VICERRECTORADO ACADÉMICO Unidad de Desarrollo Educativo

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1 1. DATOS INFORMATIVOS VICERRECTORADO ACADÉMICO ASIGNATURA: MECANISMOS DEPARTAMENTO: CIENCIAS DE LA ENERGÍA Y MECÁNICA DOCENTE: Ing. Oswaldo Jácome. CÓDIGO: EMEC NRC: 2794 CARRERAS: INGENIERÍA MECATRÓNICA. PERÍODO ACADÉMICO: SEPTIEMBRE 2012 FEBRERO 2013 FECHA ELABORACIÓN: septiembre./2013 NIVEL: Sexto CRÉDITOS: 4 ÁREA DEL CONOCIMIENTO: ÁREA DE DISEÑO Y MECÁNICA COMPUTACIONAL. SESIONES/SEMANA: TEÓRICAS: 4H LABORATO RIOS: EJE DE FORMACIÓN: PROFESIONAL PRE-REQUISITOS: MECÁNICA DE MATERIALES I [EMEC-24051] CO-REQUISITOS: DISEÑO DE ELEMENTOS DE MÁQUINAS [EMEC-30013] DESCRIPCIÓN DE LA ASIGNATURA: La teoría de los mecanismos y las máquinas es una ciencia aplicada que sirve para comprender las relaciones entre la geometría y los movimientos de las piezas de una máquina o un mecanismo, y las fuerzas que generan tales movimientos. La asignatura se puede dividir naturalmente en tres partes. La primera se refiere a la cinemática, que es el análisis de los movimientos de las piezas de las máquinas (Análisis de posición, velocidad y aceleración). Esto constituye la base para la segunda parte que se ocupa del estudio de la cinética, las fuerzas de las máquinas que varían en el tiempo y los fenómenos dinámicos resultantes que deben considerarse en su diseño (Análisis de fuerzas dinámicas). Por último, la tercera parte se encarga del estudio de los métodos de diseño de mecanismos y componentes de máquinas (Diseño de levas, Engranajes, Síntesis de mecanismos). UNIDADES DE COMPETENCIAS A LOGRAR: GENÉRICAS: 1. Interpreta y resuelve problemas de la realidad aplicando métodos de la investigación, métodos propios de las ciencias, herramientas tecnológicas y variadas fuentes de información científica, técnica y cultural con ética profesional, trabajo equipo y respeto a la propiedad intelectual. 2. Demuestra en su accionar profesional valores universales y propios de la profesión en diversos escenarios organizacionales y tecnológicos, fomentando el desarrollo de las ciencias, las artes, el respeto a la diversidad cultural y equidad de género. ESPECÍFICAS: INGENIERÍA MECATRÓNICA. 1. Diseña y construye sistemas mecatrónicos de acuerdo a las necesidades del medio, seleccionando procesos de fabricación para obtener un trabajo eficiente. ELEMENTO DE COMPETENCIA: Aplica los conceptos y leyes fundamentales de la Mecánica de Máquinas, mediante la utilización de técnicas y procedimientos para resolver problemas prácticos y desarrollar el pensamiento lógico, con orden, creatividad y precisión. RESULTADO FINAL DEL APRENDIZAJE: Diseño de una máquina o mecanismo, utilizando conceptos y leyes fundamentales de la Mecánica de Máquinas. CONTRIBUCIÓN DE LA ASIGNATURA A LA FORMACIÓN PROFESIONAL: Esta asignatura corresponde a la tercera etapa del eje de formación profesional, proporciona al futuro profesional conceptos, leyes y principios de los mecanismos y las máquinas, para comprender las relaciones entre la geometría, los movimientos y las fuerzas que generan tales movimientos en una máquina; con el apoyo de asignaturas del área de diseño y mecánica computacional facilita el diseño de mecanismos y componentes de máquinas. 1

