mecÁnica para la automatizaciÓn unidad 1.pptx

8/13/2019 MECNICA PARA LA AUTOMATIZACIN unidad 1.pptx

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INGENIERA EN MECATRNICA

MECNICA PARA LAAUTOMATIZACIN


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OBJETIVO DE LA ASIGNATURA EL ALUMNO DESARROLLARA LA HABILIDAD

PARA OBTENER SOLUCIONES VIABLES DEDISEO DE MECANISMOS PARA LATRANSFERENCIA DE MOVIMIENTO,

POTENCIA Y ESTRUCTURA A UNA MAQUINAAUTOMTICA.


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COMPETENCIAS

Desarrollar proyectos de automatizacin ycontrol, a travs del diseo, la administracin y laaplicacin de nuevas tecnologas para satisfacerlas necesidades del sector productivo.


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CONTENIDOI. Conceptos fundamentales

1. Terminologa y conceptos bsicos2. Tipos de mecanismos3. movilidad

II. Anlisis cinemtica1. Movimiento rectilneo y movimiento circular2. Anlisis grafico y analtico de la posicin3. Anlisis grafico y analtico de velocidad

4. Transformacin de movimiento e inversincinemtica5. Ventaja mecnica6. Anlisis de aceleracin


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CONTENIDOIII. Diseo de levas

1. Clasificacin de las levas y los seguidores2. Diagramas de desplazamientos y diseo de

perfiles de levas

3. Movimiento del seguidor4. Leva de placa con seguidor oscilante de cara

plana5. Leva de placa con seguidor oscilante de rodillo


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IV. Trenes de engranajes1. Introduccin a los engranes2. Caractersticas de engranaje de dientes rectos3. Trenes de engranajes de ejes paralelos4. Principales tipos de trenes de engranes5. Trenes de engranes de helicoidales6. Trenes de engranajes hipoides o sesgados7. Diferenciales


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Criterios de evaluacin PRIMER PARCIAL UNIDAD 1 70% Saber (Examen escrito)

30% Saber hacer (Resultado de aprendizaje)

SEGUNDO PARCIAL UNIDAD 2

70% Saber (Examen escrito)

30% Saber hacer (Resultado de aprendizaje)

TERCER PARCIAL UNIDAD 3 Y UNIDAD 4

70% Saber (Examen escrito) 30% Saber hacer (Resultado de aprendizaje)


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Unidad 1. Conceptos fundamentales

Objetivo: el alumno empleara los conceptosbsicos para su aplicacin en la seleccin y calculode los mecanismos

Resultado de aprendizaje. Elaborara un prototipode uno de los siguientes mecanismos:Corredera biela manivela, yugo escoces, retornorpido, cuatro barras.

Que incluya:El diseo en CADUna descripcin de su funcionamiento incluyendo

el grado de libertad.


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1.1 Terminologa y conceptosbsicos

Mecanismo. Un mecanismo es un dispositivo quetransforma el movimiento en un patrn deseable y porlo general desarrolla fuerzas muy bajas y transmitepoca potencia.

Maquina. Una maquina, en general contienemecanismos que estn diseados para producir y

transmitir fuerzas significativas.

NO EXISTE UNA CLARA LNEA DIVISORA ENTRE MECANISMO YMAQUINA


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MECANISMO

En mecnica se llama mecanismoa un conjunto de elementos rgidos,mviles unos respecto de otros, cuyo propsito es la transmisin de

movimientos y fuerzas.

Un mecanismo es la combinacin de cuerpos rgidos o resistentesformados de tal manera y conectados de tal forma que se mueven unosobre el otro con un movimiento relativo definido.


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Una mquina se puede definir como un conjunto de piezas (rganos oelementos) mviles y no mviles, que por efecto de sus enlaces soncapaces de transformar la energa.

Artificio o conjunto de aparatos combinados para recibir cierta forma de

energa, transformarla y restituirla en otra ms adecuada o para producirun efecto determinado.

MAQUINA


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ESLABN

Un eslabn es un cuerpo rgido que tiene dos o mas pares oelementos de apareamiento, por medio de los cuales se puede

conectar a otros cuerpos con el fin de transmitir fuerza o movimiento.

