INTRODUCCION A LOS MECANISMOS 1
INTRODUCCION Poseer conocimientos de la topología de las máquinas (tipos, formas, usos de los componentes de las máquinas y sobre sus mecanismos y subsistemas constituyentes) Poseer conocimientos sobre análisis de máquinas, que le permitan interpretar sus diferentes partes y especialmente conocer las relaciones entre los movimientos y las fuerzas que sobre el conjunto y sus partes puedan actuar Poseer conocimiento de diseño y cálculo de los elementos mecánicos que le permitan construir máquinas seguras, que no fallen durante su vida útil Conocimiento sobre síntesis de máquinas (mecanismos constituyentes), que le permitan el diseño o rediseño de máquinas en función de necesidades cambiantes, habilidad en el manejo diverso de instrumental al servicio del control de las máquinas, seguridad e interacción con otros profesionales
INTRODUCCION Al observar el movimiento de una máquina se descubre un conjunto mecánico de miembros (idealizado como rígidos), que reciben energía de alguna forma y la emplean para conseguir un fin determinado (transmitir potencia o realizar movimiento). 3
INTRODUCCION Luego para el estudio de una máquina, se hace necesario el estudio de las fuerzas que han de aplicarse para conseguir la finalidad propuesta y el estudio del movimiento de las partes que constituyen dicha máquina. De esta forma, se deberá estudiar las trayectorias recorridas por determinados puntos que pertenecen a diferentes órganos de las máquinas, y la forma en que se recorren dichas trayectorias: velocidades y aceleraciones; en definitiva si el estudio se centra en el movimiento de una máquina (o de un elemento) prescindiendo de sus causas se hablará de cinemática de las máquinas. Por el contrario, si lo que interesa es el estudio de las fuerzas, ligado al efecto producido (el movimiento), se abarca la disciplina de la dinámica de máquinas (cinética) 4
DEFINICIONES BASICAS Mecánica de máquinas: Ciencia que estudia las leyes que regulan el movimiento de los diversos elementos o piezas de las máquinas y las fuerzas que esos elementos transmiten. 5
DEFINICIONES BASICAS Máquinas y mecanismos. Máquina: Reulaux define máquina como una "combinación de cuerpos resistentes de manera que, por medio de ellos, las fuerzas mecánicas de la naturaleza se pueden encauzar para realizar un trabajo acompañado de movimientos determinados". Máquina: Es un mecanismo o conjunto de mecanismos que transmiten fuerzas o potencia bajo cierta consideración, desde la fuente de energía a la resistencia a vencer o al trabajo a realizar 6
DEFINICIONES BASICAS Máquinas y mecanismos. Mecanismo: Por otra parte, define mecanismo como una "combinación de cuerpos resistentes conectados por medio de articulaciones móviles para formar una cadena cinemática cerrada con un eslabón fijo, y cuyo propósito es transformar el movimiento. Mecanismo: Combinación de cuerpos que forman un dispositivos para transmitir y transformar un movimiento en otro. La combinación ó unión entre los elementos debe ser de tal forma que el movimiento de uno obliga a moverse a los demás, de acuerdo a las leyes que dependen de la naturaleza de la combinación. 7
DEFINICIONES BASICAS Armadura: Conjunto de cuerpos o elementos estáticos que soportan los cuerpos que se mueven o mecanismos. También suele llamarse bastidores o estructuras. 8
DEFINICIONES BASICAS Eslabones: En la definición tanto de máquina como de mecanismo (según Reuleaux) se habla de una "combinación de cuerpos resistentes", estos cuerpos resistentes que son elementos constitutivos del mecanismo reciben, de forma genérica, el nombre de eslabones pudiendo adquirir nombres particulares dependiendo de la función que realicen. 9
CLASIFICACION DE LOS MECANISMOS 1. Se clasifican de acuerdo a los movimientos característicos de sus eslabones PLANOS ESFERICOS ESPACIALES Mecanismos Planos, todos sus eslabones describen curvas en un solo plano o en planos paralelos, son mecanismos bidimensionales. Ej: la leva y su seguidor, un mecanismo de cuatro barras, un mecanismos de biela manivela Mecanismos Esféricos, cada eslabón tiene algún punto que se mantiene estacionario y otro que describe un movimiento esférico. Ej: la junta universal de Hooke. Mecanismos Espaciales, no incluyen restricción alguna en los movimientos relativos de sus eslabones. Ej: cualquier mecanismo que comprenda un par de tornillo puesto que el movimiento relativo dentro del par de tornillo es helicoidal. 11
