Análisis cinemático de un mecanismo

REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGÍA

ANTONIO JOSÉ DE SUCRE EXTENSIÓN: PUNTO FIJO

CARRERA: MECÁNICA MENCIÓN MANTENIMIENTO

Integrantes Claudio Hernández 23.680.172 Jerry Gutiérrez 21.156.660

Punto Fijo, 13 de Noviembre de 2015

ESLABON Es un conjunto de piezas rígidamente entre sí, sin movimiento posible entre ellas. Se denomina eslabón o miembro.

Un eslabón es un elemento de una maquina o mecanismo que conecta a otros elementos y que tiene movimiento relativo a ellos. Cada uno de los miembros de una cadena cinemática. Una pieza de un mecanismo o máquina. Los eslabones generalmente se consideran rígidos. En los mecanismos, los eslabones se deben conectar entre sí para transmitir el movimiento desde el eslabón impulsor o de entrada hasta el eslabón seguidor o de salida. El termino eslabón o elemento se utiliza para designar a cada una de las piezas de una maquina o cada uno de los componentes de un mecanismo.

Figura 1.(Eslabón de biela de motor)

Un eslabón tiene en ambos extremos la posibilidad de conectarse con otros dos eslabones. Sin embargo, esto se puede extender a tres o cuatro o incluso hasta más conexiones, como se muestra en la figura 1.1

Recuerda: Algunos eslabones conocidos son: el cigüeñal, la biela, el pistón, el rodillo, el engrane, etc., como se muestra en la figura 1.2.

Figura 1.2

Figura 1.1

La clasificación de los elementos o eslabones de un mecanismo puede atender a diferentes criterios. Así se puede clasificar por: • SEGÚN SU NUMERO DE NODOS: DEFINICION E IMÁGENES Es un cuerpo rígido que posee al menos dos nodos, siendo estos los puntos de unión con otros eslabones. El número de nodos le da su nombre al eslabón: Binario=dos nodos, Terciario=tres nodos, Cuaternario=cuatro nodos.

Clasificación de los eslabones.

• SEGÚN EL MOVIMIENTO: DEFINICION E IMÁGENES. Fijos. Bancada (Frame) Es el eslabón fijo de un mecanismo. Es cualquier eslabón o eslabones que están fijos (inmóviles) respecto a un marco de referencia.

Figura 1.3

Figura 1.4

Móviles: rotativos, traslativos, oscilantes. Manivela (Crank) Eslabón con un eje de rotación fijo, el cual describe un movimiento de rotación completa. Es un eslabón que realiza una revolución completa y esta pivotada a la bancada. Corredera (Slider) Eslabón que posee un movimiento de traslación a lo largo de la bancada.

Balancín (Rocker) Eslabón que oscila un cierto ángulo y regresa su dirección, en un cierto intervalo, alrededor de un eje de rotación fijo. Es un eslabón que tiene rotación oscilatoria de (vaivén) y esta pivotada a la bancada.

Acoplador o biela. Es un eslabón que tiene movimiento complejo (rotación y traslación) y no esta pivotado a la bancada. Collarín (Slider) Eslabón que se desliza a lo largo de un eslabón móvil.

Figura 1.7

Figura 1.6

Figura 1.5

• SEGÚN LA FUNCION; DEFINICION E IMÁGENES. Fijos. Es cualquier eslabón o eslabones que están fijos (inmóviles) respecto a un marco de referencia. Eslabones conductores. Elemento que inicia el movimiento Eslabones transductores. Elemento que comunica el conductor con el conducido. Eslabones conducidos. Elemento que recibe el movimiento del conductor.

Identificación de los eslabones: Si la pieza conductora es rígida y gira sobre un eje fijo, se la llama manivela conductora o eslabón motor y es donde usualmente se conoce la velocidad angular W2 (rad/tiempo) Eslabón 2: Manivela conductora, véase figura 2-1. Cuando dos manivelas tienen el mismo eje y están rígidamente unidas entre sí, a la combinación de las dos se les llama palanca. Cuando la pieza conductora es rígida y se mueve sobre un eje fijo con movimiento oscilante se le llama balancín y si lo hace con movimiento giratorio se le llama manivela conducida. En ambos casos es el eslabón conducido. Eslabón 4: Eslabón conducido Al eslabón flotante se le llama biela. Eslabón 3: Biela El eslabón fijo es el soporte o bastidor de la máquina. Eslabón 1: Eslabón fijo.

1: Eslabón Fijo. 2: Manivela conductora o eslabón motor. 3: Biela. 4: Eslabón Conducido.