Por lo general, un eslabn es un miembro rgido que tiene en ambosextremos la posibilidad de conectarse a otros dos eslabones.


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GRADOS DE LIBERTAD

La movilidad de un sistema mecnico se puedeclasificar de acuerdo con el numero de grados delibertad (GDL) que posee.

El GDL del sistema es igual al numero de parmetros

(mediciones) independientes que se requieren paradefinir de manera nica su posicin en el espacio encualquier instante de tiempo.


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Una junta es una conexin entre dos o mas eslabones (en sus

nodos), la cual permite algn movimiento, o movimiento potencial,entre otros estabones conectados. Las juntas (tambin llamadaspares cinemticos) se pueden clasificar de varias maneras:

a) Por el tipo de contacto entre los elementos, de lnea, de punto o

de superficie.b) Por el numero de grados de libertad permitidos en la junta.c) Por el tipo de cierre fsico de la junta: cerrada por fuerza o por

forma.d) Por el numero de eslabones unidos (orden de la junta).

JUNTA


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Una forma mas til de clasificar juntas (pares) es por elnumero de grados de libertad que permiten entre los

elementos unidos.Las juntas de un grado de libertad, tambin se conocencomo juntas completas (es decir , completa = 1 GDL) yson pares inferiores.

Paradjicamente a la junta de dos grados de libertad

se le conoce como semijunta. Una junta con mas de ungrado de libertad tambin puede ser un par superior.


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CADENA

Cuando se conectan varios eslabones por medio de pares, el sistema

resultante es una cadena cinemtica.

Si se conectan estos eslabones de manera que no sea posible ningnmovimiento, se tiene una cadena trabada (estructura). Una cadenarestringida es el resultado de conectar los eslabones en tal forma queno importa cuantos ciclos de movimiento se pase, el movimientorelativo siempre ser el mismo entre los eslabones.

Una cadena cinematica se define como: un ensamble de eslabones yjuntas interconectadas de modo que produzcan un movimientocontrolado en respuesta a un movimiento suministrado.


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MECANISMOS EN LA AUTOMATIZACIN


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1.2 Tipos de mecanismos

El movimiento de un elemento a otro se puede transmitir en tres formas:

(a) contacto directo entre dos miembros tales como entre una leva y suseguidor o entre dos engrane.(b) por medio de un eslabn intermedio o biela.(c) por medio de un conector flexible como una banda o una cadena.


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MQUINASSIMPLES.

Cuando la mquina es sencilla y realiza su trabajo en unsolo paso nos encontramos ante una mquina simple.Muchas de estas mquinas son conocidas desde laprehistoria o la antigedad y han ido evolucionandoincansablemente (en cuanto a forma y materiales) hastanuestros das.


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MECANISMOS. Tipos de mecanismos.Los mecanismos son elementos o combinaciones deelementos que transforman las fuerzas y los movimientos.Asnos permiten modificar su direccin e intensidad hasta lograrlos que necesitamos. Algunos tipos de mecanismos son:

Engranajes.

Poleas.

Palancas. Bielas. Cigeales.

MECANISMOS Ej l t ill


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MECANISMOS. Ejemplo: tornillo -tuerca.

El mecanismo tornillo tuerca se emplea para transformar unmovimiento de giro en otro rectilneo con una gran reduccinde velocidad y, por tanto, un gran aumento de fuerza. Por ellose ha usado frecuentemente en prensas. Podemosencontrarnos los dos casos siguientes:

Tuerca fija. Al estar la tuerca fija eltornillo avanza en lnea rectaconsiguiendo ejercer una granpresin sobre los obstculos queencuentra en su avance. Esta es lautilidad que se aprovecha en lostornillos de banco y en las

mquinas para la medicin deresistencia de materiales

Tornillo fijo. En la bigotera y loscompases de precisin es el tornilloel que est fijo y al girarlo mediantela ruedecilla central, se consigue quelas tuercas se desplacen variandoas la abertura entre las puntas con

gran precisin. Esta abertura semantiene fija a no ser que se vuelva


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PALANCAS. Usos

La palanca es una mquinaconsistente en una barrargida que puede oscilar sobre un punto deapoyo.Puede usarse para:1. Transmitir movimientos.2. Transformar un movimiento en otro de sentido contrario.3. Transformar fuerzas grandes en fuerzas pequeas.4. Transformar fuerzas pequeas en fuerzas grandes.5. Transformar un movimiento pequeo en otro mayor.6. Transformar un gran movimiento en uno pequeo.


