TEORÍA DE MECANISMOS 1.- INTRODUCCIÓN TMM

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1 TEORÍA DE MECANISMOS 1.- INTRODUCCIÓN TMM Departamento de Ingeniería Mecánica 1

2 Teoría de Mecanismos NIVELES 0) CONOCIMIENTOS PREVIOS Y FUNDAMENTOS TMM ELEMENTO/MIEMBRO EXPRESIÓN GRÁFICA MECÁNICA RESISTENCIAS PASIVAS TEORÍA GENERAL DEL ENGRASE MATERIALES Análisis de deformaciones y tensiones Características mecánicas Ensayos mecánicos CONJUNTO SISTEMA RECEPTOR Necesidades Función Características SISTEMA MOTRIZ Propiedades Características Sectores industriales, relacionados con T.M.M. MÉTODOS DE CÁLCULO ; ANALÍTICOS Y POR ORDENADOR A) CINEMÁTICO (DISEÑO INICIAL) B) DINÁMICO (PREDIMENSIONADO) C) CÁLCULO Y DISEÑO D) CONSTRUCCIÓN E) ENSAYO Y CORRECTO FUNCIONAMIENTO CLASIFICACIÓN (Por pares cinemáticos) DESCRIPCIÓN PREDIMENSIONADO DE ELEMENTOS COEFICIENTE DE SEGURIDAD CÁLCULO, COMPROBACIÓN Y ELECCIÓN DE ELEMENTOS UNIONES REGÍMENES DE LUBRICACIÓN FABRICACIÓN (TALLA, ETC.) ACABADO SUPERFICIAL AJUSTES, TOLERANCIAS, ETC. NORMALIZACIÓN EQUILIBRADO (Procedimiento) VIBRACIONES DESGASTE, CORROSIÓN Y FATIGA SUPERFICIAL ANÁLISIS DE MECANISMOS SÍNTESIS DE MECANISMOS ANÁLISIS DINÁMICO Volante, regulación, frenado COEFICIENTES DE SEGURIDAD -TEORÍA DE FUSIBLES MECÁNICOS -DISEÑO DE CONJUNTO -SISTEMA DE SUSTENTACIÓN Carcasa (Estanqueidad), Bancada, etc. SIST. LUBRICACIÓN Y REFRIGERACIÓN PREVISIÓN Y NORMAS DE MONTAJE PROGRAMA DE MANTENIMIENTO ENSAYOS REGLAMENTACIÓN EQUILIBRADO VIBRACIONES AISLAMIENTOS ENSAYOS Y VERIFICACIONES Dimensionales Funcionales Ruidos y vibraciones Departamento de Ingeniería Mecánica 2

3 Definiciones MÁQUINA Combinación de cuerpos resistentes, unidos entre sí, con determinados movimientos relativos, que transmiten fuerzas desde una fuente de energía determinada hasta el lugar donde han de ser vencidas las resistencias. Departamento de Ingeniería Mecánica 3

4 Definiciones MECANISMO Combinación de elementos de modo que permitan conseguir determinados movimientos Departamento de Ingeniería Mecánica 4

5 Definiciones ESTRUCTURA Combinación de cuerpos resistentes, capaces de transmitir fuerzas o de portar cargas, pero cuyas partes no tienen movimiento relativo. Departamento de Ingeniería Mecánica 5

6 Definiciones PIEZA Parte indivisible de un elemento o de un mecanismo. Departamento de Ingeniería Mecánica 6

7 Definiciones ELEMENTO O MIEMBRO Parte de una máquina o mecanismo que posee movimiento relativo con cualquier otra. Departamento de Ingeniería Mecánica 7

8 Definiciones Un miembro puede estar constituido por varias piezas independientes, pero solidarias entre sí en el montaje. En una máquina, el número de piezas supera en general al número de miembros de que consta. Departamento de Ingeniería Mecánica 8

9 Definiciones PAR DE ELEMENTOS Dos miembros contiguos de una máquina o mecanismo, en contacto permanente, cuyo movimiento relativo les está permitido. Departamento de Ingeniería Mecánica 9

10 Teoría de Mecanismos ELASTICIDAD Y RESISTENCIA DE MATERIALES MECÁNICA: INDUSTRIAL Y DEL SÓLIDO MATERIALES EXPRESIÓN GRÁFICA TECNOLOGÍA MECÁNICA TEORÍA DE MECANISMOS TEORÍA DE LAS ESTRUCURAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS MÁQUINAS TÉRMICAS DISEÑO DE MÁQUINAS FERROCARRILES Y AUTOMÓVILES MÁQUINAS HIDRÁULICAS PROYECTOS Departamento de Ingeniería Mecánica 10

11 Esquema general de un conjunto mecánico SISTEMA MOTRIZ SISTEMA TRANSMISOR SISTEMA RECEPTOR SISTEMA DE SUSTENTACIÓN MÁQUINA Departamento de Ingeniería Mecánica 11