Figura 1.8

Se llaman pares cinemáticos a las formas geométricas mediante las cuales se unen dos eslabones de un mecanismo de manera que el movimiento relativo entre ambos sea consistente, como se muestra en la figura 2.1

Figura 2.1

Los eslabones pueden estar conectados unos a otros de varias maneras. El contacto puede ocurrir sobre una superficie, a lo largo de una línea, o en un punto. Aquellas partes de dos eslabones que están en contacto con movimiento relativo entre ellos se les denominan pares. Los pares pueden clasificarse: Atendiendo la superficie de contacto entre los dos miembros que constituyen el par: • Pares superiores o de contacto lineal o puntual (leva-varilla, cojinetes de bola y engranajes) La unión articulada mediante la cual se conectan dos eslabones que tienen contacto superficial, como la unión de un perno, como se muestra en la figura 2.2

Figura 2.2

Tabla 1.1(muestra los pares inferiores mas comunes)

• Pares inferiores o de contacto superficial (cilindro-embolo, perno-soporte), las superficies de los eslabones son geométricamente similares.

Figura 2.3

Si la conexión ocurre en un punto o a lo largo de una línea tal como un rodamiento de bolas o entre los dientes de un engrane en contacto se le conoce como par superior, como se muestra en la figura 2.4

La tabla 1.2 muestra los pares superiores más comunes

Las conexiones entre eslabones, que restringen su movimiento relativo, se llaman pares cinemáticos. Los eslabones también se pueden considerar como uniones rígidas entre pares. En los mecanismos, los eslabones se suelen esquematizar para facilitar su estudio. El mecanismo equivalente debe tener las mismas características cinemáticas y dinámicas que el mecanismo real.

TIPOS DE PARES CINEMATICOS

Reuleaux dividió los pares cinemáticos en superiores e inferiores, haciendo notar que en los Pares Inferiores – como la articulación de pasador – los elementos del par hacen contacto en una superficie, en tanto que los Pares Superiores – como la conexión entre una leva y su seguidor – el contacto entre los elementos es una línea o un punto. De todas formas, este criterio puede resultar engañoso, por lo que resulta preferible establecer la distinción en función del movimiento relativo que permite el par cinemático.

Clasificación de pares cinemáticos de acuerdo al tipo de contacto entre elementos. En base a esta clasificación, los pares cinemáticos se clasifican en: 1. Pares inferiores. El contacto entre los elementos es a través de una superficie. Ejemplos, Pistón-camisa de un compresor, par globular de un portaplumas. 2. Pares superiores. El contacto entre los elementos es, al menos idealmente, a través de un punto o una línea. Ejemplos, Contacto entre una leva y su seguidor de rodillo. Para la transmisión de fuerzas de mediana elevada magnitud se prefieren los pares inferiores; pues los superiores estarían sujetos a esfuerzos de contacto muy elevados. De acuerdo por el tipo de contactos entre los elementos estos se clasifican en: Par cinemático inferior: contacto superficial (Falta Ejemplo con Imagen) Ej. Revoluta, prismatico,helicoidal, cilíndrico, esférico, plano Par cinemático superior: contacto sobre una línea o un punto. (falta ejemplo con imagen) Ej. Rueda/plano

Figura No.2.5 Los seis pares inferiores: a) revoluta o giratorio, b)prismático, c) helicoidal, d) cilíndrico, e) esférico y f) plano.

Figura No. 2.6 Pares Superiores.

CADENAS CINEMATICAS: DEFINICION

Cuando un número de eslabones están conectados unos a los otros por pares elementales, de tal forma que permitan que el movimiento se efectué en combinación, se denomina cadena cinemática. Las cadenas pueden clasificarse en dos grupos: • Cadena Cerrada, cuando todos y cada uno de los miembros se une a otros dos. • Cadena Abierta, cuando hay algún miembro no unido a otros dos. Por ejemplo, con dos pares inferiores y uno superior (de contacto puntual o lineal) pueden formarse las cadenas cinemáticas de las levas, engranajes (Fig. 3.1. a). Con un mayor número de miembros puede formarse todo tipo de cadenas cinemáticas. En la (Fig.3.1 b) se representa una cadena típica; como se ve consta de 5 eslabones y seis pares. Se puede observar que los eslabones 1 y 4 son ternarios, y los eslabones 2,3 y 5 son binarios.

Figura No 3.1. Cadenas Cinemáticas.

