prácticas de elementos mecánicos automotrices

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ACADEMIA DE INGENIERÍA EN SISTEMAS

AUTOMOTRICES

ELEMENTOS MECÁNICOS

AUTOMOTRICES

LABORATORIO DE ISISA

PROFESOR:

M. EN C. SERGIO SALDAÑA SÁNCHEZ

AGOSTO 2011.

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

UNIDAD ZACATENCO

LABORATORIO DE ELEMENTOS MECÁNICOS AUTOMOTRICES

El objetivo de este Laboratorio es que el estudiante trabaje, en forma

colectiva, para efectuar el análisis de diversos componentes automotrices,

mediante la observación y experimentación del comportamiento de los mismos. De

esta manera, entender su funcionamiento y aplicación en la solución de los

problemas planteados en la materia de teoría.

En cada práctica se requieren, de manera progresiva, los conceptos teóricos

que se asocian a los diversos aspectos físicos y geométricos de los elementos

mecánicos, dando margen al empleo de la computadora como herramienta de cálculo

y diseño.

El Laboratorio de ELEMENTOS MECÁNICOS AUTOMOTRICES es un

complemento al curso teórico de ELEMENTOS MECÁNICOS AUTOMOTRICES, no

es una materia EXTRA DE COMPLEMENTO para tu formación profesional y, por

tanto, se requiere del mismo tiempo y atención que las demás materias de la

carrera.

ADEMÁS, CON EL PROPÓSITO DE MANTENER LA ARMONÍA Y UN

BUEN AMBIENTE DE TRABAJO EN EL AULA DE LABORATORIO, SE DEBERÁN

OBSERVAR LOS SIGUIENTES PUNTOS:

Estudia con anticipación el instructivo correspondiente a la práctica que vas

a realizar, cubriendo completamente los Conceptos Teóricos Requeridos que

se indican en cada uno de éstas. El desarrollo de estos Conceptos Teóricos, en el formato adecuado, es REQUISITO INDISPENSABLE para la

realización de la práctica.

La tolerancia máxima para tu ingreso al Laboratorio es de 10 minutos

posteriores a la hora señalada en el horario del grupo.

Se te pasará lista 10 minutos después de la hora marcada para el inicio de la práctica.

La práctica a la que NO ASISTAS se te CALIFICARÁ CON CERO.

Tu estancia en el Laboratorio estará regida por las actividades de trabajo establecidas en cada práctica, observando que en todo momento guardes el

comportamiento adecuado, por lo que se te recomienda no tocar ni jugar con

otros equipos ajenos a tu práctica, ya que puedes obtener una SANCIÓN por parte de tu profesor.

TODA FALTA DE RESPETO al personal docente, técnico y/o auxiliar o a los

compañeros del grupo, así como TODO MALTRATO O DAÑO FÍSICO a las

instalaciones y/o equipo voluntaria o involuntariamente, TE SERÁ SANCIONADO de acuerdo con lo estipulado en este Reglamento.

En cada uno de los tres periodos departamentales de los que consta el

calendario académico del IPN, se te calificará con el promedio de las calificaciones

obtenidas en los reportes de práctica correspondientes al periodo en cuestión.

El Reporte de la Práctica será elaborado de acuerdo a los requerimientos

específicos de cada una de ellas y deberá cumplir con las siguientes

características:

Portada que incluya: Datos de la escuela, nombre del profesor y de la

asignatura, nombre y objetivo de la práctica, integrantes del equipo (en

orden alfabético), grupo y fecha de realización.

Segunda hoja en adelante: Índice con página de referencia, Introducción a los Conceptos Teóricos Requeridos (en no más de Cinco Cuartillas), Material

a Emplear, Desarrollo de la Práctica, Resultados Obtenidos, Tablas y

Gráficas, las cuales pueden requerir ayuda de la computadora.

Ultimas hojas: Observaciones por Equipo, Conclusiones Individuales (en

hojas separadas e identificadas con nombre y firma) y en orden alfabético, Recomendaciones y Bibliografía empleada.

Anexar, al final de la práctica, las Hojas de Trabajo desarrolladas en el

Laboratorio con visto bueno del profesor.

Entregar las hojas debidamente engrapadas y en un fólder, siguiendo las

indicaciones del profesor.

Los reportes serán entregados a la semana siguiente de realizada la práctica.

Estos deben ser realizados a mano, escritos a tinta negra, con imágenes digitales,

con dibujos y cálculos matemáticos a lápiz, en hojas blancas especificadas

anteriormente, margen de un centímetro y escritos por un solo lado de la hoja. El

reporte debe estar bien redactado y sin faltas de ortografía; además, se

entregará por equipo y su evaluación incluirá la obtenida en el examen oral que se

te efectúe durante el desarrollo de la práctica (opcional).