2 VICERRECTORADO ACADÉMICO 2. SISTEMA DE CONTENIDOS Y PRODUCTOS DEL APRENDIZAJE POR UNIDADES DE ESTUDIO No. 1 2 UNIDADES DE ESTUDIO Y SUS CONTENIDOS Unidad 1: MECANISMOS. GEOMETRÍA DEL MOVIMIENTO, POSICIÓN Y DESPLAZAMIENTO. ANÁLISIS CINEMÁTICO DEL MECANISMO LEVA-SEGUIDOR 1.1 GEOMETRÍA DEL MOVIMIENTO. POSICIÓN Y DESPLAZAMIENTO Introducción. Síntesis y análisis Terminología, definiciones e hipótesis: Tipos de mecanismos, tipos de movimiento y tipos de pares Movilidad. Inversión cinemática. Ley de Grashof Representación esquemática de un mecanismo Trayectorias. Diagramas cinemáticos Mecanismos desmodrómicos para usos específicos 1.2 POSICIÓN Y DESPLAZAMIENTO Ecuación de cierre del circuito. Mecanismo de Ginebra o cruz de Malta Análisis gráfico de la posición de mecanismos planos Análisis gráfico por trayectorias: Mecanismo Whitworth de retroceso rápido, Mecanismo de cucharón con engranajes Wellman, Mecanismo de la cabeza de una máquina de coser Análisis algebraico de la posición: Mecanismo biela manivela, Mecanismo de cierre de una inyectora, Mecanismo de retorno rápido, Mecanismo de cuatro barras con acoplador, Mecanismo manivela-corredera invertido, Mecanismo de corredera y ruedas dentadas 1.3 LEVAS Diagramas cinemáticos. Curvas base Construcción de levas: Trazado de la leva, ángulo de presión, tamaño de la leva Tipos de seguidores Tipos de levas: Leva de disco con seguidor radial de rodillo, Leva de disco con seguidor de rodillo no radial, Leva de disco con seguidor de cara plana alternativo Diseño analítico de levas Leyes para el movimiento del seguidor Movimiento uniforme, Movimiento armónico simple Movimiento cicloidal, Movimiento polinomial Proyectos de levas Unidad 2: VELOCIDADES EN LAS MÁQUINAS. ACELERACIONES EN LAS MÁQUINAS 2.1 VELOCIDADES EN LAS MÁQUINAS Definición. Velocidad relativa de dos puntos y dos cuerpos. Métodos de resolución Método de las velocidades relativas. Velocidad angular aparente, contacto directo y por rodadura: Mecanismo del carro portaherramienta de una máquina talladora de engranajes, Mecanismo de desconexión de un interruptor de aceite EVIDENCIA DEL APRENDIZAJE Y SISTEMA DE TAREAS Producto de unidad: CONOCE Y ANALIZA CONCEPTOS DE LA CIENCIA DE LOS MECANISMOS Y SU UTILIDAD EN EL DISEÑO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS. CONOCE LAS FUNCIONES, COMBINACIONES Y VARIANTES DE LOS MECANISMOS ARTICULADOS, USADOS EN LAS MÁQUINAS. CALCULA PARÁMETROS CINEMÁTICOS PARA EL ANÁLISIS DE POSICIÓN. DISEÑA Y ANALIZA EN FORMA GEOMÉTRICA MECANISMOS LEVA SEGUIDOR UTILIZANDO MÉTODOS GRAFO ANALÍTICOS Y COMPUTACIONALES. Tarea principal 1.1: Comprende la Geometría del movimiento, terminología, definiciones y nomenclatura utilizada en mecanismos. Tarea principal 1.2: Resuelve ejercicios relacionados con trayectorias y diagramas cinemáticos de mecanismos desmodrómicos de forma adecuada. Calcula parámetros cinemáticos para el análisis de posición de una máquina o mecanismo simple o compuesto de correderas o engranajes, apoyándose en técnicas analíticas computacionales. Tarea principal 1.3: Utiliza software específico para simulación: Calcula y analiza posición y desplazamiento de mecanismos desmodrómicos. Tarea principal 1.4: Realiza prácticas de laboratorio: Fuerza centrífuga. Análisis de levas. Resuelve ejercicios relacionados con diseño de mecanismos leva seguidor de forma adecuada. Producto de unidad: CALCULA PARÁMETROS CINEMÁTICOS, POSICIÓN, VELOCIDAD Y ACELERACIÓN DE UNA MÁQUINA O MECANISMO SIMPLE O COMPUESTO DE CORREDERAS O ENGRANAJES, APOYÁNDOSE EN TÉCNICAS ANALÍTICAS COMPUTACIONALES. Tarea principal 2.1: Resuelve ejercicios relacionados con velocidades en las máquinas de forma adecuada, utilizando métodos gráficos y analíticos. 2