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PALANCAS. Tipos 1

En toda palanca tenemos tres elementosimprescindibles:

Primer gnero.Tiene el punto deapoyo colocado entre la potencia y

la resistencia.

Potencia o fuerza que

aplicamos

Punto de apoyo Resistencia o fuerza que deseamos

superar

Segundo gnero. Tiene laresistencia colocada entre la

potencia y el punto de apoyo.

Tercer gnero. Tiene la potenciacolocada entre la resistencia y el

pinto de apoyo.


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PALANCAS. Tipos 2

En la vida diaria nos encontramos con muchos aparatos ymquinas que combinan varios tipos de palancas, son loque llamamos palancas mltiples.


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PALANCAS. La Ley de lapalanca

Mediante una palanca podemos amplificar nuestra fuerza colocandoconvenientemente el punto de apoyo, la resistencia y el punto donde aplicaremosnuestra potencia.La LEY DE LA PALANCAdice: el producto de la potencia por su distancia hastael punto de apoyo es igual al producto de la resistencia por su distancia a esemismo punto.

Potencia x dp= Resistencia x dr

Con el punto de apoyo a la mismadistancia de la potencia y de la

resistencia no hay amplificacin de lafuerza

Si la potencia est dos veces ms lejosdel punto de apoyo que la resistencia,

la fuerza se amplifica al doble.


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RUEDAS, LEVAS Y POLEAS.

Ruedas: en el volante y en otras ruedasaprovechamos la propiedad de la palanca. Lapotencia se aplica en el exterior y la resistencia esten el mismo punto de apoyo que se sita en el

centro.La rueda excntrica y la leva: son ruedas que giransobre un eje que no coincide con su centro. Logranconvertir un movimiento circular en uno alternativo quees transmitido a otro componente (palanca, balancn,

...) que est conectado con ellas


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La polea es un mecanismocompuesto por una rueda, acanalada

en su permetro, y su eje. La poleafija no se mueve al desplazar lacarga. En la polea mvil, que sedesplaza al desplazar la carga, elpunto de apoyo no est en el eje sinoen la cuerda. Con las poleas logramos

realizar esfuerzos hacia abajo parasubir cargas, ganando as encomodidad. Con las poleas mvilestambin logramos amplificar la fuerza.Los polipastos soncombinaciones de poleas, fijas ymviles, con las que logramoscambiar la direccin del esfuerzoque realizamos y conseguimosamplificar la fuerza. Para ellotenemos que aumentar tambin la

longitud de la cuerda que


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SISTEMAS DE TRANSMISIN.

Mediante ruedas de friccin: son mecanismos con dos oms ruedas que estn en contacto. Al girar una hace girar ala otra en sentido contrario. Los ejes de las ruedas debenestar muy prximos y pueden ser paralelos o que se corten.

Transmisin mediante poleas y correa: son mecanismosformados por dos o ms poleas conectadas entre s mediantecorreas. Los ejes de las ruedas pueden estar muy alejados ypueden estar paralelos o cortarse. Las correas puedencolocarse cruzadas para cambiar el sentido de giro. Segn los

dimetros de las ruedas y la rueda que acte como motrizpodemos lograr modificar la relacin entre la velocidad de giro yla fuerza de una rueda y otra.Transmisin mediante piones y cadena: son mecanismoscompuestos por dos ruedas dentadas unidas mediante unacadena. Se comportan como las transmisiones mediantepoleas y correa, pero con la ventaja de que, al ser las ruedas

dentadas, la cadena no corre peligro de deslizarse.

