza y Ginebra importantes centros de manufactura relojera. También
se le conoce como mecanismo de la cruz de Malta, debido a su parecido visual.
En la disposición más típica, la rueda motriz tiene cuatro carriles, por lo que la
rueda conducida avanza un paso de 90° por cada giro de la rueda motriz. Si
tiene n raíles, avanza 360/n° por cada rotación completa.
Debido a que el mecanismo debe estar muy bien lubricado, a menudo se
encuentra cerrado en una cápsula de aceite.
na aplicación de la rueda de Ginebra son los proyectores de cine. La película
no corre continuamente en el proyector, sino que avanza fotograma a
fotograma, permaneciendo frente a la lente 1/24 de segundo. Este movimiento
intermitente se consigue utilizando la rueda de Ginebra. (Los proyectores
modernos pueden usar un mecanismo controlado electrónicamente o un motor
paso a paso, que permite el bobinado rápido de la película.)
Pese a que la rueda suele ser según el diagrama anterior, también existe un
mecanismo interno. No se puede reducir tanto de tamaño y no soporta
tanta tensión mecánica. El eje de la rueda motriz solo puede tener un pivote en
un lado. El ángulo que la rueda motriz tiene que rotar para mover la rueda
conducida siempre es menos que 180° en el mecanismo externo, mientras que
en el interno el ángulo de rotación siempre es superior a 180°. Así, el tiempo
que pasa en movimiento la rueda conducida es mayor que el tiempo que
transcurre en reposo.
LEVAS
Una leva es un elemento mecánico que sirve para impulsar a otro elemento,
llamado seguidor, para que desarrolle un movimiento especificado, por
contacto directo. Son mecanismos fáciles de diseñar y se puede hacer que el
seguidor consiga casi cualquier movimiento, estos mecanismos se utilizan
mucho en la maquinaria moderna.
Las levas se clasifican según su forma básica, a continuación se ilustran cuatro
tipos diferentes:
a) Leva de palanca, llamada también de disco o radial
b) Leva de cuña
c) Leva cilíndrica o de tambor
d) Leva lateral o de cara.
Algunas aplicaciones en general son:
Motores de combustión interna
Sistema de regreso y amortiguación
LEVA DE PALANCA
Se emplea este sistema si queremos que el movimiento de salida sea
oscilante.
En este caso emplearemos la palanca de primer o tercer grado para
amplificar el movimiento y la de primero o segundo para atenuarlo.
El mecanismo suele complementarse con un muelle de recuperación que
permite que el palpador (seguidor de leva) se mantenga en contacto con
el perfil de la biela en todo momento.
Aplicación:
Sistema de una antigua máquina de coser:
Leva de émbolo
Este sistema es útil si queremos que el movimiento de salida sea lineal
alternativo.
Aplicación:
Sistema de distribución de aceite de un carro:
LEVA DE CUÑA
Tipo de leva similar a la leva de Palanca pero habitualmente animada de
movimiento de traslación. El esquema de este tipo de sistema se presenta a
continuación:
LEVA CILÍNDRICA
Se trata de un cilindro que gira alrededor de un eje y en el que la varilla se
apoya en una de las caras no planas.
FUNCION DE DESPLAZAMIENTOEs la función que relaciona el desplazamiento del seguidor con la posición
angular de la leva. Esta función puede mostrar tanto un movimiento rotacional
como un un movimiento traslacional.
El gráfico representativo de esta función de desplazamiento es:
CONCLUSIONES
En la primera parte de este reporte se describieron algunas premisas
tanto físicas como mecánicas básicas de los mecanismos ya
mencionados
Estos mecanismos debido a sus diferentes aplicaciones, definitivamente
tienen características físicas propias que varían respecto a su forma
física.
Se realizaron las animaciones en Working model y se adquirieron los
conocimientos necesarios en el desarrollo de este trabajo.
Se mencionaron algunas aplicaciones a la vida real de este tipo de
mecanismo los cuales varían desde una máquina de coser antigua hasta
a un vehículo de combustión interna.
Los mecanismos están influenciados por fuerzas mecánicas que se
generan por fuerza externas aplicadas a ellos y fuerzas físicas que
surgen del movimiento mecánico de los mismos