BIBLIOGRAFÍA DE REFERENCIA:

1) Erdman y Sandor. “Diseño de Mecanismos”. 3a Ed. Pearson Prentice Hall,

México, 1998. 664 pp.

2) Mabie. “Mecanismos y Dinámica de Maquinaria. 2a Ed. 4a Reimpresión.

LIMUSA, México, 2002. 713 pp.

3) Shigley, “Teoría de Mecanismos y Máquinas”. 1a Ed. Mc Graw Hill, México,

1998, 613 pp.

4) Norton Robert. “Diseño de Maquinaria”. 4a Ed. Mc Graw Hill, México, 2009,

1080 pp.

5) Myszka David. “Machines and Mechanisms: Applied Kinematic Analysis”. 4a

Ed. Pearson Prentice Hall, EUA, 2011, 556 pp.

6) Kimbrell Jack. “Kinematics Analysis and Synthesis”. 1a Ed. Mc Graw Hill,

Singapore, 1991, 325 pp.

Academia de Ingeniería en Sistemas Automotrices


Práctica No. 1

" Conceptos generales de los elementos mecánicos automotrices "

Z a c a t e n c o

Objetivo:

Al finalizar esta práctica, el alumno se habrá familiarizado con los mecanismos de uso más común en el medio automotriz, conociendo el movimiento que los caracteriza y los tipos de pares cinemáticos que permiten tal movimiento, a fin de contar con el nombre de cada eslabón.

Material a emplear:

a) Vernier o pie de rey. b) Flexómetro

Material básico:

a) Juego de geometría b) Lápiz mediano y borrador para lápiz c) Block Scribe de hojas blancas papel bond.

Conceptos teóricos requeridos:

Para que esta práctica se te facilite, las definiciones y/o conceptos mínimos que requieres son:

1. Máquina y mecanismo. ¿Son iguales? ¿Por qué? 2. Armadura y eslabón. ¿Para qué sirven? ¿Se pueden clasificar? 3. Pares cinemáticos. ¿Qué son? ¿Cómo se clasifican? 4. Nomenclatura de un par cinemático. ¿Es necesario conocerla? ¿Por qué? 5. Movilidad de un mecanismo en un sistema automotriz. ¿Cómo se determina? 6. Cadena cinemática. ¿Qué es? ¿Cómo se determina? 7. ¿Qué ventajas representa un sistema automotriz de un grado de libertad? 8. Nomenclatura de un par cinemático.- ¿Es necesario conocerla? ¿Por qué?

Te recomendamos que en casa estudies los capítulos de cualquier texto de "Elementos Mecánicos Automotrices" de la bibliografía del curso de teoría o de la bibliografía de referencia que tengan relación con los puntos mencionados. Estos conceptos te permitirán mejorar el desarrollo de la práctica, por lo que deberán tenerlos, ya que de no contar con ellos no se les permitirá la entrada al laboratorio.

Desarrollo de la práctica:

Para diferentes dispositivos automotrices encontrados en el laboratorio:

1. Tome fotos de los diferentes ensambles de algún componente automotriz existente en el laboratorio. Considere como referencia las siguientes fotografías.

2. Trace el diagrama unifilar (cinemático) de cada uno de los elementos mecánicos automotrices, indicando el número de eslabones que lo conforman y el tipo de pares cinemáticos que contiene.

3. Observe cada mecanismo y determine: a) El nombre de cada mecanismo proporcionado.

b) Número y nombre de elementos que lo forman, de acuerdo a la clasificación de movimiento.

c) Tipo de pares cinemáticas contenidos y elementos que los forman.

d) Aplicación industrial.- Investiga en dónde se aplican los diferentes mecanismos vistos en la práctica, si se utilizan en diferentes sistemas automotrices. Toma fotografías e indica su manera de operación. No se considerarán las aplicaciones vistas en clase, ni las que aparecen en los textos de bibliografía del curso.

4. Indique el tipo de cadena cinemática y determine la movilidad atendiendo a las características del movimiento.

5. Con base en la movilidad, especifique los eslabones que poseen movimiento independiente.

Conclusiones y Observaciones.

Se recomienda que, a partir del desarrollo y de los resultados obtenidos,

elaboren sus conclusiones; las observaciones deben referirse exclusivamente a la

relación que encontraron entre los conceptos vistos en teoría y su aplicación en

laboratorio.

Bibliografía empleada.

Es indispensable que en este punto se mencionen los textos, catálogos y

referencias personales que requirieron para el desarrollo total de la práctica.