12 Teoría de mecanismos POTENCIA F V, M ω CLASIFICACIÓN POR TIPO DE MÁQUINA: TRANSMISIÓN DE FUERZA DE PAR TRANSMISIÓN DE POSICIÓN TRANSMISIÓN DE POTENCIA TRANSMISIÓN DE INFORMACIÓN APARATOS RELOJES REGULADORES F V M ω CLASIFICACIÓN POR SU UTILIZACIÓN: ELEVACIÓN TRANSPORTE HERRAMIENTAS... Departamento de Ingeniería Mecánica 12

13 Esquema general de un conjunto mecánico S. Alimentación S. Regulación S. Transmisor TRANSMISIONES S. Motriz EJES ÁRBOLES S. Receptor ACOPLAMIENTOS S. Lubricación S. Estanqueidad SISTEMA DE SUSTENTACIÓN Apoyos Carcasa Suspensión Bancada Fundación AISLAMIENTO SOPORTE S. Frenado S. Refrigeración Departamento de Ingeniería Mecánica 13

14 Sistema Transmisor TRANSMISIONES Rígidas Engranajes Cilíndricos Cónicos hiperbólicos Trenes Ordinarios Epicicloidales Ruedas de fricción Cilíndricas Cónicas hiperbólicas TRANSMISIONES Deformables Correas Planas Trapeciales dentadas Cadenas Cables Otras Mecanismos articulados Levas Etc Departamento de Ingeniería Mecánica 14

15 Teoría de Máquinas y Mecanismos SISTEMA MOTOR TRANSMISIONES RÍGIDAS ENGRANAJES CILÍNDRICOS CÓNICOS HIPERBÓLICOS RUEDAS DE FRICCIÓN TRENES DE ENGRANAJES HUSILLO - TUERCA ESLABONAMIENTOS ARTICULADOS LEVAS, EXCÉNTRICAS, TRINQUETES PORTADORES EJES - ÁRBOLES CONECTORES PERMANENTES O ACOPLAMIENTOS RÍGIDOS ELÁSTICOS COMPENSADORES SINFÍN CORONA HIPOIDES ORDINARIOS EPICICLOIDALES FLEXIBLES CORREAS CADENAS CABLES TEMPORALES O EMBRAGUES CONEXIÓN INSTANTÁNEA CONEXIÓN PROGRESIVA SISTEMA RECEPTOR Departamento de Ingeniería Mecánica 15

16 Sistema Transmisor PORTADORES: Ejes, árboles ACOPLAMIENTOS Permanentes Fijos: Platos o bridas de manguito Móviles Axial Radial Angular Temporales (embragues) Otros: hidráulicos, de seguridad, etc. Departamento de Ingeniería Mecánica 16

17 Par elemental Dos miembros contiguos En contacto Con movimiento relativo Clasificación de cierres: 1.- De cierre de forma : el contacto está asegurado por la forma de los dos miembros del par (cilindro-émbolo) Departamento de Ingeniería Mecánica 17

18 Par elemental Leva: 2 Varilla: Cierre de fuerza : el contacto está asegurado por la fuerza que ejerce un elemento elástico interpuesto (leva-válvula) Departamento de Ingeniería Mecánica 18

19 Par elemental Rueda dentada: 2 Rueda dentada: Cierre de enlace el contacto está asegurado por medio de otro miembro del mismo mecanismo (engrane de dos ruedas dentadas) Departamento de Ingeniería Mecánica 19

20 Par elemental. Clasificación de cierres PAR ELEMENTAL Polea: 2 Correa: 3 PAR ELEMENTAL Polea: 2 Polea: 4 PAR ELEMENTAL Émbolo: 2 Émbolo: 4 Cinemática y dinámica de Máquinas A. de Lamadrid, A. de Corral, UPM, Madrid 1992 CIERRE DE FUERZA CIERRE DE ENLACE CIERRE DE ENLACE Departamento de Ingeniería Mecánica 20

21 Par elemental Clasificación según el número de barras o miembros (orden del par o de la junta): Par binario: par formado por dos barras Par ternario: par de tres barras Par P-ario: par formado por P barras Clasificación según la superficie de contacto Par superior (de contacto lineal o puntual) Par inferior (de contacto superficial) Departamento de Ingeniería Mecánica 21

22 Pares fundamentales inferiores Contacto superficial Pares de primer orden (un punto del eslabón describe una curva) Par prismático o de traslación Par de rotación o de revolución Par helicoidal o de tornillo Departamento de Ingeniería Mecánica 22

23 Pares fundamentales inferiores Contacto superficial Pares superficiales o de segundo orden (un punto del eslabón describe una superficie) Par esférico Par plano Par cilíndrico Departamento de Ingeniería Mecánica 23