3 VICERRECTORADO ACADÉMICO Método de las componentes ortogonales Método de los centros instantáneos. Localización de centros instantáneos de velocidad: Mecanismo de cuatro barras, Centro instantáneo en un punto de contacto por rodadura, Mecanismo invertido de corredera y manivela Análisis de la velocidad utilizando álgebra compleja: Mecanismo biela manivela, Mecanismo de cierre de una inyectora, Mecanismo de retorno rápido, Mecanismo de cuatro barras con acoplador, Mecanismo manivela-corredera invertido 2.2 ACELERACIONES EN LAS MÁQUINAS Definición. Relaciones fundamentales Aceleración relativa de dos puntos cualesquiera: Mecanismo de cuatro eslabones, Mecanismo de la cabeza de una máquina de coser, Motor estrella de avión de cinco cilindros, Motor de avión en V de 12 cilindros Aceleración relativa de un par de puntos coincidentes. Ley de Coriolis: Ejercicios aceleración de Coriolis Método analítico de análisis de aceleración: Mecanismo biela manivela, Mecanismo de cuatro barras con acoplador, Mecanismo manivela-corredera invertido (Revisar) Tarea principal 2.2: Resuelve ejercicios relacionados con análisis de aceleraciones en las máquinas (aceleración de Coriolis) de forma adecuada, utilizando métodos gráficos y analíticos. Tarea principal 2.3: Realiza prácticas de laboratorio: Aceleración de Coriolis. Utiliza software específico para simulación: Analiza y grafica velocidades utilizando diversos métodos de resolución. Analiza y grafica aceleraciones (aceleración de Coriolis) en mecanismos. Unidad 3: ANÁLISIS DE FUERZAS DINÁMICAS. SÍNTESIS DE MECANISMOS. ENGRANAJES Producto de unidad: ANALIZA FUERZAS DINÁMICAS EN MECANISMOS TIPO, UTILIZANDO EL MÉTODO DE SOLUCIÓN NEWTONIANO. CONOCE Y ANALIZA CONCEPTOS DE SÍNTESIS DE MECANISMOS Y ENGRANAJES, Y SU UTILIDAD EN EL DISEÑO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS ANÁLISIS DE FUERZAS DINÁMICAS Análisis de fuerzas en cuerpos rígidos y elásticos Centroides y centros de masa. Momento de inercia Fuerzas de inercia y Principio de D Alembert Método de solución Newtoniano: Rotación de un eslabón rígido, Mecanismo articulado de tres barras de manivelacorredera, Mecanismo de cuatro barras, Mecanismo de cuatro barras de manivela-corredera, Mecanismo con más de cuatro barras Análisis dinámico de un compresor alternativo: Cálculo de la fuerza estática debido a la presión del aire, Solución de las ecuaciones vectoriales, Determinación de las masas e inercias, Cálculo del volante 3.2 SÍNTESIS DE MECANISMOS Definición. Clasificación Síntesis de generación de funciones Síntesis de guiado del acoplador Síntesis de generación de trayectorias Curvas de acoplador 3.3 ENGRANAJES Introducción. Clasificación de los engranes Nomenclatura de los engranes. Ecuación de la involuta Socavación e interferencia. Curvas conjugadas Tarea principal 3.1: Resuelve ejercicios relacionados con análisis de fuerzas dinámicas en mecanismos de forma adecuada. Tarea principal 3.2: Resuelve ejercicios relacionados con síntesis de mecanismos y engranajes de forma adecuada. Tarea principal 3.3: Realiza prácticas de laboratorio: Balanceo estático y dinámico. Balanceo de un motor multicilíndrico. Utiliza software específico para simulación: Analiza y grafica fuerzas de inercia. 3. RESULTADOS Y CONTRIBUCIONES A LAS COMPETENCIAS PROFESIONALES: LOGRO O RESULTADOS DE APRENDIZAJE A. Manejar parámetros básicos utilizados para resolución de ejercicios. NIVELES DE LOGRO A Alta B Media C Baja El estudiante debe Analiza y comprende conceptos de Geometría del movimiento y nomenclatura utilizada en mecanismos. 3