Los sistemas de transmisin son mecanismos que se emplean para transmitir movimientosde un eje a otro. Existen varios sistemas:


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SISTEMAS DE TRANSMISIN.Engranajes

De ruedas rectas: Se emplea paraaumentar o reducir la velocidad degiro y para mantener o cambiar elsentido de la rotacin.

De ruedas cnicas: transmite elmovimiento a un eje que seencuentra en ngulo recto con eleje motor.

Tornillo sin fin o sin fincorona: transmite el

movimiento a un ejeperpendicular y reduce mucho

Los sistemas de transmisin por engranajes estn formados por ruedas dentadas engarzadasentre s.

Podemos encontrar los siguientes tipos.

Cremallera y pin:convierten el movimiento

giratorio en lineal y viceversa.

LA RELACIN DE


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LA RELACIN DETRANSMISIN

En todos los sistemas de transmisin, el aumento o disminucin de fuerza y velocidaddepende de la relacin de transmisin.

La Relacin de transmisinen el caso de poleas y correa es: el cociente entreentre el dimetro de la rueda arrastrada y el de la rueda motriz.

d1 /d2 = n2 /n1

z1 /z2 = n2 /n1

La Relacin de transmisinen el caso de engranajes y piones con cadena es: el

cociente entre entre el nmero de dientes del engranaje arrastrado y el delengranaje motor.

n1

d1

n2

d2

Rueda motriz Rueda arrastrada

n1

z1

n2

z2

Rueda motriz Rueda arrastrad


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MANIVELAS Y BIELAS L


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MANIVELAS Y BIELAS. Lamanivela

La manivelaes un mecanismo que sirve para hacer girarun eje con menos esfuerzo. Cuanto ms larga es lamanivela menor es el esfuerzoque deberemos realizar.

El cigeal es un conjunto de manivelas colocadas sobre un mismo eje. Se usacuando queremos dar movimiento alternativo a varios elementos.


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CORREDERA-BIELA-MANIVELA

Permite obtener un movimiento lineal alternativo perfecto a partir

de uno giratorio continuo, o viceversa.

Bsicamente consiste en conectar lacabeza de una biela con el mango deuna manivela (o con la muequilla deun cigeal o el eje excntrico de una

excntrica) y el pie de biela con unmbolo.


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YUGO ESCOCS

Por yugo escocs 1se entiende un mecanismo que permite transformarun movimiento rectilneo alternativo (de una gua) en un movimiento derotacin (de una manivela y su rbol). Tambin puede funcionar al revscambiando la rotacin de un rbol y una manivela en un movimientoalternativo rectilneo.

Una aplicacin tpica es en motores decombustin interna y neumticos o encompresores alternativos.
http://es.wikipedia.org/wiki/Mecanismo_de_yugo_escoc%C3%A9shttp://es.wikipedia.org/wiki/Mecanismo_de_yugo_escoc%C3%A9s


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RETORNO RPIDO

Un mecanismos de retorno rpido es aquel que realiza un trabajo externo en la

carrera de avance, y la carrera de retorno debe hacerse tan rpido como seaposible.


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El mecanismo de retorno rpido de Whitworth se utiliza en laindustria para realizar operaciones repetitivas como alimentarpiezas en una lnea de ensamble y corte de material


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MECANISMO DE CUATRO BARRAS

Uno de los mecanismos mas simples, estudiados y poderosos, esel mecanismo plano de cuatro barras y cuatro pares de revoluta, amenudo conocido simplemente como mecanismo de cuatro barras


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1.3 MovilidadEl concepto de grado de libertad (GDL) es fundamental

tanto para la sntesis como para el anlisis demecanismos. Es necesario ser capaz de determinarrpidamente el GDL de cualquier conjunto deeslabones o juntas que pueda ser sugerido comosolucin a un problema.