Notas



Práctica No. 2

" Inversión cinemática, posición límite y de bloque en EMA "

Z a c a t e n c o

Objetivo:

Al finalizar esta práctica, el alumno podrá mostrar diversas configuraciones de un mismo elemento mecánico automotriz, así como su posición límite y de bloque, mediante su configuración y dimensionamiento básico, con el fin de verificar su comportamiento cinemático y la ubicación de los puntos muertos superior e inferior.

Material a emplear:


Material básico:




1. Denominación de los eslabones de un mecanismo según su función. 2. Inversión cinemática: ¿Qué es? ¿Cómo se determina? 3. Posiciones límite y de bloqueo. ¿Qué son? ¿Cómo se determinan? 4. Ángulos de transmisión máximo y mínimo. ¿De qué manera afecta este valor? 5. Desplazamiento angular del eslabón de salida, según su inversión cinemática.





2. Trace, a una escala conveniente, el diagrama cinemático de cada EMA, indicando el nombre que recibe cada uno de los eslabones que lo conforman, de acuerdo a la función que realiza dentro del mecanismo.

3. En caso de contarse con un mecanismo de cuatro barras, muestre los tres tipos de mecanismos, según su inversión cinemática y mida el desplazamiento angular del eslabón de salida. También, mida el ángulo de transmisión de cada una de las inversiones.

4. Muestre y mida el desplazamiento lineal total (carrera) del eslabón de salida.

5. Para todos los mecanismos grafique, a mano y en SolidWorks, todos los EMA mencionados anteriormente. Compare los resultados.





laboratorio.




Notas



Práctica No. 3

" Análisis de posición en EMA "

Z a c a t e n c o

Objetivo:

Al término de esta práctica, el alumno podrá establecer el comportamiento de un mecanismo articulado a través del estudio de la posición y desplazamiento de un eslabón específico.

Material a emplear:

c) Vernier o pie de rey. d) Flexómetro

Material básico:

d) Juego de geometría e) Lápiz mediano y borrador para lápiz f) Block Scribe de hojas blancas papel bond.



1. Diagramas de desplazamiento. ¿Qué interpretan? 2. Ecuación de Euler. ¿Qué es? ¿Cuál es su primordial función? 3. Ecuación de lazo vectorial. ¿Para qué sirven? ¿Qué representa? 4. Análisis cinemático de un EMA. ¿En qué nos apoya? 5. Desplazamiento angular de eslabón de entrada vs salida.





2. Trace, a una escala conveniente, el diagrama cinemático de cada EMA y defina cuál de los componentes es el eslabón motriz y cuál es el eslabón de salida.

3. Dimensiones correctamente ese diagrama cinemático y compruebe su desplazamiento total. Trate de ayudarse con un medidor de ángulos.

4. Defina una posición como referencia inicial para el eslabón motriz y, a partir de ésta, tabule los datos y realice los gráficos de posición del EMA para, al menos, 10 posiciones del eslabón motriz.

5. Para todos los EMA, mediante los resultados tabulados, trace el diagrama de posición angular del eslabón de entrada vs. posición (lineal o angular) del eslabón de salida.

6. Con ayuda de Matlab (u otro programa que conozca), desarrolle un programa de computadora que le permita obtener los resultados de los puntos 3, 4 y 5. Incluya el listado del programa y la impresión de los gráficos obtenidos. A partir de estos gráficos, obtenga los valores solicitados en los puntos 4 y 5. No olvide efectuar los ajustes de escala pertinentes





laboratorio.




Notas



Práctica No. 4

" Análisis de velocidad y aceleración "

Z a c a t e n c o

Objetivo:

Al término de esta práctica, el alumno será capaz de realizar el análisis del comportamiento de un EMA cualquiera a través del estudio de la velocidad y aceleración de un eslabón específico.

Material a emplear:


Material básico:




1. Velocidad y aceleración lineal y angular. ¿Función principal? 2. Velocidad y aceleración absoluta y relativa. ¿Cuál es la diferencia? 3. Centro instantáneo: ¿Qué es?, ¿Cómo se localiza? ¿Qué es una centroda? 4. Aceleración normal y tangencial. ¿Qué característica tiene cada una? ¿Cómo

se determina su magnitud, dirección y sentido? 5. Métodos gráficos de velocidad y aceleración. ¿En qué benefician estos polígonos? 6. Ecuación de lazo vectorial. ¿Sirve como referencia la ecuación obtenida en el análisis de posición?





2. Estime la velocidad angular del eslabón de entrada y considérela constante.

3. Dimensione correctamente el EMA, a fin de usar dichas dimensiones como datos de entrada.

4. Una vez que obtenga las dimensiones, verifique su desplazamiento angular. Considere una posición inicial del eslabón de entrada y especifique como 0°. Verifique hasta dónde se desplaza como máximo el EMA.