4 B. Conocer las funciones, combinaciones y variantes de los mecanismos articulados, así como de los métodos de análisis de posición y desplazamiento usados en las máquinas. C. Manejar conceptos básicos e información relacionada con posición y desplazamiento de mecanismos. D. Identificar, diseñar y analizar en forma geométrica mecanismos leva seguidor utilizando métodos grafo analíticos y computacionales. E. Manejar conceptos sobre definición y métodos de resolución para la determinación de velocidades de una máquina o mecanismo. F. Calcular parámetros cinemáticos, posición y velocidad de una máquina o mecanismo simple o compuesto de correderas o engranajes, apoyándose en técnicas analíticas computacionales. G. Manejar conceptos sobre definición y relaciones fundamentales para la determinación de aceleraciones de una máquina o mecanismo. H. Calcular parámetros cinemáticos, posición, velocidad y aceleración de una máquina o mecanismo simple o compuesto de correderas o engranajes, apoyándose en técnicas analíticas computacionales. I. Fundamentar y realizar el estudio de parámetros para el análisis de fuerzas dinámicas en mecanismos básicos. J. Manejar software específico para resolver problemas de análisis de fuerzas dinámicas. K. Analizar y dimensionar mecanismos, con teoría de síntesis de mecanismos. L. Realizar análisis de síntesis de mecanismos y de parámetros para la utilización de engranajes, bajo diferentes condiciones de diseño. VICERRECTORADO ACADÉMICO x Sustenta el procedimiento detallado para analizar diferentes tipos de mecanismos y determinar trayectorias y diagramas cinemáticos, en el tiempo estipulado. Modela, planteando adecuadamente relaciones para el análisis de posición y desplazamiento de mecanismos. Sustenta y desarrolla diseños prácticos de diferentes tipos de mecanismos leva seguidor. Establece parámetros cinemáticos, posición y velocidad en una máquina o mecanismo simple o compuesto, mediante métodos gráficos y analíticos para el cálculo. Sustenta principios y teorías que rigen el análisis de velocidades en las máquinas. Establece parámetros cinemáticos, posición, velocidad y aceleración en una máquina o mecanismo simple o compuesto, mediante métodos gráficos y analíticos para el cálculo. Sustenta principios y teorías que rigen el análisis de aceleraciones en las máquinas. Identifica conceptos básicos para el análisis de fuerzas dinámicas y examina con criterio sus resultados. Emplea: WorkingModel, Mathcad 14, SolidWorks y AutoCAD, para la simulación analítica y gráfica de problemas de mecanismos. Establece parámetros y analiza mecanismos (síntesis de mecanismos) para el diseño de varios sistemas y examina con criterio sus resultados. Sustentación y desarrollo de diseños prácticos utilizando teoría de síntesis de mecanismos. 4. FORMAS Y PONDERACIÓN DE LA EVALUACIÓN 4

5 VICERRECTORADO ACADÉMICO TÉCNICAS E INSTRUMENTOS Tareas Investigación Lecciones Pruebas 1er Parcial 2do Parcial 3 3 3er Parcial Laboratorios/informes 3 3 Evaluación conjunta Producto de unidad Defensa del Resultado final del aprendizaje y documento Total: PROYECCIÓN METODOLÓGICA Y ORGANIZATIVA PARA EL DESARROLLO DE LA ASIGNATURA Se emplearán variados métodos de enseñanza para generar un aprendizaje de constante actividad, para lo que se propone la siguiente estructura. Se desarrollarán las fases del ciclo experiencial de aprendizaje, es decir, partiendo de la experiencia concreta, luego hacia la reflexión, posteriormente conceptualización, finalmente la aplicación. Se cierra el ciclo con una nueva experiencia, que implica el dominio del nuevo conocimiento adquirido. Concretando la Planificación de la gestión de aula mediante el ciclo de aprendizaje, tenemos: Experiencia Concreta. Discusión con los estudiantes sobre experiencias del tema (contenido/actividad), especificando recursos y tiempo (1,0 hora). Reflexión. Elaboración de preguntas