El grado de libertad tambin llamado MOVILIDAD deun sistema se define como:

el numero de entradas que se necesitaproporcionar para crear una salida predecible

el numero de coordenadas independientes

requerido para definir su posicin


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Grado de libertad (Movilidad) en mecanismosplanos

Para determinar el GDL global de cualquier mecanismo,

se debe considerar el numero de eslabones, as como lasjuntas y las interacciones entre ellos.El GDL de cualquier ensamble de eslabones se puedepronosticar con una investigacin de la condicin deGruebler.M=3L-2J-3G Ecuacin deGruebler

Donde:M = grado de libertad o movilidad

L = Numero de EslabonesJ = Numero de juntasG = Numero de eslabonesconectados a Tierra


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Cualquier mecanismo real, aun cuando mas de uneslabn de la cadena cinemtica esta conectada atierra, el efecto neto ser crear un eslabn conectado

a tierra de mayor orden y mas grande, ya que solopuede haber un plano atierra. Por lo tanto, G siemprees uno. Y la ecuacion de gruebler se convierte en:

M=3(L-1)-2J

El valor de J debe reflejar el valor de todas las juntas enel mecanismo. Esto es, las semijuntas cuentan como porque solo eliminan un GDL. Esto es menos confuso sise utiliza la modificacin de Kutsbach de la ecuacin deGruebler en esta forma:

Donde:

M = grado de libertad o movilidadL = Numero de EslabonesJ1 = Numero de juntas de 1 GDL(completasJ2 = Numero de juntas de 2 GDL(Semijuntas)Las juntas mltiples cuentan cuentan como uno menos que el

numero de eslabones unidos en dicha junta y se agregan a lacategoria Completa (J1)


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El grado de libertad de un ensamble de eslabones predice porcompleto su carcter. Existen solo tres posibilidades.

Si el GDL es positivo, ser un mecanismo, y los eslabones tendrnmovimiento relativo.Si el GDL es cero, entonces se tendr una estructura, lo quesignifica que ningn movimiento es posible.Si el GDL es negativo, entonces se tendr una estructura

precargada, lo que significa que no ser posible ningn movimiento yque algunos esfuerzos pueden estar presentes en el momento delensamble.


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paradojas


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MOVIMIENTO INTERMITENTE

El movimiento intermitente es una secuencia demovimientos y detenciones. Una detencin es un periodoen el cual el eslabn de salida permanece inmvil mientrasel de entrada continua movindose.


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INVERSIN

Una inversin es creada por la conexin a

tierra de un eslabn diferente en la cadenacinemtica.


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CONDICIN DE GRASHOF

El eslabonamiento de cuatro barras es el mecanismo

articulado mas simple posible para movimientocontrolado con grado de libertad simple.

La condicin de Grashof es una relacin muy simpleque predice el comportamiento de rotacin o rotabilidad

de las inversiones de un eslabonamiento de cuatrobarras basado solo en las longitudes de los eslabones.

Sea:

S = longitud del eslabn mas cortoL = longitud del eslabn mas largoP = longitud de un eslabn restanteQ = longitud de otro eslabn

restante


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Si: S + L P +Q

El eslabn es de grashof y por lo menos un eslabn ser capaz de

realizar una revolucin completa con respecto al plano de bancada.Esta se llama cadena cinemtica de clase I.Si la desigualdad no es cierta, entonces el eslabonamiento no esGrashof y ningn eslabn ser capaz de realizar una revolucincompleta con respecto a cualquier otro eslabn. Esta es una cadena

cinemtica de clase II.Los movimientos posibles de un eslabonamiento de cuatro barrasdepender tanto de la condicin de Grashof como de la inversinelegida.

En el caso de la clase I, S + L < P + Q

Si se fija cualquier eslabn adyacente al mas corto, se obtiene unmecanismo manivela-balancn.Si se fija el eslabn mas corto, se obtendr una doblemanivela.Si se fija el eslabn opuesto al mas corto, se obtendr un doble-

balancn de grashof


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en el caso de la clase II S+L> P+Q


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en el caso de la clase II, S+L> P+Q

Todas las inversiones sern balancines triples, en los queningn eslabn puede girar por completo

En el caso de la clase III S+L= P+Q


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En el caso de la clase III, S+L= P+Q

Conocida como caso especial de grashof y tambin como

cadena cinemtica clase III, todas las inversiones serndobles-manivelas o manivela-balancn

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