24 Teoría de Mecanismos CADENA CINEMÁTICA MECANISMOS ARTICULADOS TRENES DE ENGRANAJES PLANO ESPACIO PARES ELEMENTALES DE LA CADENA CINEMÁTICA DE MIEMBROS RÍGIDOS PARES INFERIORES PARES SUPERIORES COJINETES (RODAMIENTOS) FRENOS EMBRAGUES CRUCETA CUÑA TORNILLO LEVAS TRINQUETES PALANCAS RODANTES ENGRANAJES ELÁSTICOS RESORTES BALLESTAS DE MIEMBROS DEFORMABLES FLEXIBLES CORREAS CABLES CADENAS... Departamento de Ingeniería Mecánica 24

25 Par elemental Clasificación según el movimiento relativo entre sus puntos Par de primer grado o lineal Par prismático: describe una línea recta Par de rotación: el punto describe una circunferencia Par helicoidal: describe una hélice Departamento de Ingeniería Mecánica 25

26 Par elemental Par de segundo grado o superficial Par plano: describe un plano Par cilíndrico: describe un cilindro Par esférico: describe una esfera Departamento de Ingeniería Mecánica 26

27 Par elemental Par de tercer grado o espacial Clasificación según el tipo de rozamiento entre las dos piezas Par con deslizamiento: cilindro-pistón Par de rodadura: rueda-carril Par con pivotamiento: quicio-quicionera Departamento de Ingeniería Mecánica 27

28 Cadena cinemática Agrupación de pares elementales Cadena cinemática Abierta Cerrada Departamento de Ingeniería Mecánica 28

29 Cadena cinemática abierta 1er grado lineal () 2º grado superficial ( ) 3er grado espacial P Movilidad de un mecanismo: Punto P ligado a un miembro del par. Estudiamos el movimiento respecto a otro miembro del par. Departamento de Ingeniería Mecánica ( ) 29

30 Cadena cinemática cerrada Agrupación de pares elementales Estructura Desmódromo MECANISMO: Cadena cinemática con un miembro fijo (TIERRA) NOTA: Mecanismo fundamental y sus inversiones. Departamento de Ingeniería Mecánica 30

31 Cadenas cinemáticas con tres pares inferiores Cinemática y dinámica de Máquinas A. de Lamadrid, A. de Corral, UPM, Madrid pares de traslación o 3 pares prismáticos 1 par de rotación + 1 par de traslación + 1 par helicoidal Departamento de Ingeniería Mecánica 31

32 Cuadrilátero articulado Cinemática y dinámica de Máquinas A. de Lamadrid, A. de Corral, UPM, Madrid 1992 Corredera con guía circular excéntrica Departamento de Ingeniería Mecánica 32

33 Mecanismo biela-manivela (I) Cuadrilátero articulado degenerado Una manivela se encuentra en el. Tierra 1 Céntrico Tierra 3 Máquinas alternativas o de émbolo Departamento de Ingeniería Mecánica 33

34 Mecanismo biela-manivela (II) Inversiones Mecanismo de retorno rápido Tierra 2 Bomba de péndulo Tierra 4 Departamento de Ingeniería Mecánica 34

35 Cuadrilátero articulado degenerado (I). Genera una elipse de semiejes CA y CB dos manivelas en el. Tierra 1 Tierra 3 Departamento de Ingeniería Mecánica 35

36 Cuadrilátero articulado degenerado (II). Cinemática y dinámica de Máquinas A. de Lamadrid, A. de Corral, UPM, Madrid 1992 Tierra 2 Junta de Oldham Tierra 3 Departamento de Ingeniería Mecánica 36

37 Número de grados de libertad Número mínimo de parámetros independientes necesarios para definir la configuración geométrica de un sistema en el espacio. Mecanismo en el espacio: 6 gdl 3 traslación 3 de rotación. Departamento de Ingeniería Mecánica 37

38 Número de grados de libertad CRITERIO DE GRÜBLER (GRUEBLER) G=3 ( N-1-2 ) f -f 1 2 Si G>1 mecanismo G- GDL. Si G=1 mecanismo desmodrómico. Si G=0 estructura estáticamente determinada. Si G<0 estructura hiperestática. f 1 : nº pares 1gdl, f 2 : nº pares 2gdl Departamento de Ingeniería Mecánica 38

39 Número de grados de libertad CRITERIO DE RESTRICCIÓN G = ( 2 J-3) - n +3 n +5 n + + ( 2 K-3) n k J Número de nudos del mecanismo n 2 Nº de barras con 2 pares cinemáticos de 1 gdl n 3 Nº de barras con 3 pares cinemáticos de 1 gdl.. Nº de barras con K pares cinemáticos de 1 gdl n k Departamento de Ingeniería Mecánica 39