CLASIFICACION DE LOS MECANISMOS 2. Según la naturaleza de sus elementos Mecanismos de barras Mecanismos de ruedas Mecanismos de levas Mecanismos de tornillo Mecanismos flexibles Mecanismos de trinquete 12
DEFINICIONES BASICAS Pares cinemáticos Pero los eslabones deben estar unidos entre sí "por medio de articulaciones móviles" es decir de forma que se permita el movimiento relativo entre ellos. A estas uniones móviles de dos eslabones entre sí se las denomina pares cinemáticos o simplemente pares. Los pares se clasifican según la naturaleza del contacto en: Pares superiores: El contacto es lineal o puntual. Pares inferiores: El contacto es superficial. 13
PARES CINEMATICOS 1. Par giratorio o rotativo: Sólo permite rotación relativa y por consiguiente un sólo grado de libertad. 14
PARES CINEMATICOS 2. Par prismático: Permite únicamente movimiento relativo de deslizamiento. También posee un único grado de libertad; la longitud del deslizamiento (el desplazamiento). 15
PARES CINEMATICOS 3. Par de tornillo o par helicoidal: Permite los movimientos relativos de rotación y traslación aunque posee un sólo grado de libertad por estar los dos movimientos relacionados entre sí. 16
PARES CINEMATICOS 4. Par cilíndrico: Permite la rotación angular y la traslación pero de forma independiente, por lo que posee dos grados de libertad. 17
PARES CINEMATICOS. 5. Par esférico o de rótula: Posee tres grados de libertad, una rotación según cada uno de los ejes de coordenadas. 18
PARES CINEMATICOS 6. Par plano: Posee tres grados de libertad, dos correspondientes a los desplazamientos sobre el plano y uno al giro según un eje perpendicular al plano. 19
PARES CINEMATICOS Los demás pares se conocen como pares superiores (contacto puntual o lineal) y entre otros cabe destacar: El contacto de dos dientes engranando. El contacto de un seguidor con la leva. Una rueda sobre un riel. 20
Identificación de pares, mecanismos 21
CADENAS CINEMATICAS Cadena Cinemática: "agrupación de varios eslabones unidos por medio de pares cinemáticos". Cuando cada eslabón de la cadena cinemática se conecta al menos con otros dos, esta forma uno o más bucles cerrados, definiéndose una (ó varias) cadena cinemática cerrada, en caso contrario se tiene una cadena cinemática abierta. Para que una cadena cinemática se convierta en mecanismo, se necesita que "un eslabón esté fijo", de forma que el movimiento de todos los demás puntos se medirá con respecto al eslabón que se considere fijo. 22
MOVILIDAD DE MECANISMOS Se denomina número de grados de libertad de un mecanismo ó movilidad del mismo, al número de parámetros de entrada que se debe controlar independientemente con el fin de llevar al mecanismo a una posición en particular. Si un mecanismo plano posee n eslabones, cada uno de ellos, antes de conectarse, poseerá tres grados de libertad, excepto el eslabón fijo ó bancada. Luego antes de conectarse, el número de grados de libertad será de: 3 (n-1) A medida que se van conectando eslabones por medio de pares, se está restringiendo el movimiento relativo entre ellos por lo tanto, una vez conectados todos los eslabones, el número de grados de libertad del mecanismo será: m = 3 (n-1) -2 j1-j2 Siendo: m: grados de libertad del mecanismo. n: número de eslabones del mecanismo. j1: n.º de pares con un grado de libertad (restringe otros dos). j2: n.º de pares con dos grados de libertad (restringe uno). Esta ecuación se conoce como el criterio de KUTZBACH para movilidad de mecanismos planos. 23
MOVILIDAD DE MECANISMOS El criterio de Grübler: es el mismo que el de Kutzbach pero siendo j2 = 0 (sólo pares que permitan un sólo movimiento relativo entre eslabones) y haciendo la movilidad igual a la unidad: 1 = 3 (n - 1) - 2 j1 3 n - 2 j1-4 = 0 Si el mecanismo fuese espacial, las expresiones matemáticas de los criterios de Kutzbach y Grübler serían las siguientes: m = 6 (n-1) - 5 j1-4 j2-3 j3-2 j4 - j5 6 n - 5 j1-7 = 0 24
MOVILIDAD DE DIFERENTES MECANSIMOS 25
CICLO PERIODO Y FASE Cuando todas las partes de un mecanismo, después de pasar por todas las posiciones posibles, vuelven a sus posiciones relativas originales, se dice que se ha completado un ciclo de movimiento. El tiempo empleado en completar dicho ciclo, se denomina periodo. Las posiciones ocupadas por los elementos del mecanismo en cualquier instante del ciclo se denominan fases. 26