Cuando se conectan varios eslabones por medio de pares, el sistema resultante es una cadena cinemática, como se muestra en la figura 3.2

Figura 3.2 cadena cinemática

Conjunto o subconjunto de miembros de un mecanismo que están enlazados entre sí. Una cadena cinemática es la unión de pares cinemáticos y eslabones de modo que formen uno o varios circuitos o lazos cerrados. Una cadena cinemática es la unión de pares cinemáticos y eslabones de modo que formen uno o varios circuitos o lazos cerrados. Las cadenas cinemáticas se clasifican en: • Simples cuando todos los eslabones que forman la cadena

cinemática son binarios. • Complejas cuando en la cadena existen uno o varios eslabones

poligonales.

Figura 3.3. Cadena Cinemática Simple. Figura No 3.4. Cadena Cinemática Compleja.

TIPOS DE CADENAS CINEMATICAS: DEFINICION DE CADA TIPO, EJEMPLOS CON IMÁGENES. Las cadenas cinemáticas se dividen en: Cerradas: si cada eslabón se conecta, por lo menos a otros dos; en tal caso la cadena forma uno o más circuitos cerrados (por ejemplo, un cuadrilátero articulado) Abiertas: aquellas en las que hay al menos un eslabón que tiene un solo par (por ejemplo, extremidades, robots, …)

Figura No.3.7 : Cadena Abierta Figura No3.6. : Cadenas Cerradas

También se pueden clasificar por el número de elementos que tienen. Así por ejemplo, con seis elementos podemos encontrar dos cadenas cinemáticas distintas, la Cadena de Watt y la Cadena de Stephenson.

Figura N3.8. : Cadena de Watt

Figura No3.9: Cadena de Stephenson

INVERSION DE UNA CADENA CINEMATICA: DEFINICION Y EJEMPLOS CON IMAGENES Todo mecanismo tiene, por definición, un eslabón fijo denominado marco de referencia. De hecho, mientras no se selecciona este eslabón de referencia, al conjunto de eslabones conectados se le conoce como cadena cinemática. Cuando se eligen diferentes eslabones como referencia para una cadena cinemática dada, los movimientos relativos entre los diferentes eslabones no se alteran, pero los movimientos absolutos pueden cambiar drásticamente. El proceso de elegir como referencia diferentes eslabones de una cadena recibe el nombre de Inversión Cinemática, y a los diferentes mecanismos que pueden formarse (se consideran mecanismos diferentes cuando lo son estructuralmente, no geométricamente) se les denomina Inversiones de una Cadena Cinemática. Inversión Cinemática de un mecanismo es la elección de un eslabón concreto de una cadena cinemática cerrada para convertirlo en un mecanismo. Para una cadena cinemática cerrada con N eslabones, hay N inversiones cinemáticas que generan otros tantos mecanismos y maquinas distintas.

Figura No3.10.Inversiones Cinemáticas: a) y b) mecanismo de marivela-oscilador. c) mecanismo de eslabón de arrastre y d) mecanismo de doble oscilador.

Figura No3.11. Inversiones de mecanismo de biela-manivela

Un conjunto de eslabones conectados se conoce como cadena cinemática. Cuando se eligen diferentes eslabones como referencias para una cadena cinemática dada, los movimientos relativos entre los distintos eslabones no se alteran; pero sus movimientos absolutos (los que se miden con respecto al de referencia) pueden cambiar drásticamente. El proceso de elegir como referencia diferentes eslabones de una cadena para crear diferentes mecanismos recibe el nombre de inversión cinemática. Por ejemplo, el mecanismo manivela - biela - corredera mostrado en la figura tiene tres inversiones cinemáticas. El mecanismo original se muestra en la siguiente figura:

En la siguiente figura, se ilustra la primera inversión cinemática del mecanismo manivela - biela - corredera, donde el eslabón 2 queda estacionario. El eslabón 1, que antes era de referencia, gira en torno a la revoluta. Esta inversión el mecanismo se utilizó como base del motor rotatorio empleado en los primeros aviones.

La siguiente figura muestra otra inversión cinemática del mecanismo original, compuesta por el eslabón 3, que antes era la biela, y que en estas circunstancias actúa como bancada. Este mecanismo se usó para impulsar las ruedas de las primeras locomotoras de vapor, siendo el eslabón 2 una rueda.

La tercera y última inversión de este mecanismo tiene a la corredera, el eslabón 4, estacionario. Aunque no se encuentra en motores, si se hace girar la figura 90º en el mismo sentido del movimiento de las manecillas del reloj, este mecanismo se puede reconocer como parte de una bomba de agua para jardín. Se observará en esta figura que el par prismático que conecta a los eslabones 1 y 4 está también invertido, es decir, se han invertido los elementos "interior" y "exterior" del par.