relacionadas con el tema (contenido/actividad) para la reflexión del estudiante, especificando recursos y tiempo (1,0 hora). Conceptualización Abstracta. Exposición magistral de contenidos de estudio, mediante síntesis y generalización, resolución de problemas, elaboración de diagramas o gráficos y simulación de problemas prácticos; especificando recursos y tiempo (2,0 horas). Aplicación. Resolución de problemas originales, creación y solución de casos, planificación de un proyecto y prácticas de laboratorio, especificando recursos y tiempo (1,0 horas). Nueva experiencia. Discusión de los aspectos que intervinieron en el tema (contenido/actividad). Resolver problemas de aplicación en forma individual o grupal según la aplicación para evaluar el aprendizaje, especificando recursos y tiempo (1,0 horas). Nota: El ciclo experiencial establecido se ha efectuado en un tiempo estimado de 6 horas, para el tema planteado. El empleo de las TIC en los procesos de aprendizaje: Las TIC, tecnologías de la información y la comunicación, se las emplearán para realizar las simulaciones de los temas tratados en el aula y presentaciones. Se realizan clases prácticas utilizando simuladores para desarrollar las habilidades proyectadas en función de las competencias establecidas. Se utilizarán los siguientes simuladores: WorkingModel, Mathcad 14, SolidWorks, AutoCAD, WinMecC. Además, los estudiantes deben tener las competencias para resolver: derivadas, teoría básica de dibujo mecánico, teoría de números complejos, diagramación de cuerpos libres y fundamentos de Estática y Dinámica; utilizando calculadoras científicas o sin ellas. 5

6 6. DISTRIBUCIÓN DEL TIEMPO VICERRECTORADO ACADÉMICO TOTAL HORAS CONFERENCIAS ORIENTADORAS DEL CONTENIDO CLASES PRÁCTICAS (Talleres) LABORATORIOS CLASES DEBATES CLASES EVALUACIÓN Trabajo autónomo del estudiante TETO GUÍA DE LA ASIGNATURA TÍTULO AUTOR EDICIÓN AÑO IDIOMA EDITORIAL 1. Teoría de Máquinas y Mecanismos Joseph Edward Shigley, Jhon Joseph Uicker, Jr. Tercera edición 1988 Español McGraw Hill 8. BIBLIOGRAFÍA RECOMENDADA TITULO AUTOR EDICIÓN AÑO IDIOMA EDITORIAL 2. Mecánica de Máquinas C. W. Ham, E. J. Crane, W. L. Rogers. 3. Diseño de Maquinaria. Síntesis y Robert L. Norton análisis de máquinas y mecanismos Cuarta edición Tercera edición 1961 Español McGraw Hill 2005 Español McGraw Hill 9. LECTURAS PRINCIPALES QUE SE ORIENTAN REALIZAR LIBROS REVISTAS SITIOS WEB TEMÁTICA DE LA LECTURA PÁGINAS Y OTROS DETALLES Mecanismos con Mathcad. Fernando Olmedo. Primera Edición. Editorial ESPE. Problemas resueltos de Teoría de Máquinas y Mecanismos. J. C. García Prada. Thomson editores. España, Análisis de mecanismos (Método analítico). Análisis de Fuerzas Dinámicas. Introducción a la Teoría de Máquinas y Mecanismos. Cinemática de Máquinas. Método analítico para el análisis de posición, velocidad y aceleración de mecanismos planos. Determinación de fuerzas dinámicas. Págs Conceptos básicos. Grados de libertad de un mecanismo. Técnicas para la determinación de velocidades y aceleraciones. Págs Sofware específico para Mecanismos. Utilizar software específico para simulación. Workingmodel Diseño Mecánico con SolidWorks Sofware específico para diseño de elementos de máquinas, (modelado y simulación de movimientos). Utilizar software específico para simulación. SolidWorks Modules: SolidWorks Motion. Manual de Mathcad Sofware específico para Mecanismos Utilizar software específico para ejecutar, documentar y compartir cálculos y trabajos de diseño Manual de WinMecC Sofware específico para Mecanismos. Utilizar software específico para simulación. WinMecC. 6