5. Con base en esos datos y con ayuda del diagrama, obtenga las ecuaciones de lazo vectorial que representen al EMA.

6. Con ayuda de Matlab (u otro programa que conozca), desarrolle un programa de computadora que le permita obtener las características de movimiento, con intervalos de un grado de movimiento del eslabón de entrada. Incluya el listado del programa y la impresión de los gráficos obtenidos, así como el disco con los resultados del programa. Para el tabulado, guíese con la siguiente tabla:

Elemento mecánico automotriz

Posición de la

manivela (°)

Velocidad angular

(rad/s) o lineal v (unid/s) del

eslabón de salida

Aceleración angular (rad/s2) o lineal a

(unid/s2) del eslabón de salida

Observaciones

0 0 inicio del mov.

: : :

360 0 final del mov.

7. De acuerdo a la tabulación que obtenga para cada uno de los EMA,

realice las gráficas que correspondan (- o - v,- α o - a





laboratorio.




Notas



Práctica No. 5

" Análisis cinemático de Levas "

Z a c a t e n c o

Objetivo:

Al término de esta práctica, el alumno podrá establecer las características geométricas de movimiento de un mecanismo leva - seguidor cualquiera a partir de la medición del desplazamiento del seguidor.

Material a emplear:


Material básico:




1. Leva y tipos de levas. ¿Cuáles son los más comunes? 2. Seguidor y tipos de seguidores. ¿Tipos de movimientos? 3. Nomenclatura en un sistema leva – seguidor. ¿Cuáles son? 4. Obtención gráfica del perfil de una leva. 5. Leyes de movimiento estándar.



Para el mecanismo de leva:

1. Obtenga las dimensiones geométricas más importantes de la leva y el seguidor.

2. Con el medidor de carátula, tome la lectura de desplazamiento del seguidor considerando que la leva gira en sentido horario con una velocidad angular constante, con incrementos de 5°.

3. Tabule los datos obtenidos e indique las características que considere más importantes, señalando cuales son las leyes de movimiento que rigen el comportamiento del seguidor y por qué llega a tal conclusión.

Rotación de la leva

(°)

Desplazamiento del seguidor s (mm)

Incremento de Desp.

s (mm)

Observaciones

0 0 0 inicio del mov.

: : : mov. cicloide

360 0 0 final del mov.

4. Dibuje el perfil de la leva a una escala conveniente. No olvide las nociones del curso de dibujo mecánico.

5. Establezca las ecuaciones de movimiento del seguidor y calcule el desplazamiento, la velocidad, la aceleración y el tirón (jerk) del mismo mediante el empleo de una hoja de cálculo (Lotus, Excel, etc.) para cada uno de los puntos de lectura señalados anteriormente. Considere que la leva gira con una velocidad angular constante e igual a 60 rpm. Tabule sus resultados en la forma siguiente:

Rotación de

la leva (°)

Desplazamiento s (mm)

Velocidad v (mm/s)

Aceleración a (mm/s² )

Tirón (Jerk) j (mm/s³)

Ley de movimiento

0 0 0 0 0 inicio del mov.

: : : : : :

360 0 0 0 0 final del mov.

6. Realice las gráficas s-, v-, a-, j- y el perfil de la leva por computadora.





laboratorio.




Notas



Práctica No. 6

" Trenes de engranajes "

Z a c a t e n c o

Objetivo:

Al término de esta práctica, el alumno podrá calcular y/o diseñar la relación de velocidad de un tren de engranajes ordinario y epicicloidal cualquiera, con el fin de conocer los cambios de velocidades de dichos trenes.

Material a emplear:


Material básico:




1. Ley fundamental del engranaje. 2. Relación de velocidad o Valor del tren. 3. Tren de engranajes simple 4. Tren de engranajes compuesto y recurrente. 5. Tren de engranajes planetarios o epicíclicos.



Para el tren de engranaje:

1. Considere una caja de velocidades como la mostrada en la figura.

2. Trace el diagrama cinemático de cada uno de los trenes de engranajes utilizado.

3. Analice y describa el funcionamiento de cada uno de los trenes empleados. Cuente el número de dientes de cada engrane.

4. Calcule el valor del tren y la velocidad de salida para cada arreglo de los diferentes trenes de engranajes; suponga una velocidad angular constante de 1 rpm en el eje motriz.

5. Indique al menos una aplicación de los trenes de engranajes diferente a las expuestas en clase





laboratorio.




Notas

prácticas de elementos mecánicos automotrices

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