Tmm utp clase_1_2_3

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  1. 1. Ing. Edgar Llacma Sánchez c10076@utp.edu.pe TEORIA DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
  2. 2. SYLLABUS: 1. Clasificación de los elementos y pares. 2. Coordenadas y velocidades generalizadas. Grados de libertad de un mecanismo.Clase Teórica 3. Análisis Cinemático de Mecanismos Planos articulados según métodos gráficos. 4. Examen Cinemático de los Mecanismos según Método Analítico 5. Estructura y análisis Cinemático de Mecanismos Planos de elementos Múltiples articulados 6. Proyección de Mecanismos Planos Articulados 7. Análisis y proyección de los Mecanismos de Leva Trabajo de Proyecto 8. Teoría de Engranajes de Transmisiones cilíndricas Dentadas 9. Teoría de Engranajes cónicos e Hiperbólicos 10.Análisis Cinemático de transmisiones por engranajes complejas 11.Análisis de las fuerzas que actúan en los mecanismos Articulados Planos. 12.Trabajo de Proyecto 13.Rozamiento en los Mecanismos y Maquinas 14.Rozamiento de un Mecanismo bajo la acción de fuerzas aplicadas 15.Trabajo de Proyecto 16.Regulación del Movimiento de un Mecanismo 17.Equilibrado de Mecanismos y Maquinas 18.Exposición del trabajo de Proyecto
  3. 3. BIBLIOGRAFIA:  Teoría de máquinas Shigley • Diseño de Maquinaria Norton • Separatas y Teoría del curso.
  4. 4. MECANISMOS MECANISMOS QUE TRANSMITEN EL MOVIMIENTO MECANISMOS QUE TRANFORMAN EL MOVIMIENTO SISTEMA DE CADENA Y PIÑONES SISTEMA DE POLEAS MECANISMOS ARTICULADOS O PALANCAS TORNILLO BIELA- MANIVELA PIÑON - CREMALLERA ENGRANAJES LEVAS Y EXCÉNTRICAS MANIVELA - CIGÜEÑAL
  5. 5. MAQUINA: Combinación de cuerpos resistentes de tal manera que, por medio de ellos, se pueden encausar para realizar un trabajo. También se define, como un conjunto de mecanismos que transforman la energía en trabajo útil. Contienen mecanismos que aportan fuerzas importantes y transmiten potencia. Ejem: Máquina de Coser, Máquina fresadora, Un automóvil, una Grúa, etc. CONCEPTOS GENERALES
  6. 6. MECANISMO : Un mecanismo es parte de una máquina, el cual transmite fuerza y poder de un punto de entrada hacía un punto de salida. Conjunto de elementos mecánicos que tienen una función determinada dentro de una máquina. El conjunto de las funciones de los mecanismos de una máquina ha de ser necesario para que ésta realice la tarea encomendada. EJEMPLO: •Mecanismo para abrir las válvulas de admisión del agua •Mecanismo que hace girar el tambor • Mecanismo de centrifugado Máquina de lavar ropa
  7. 7. Diferencia entre máquina y mecanismo Un mecanismo es un conjunto de cuerpos conectados o ensamblados entre sí, de tal modo que un movimiento de entrada de uno de sus elementos, pueda dar un movimiento de salida predeterminado. Los mecanismos transmiten y modifican el movimiento. Una máquina es una combinación de mecanismos, los cuales además de transmitir un cierto tipo de movimiento predefinido, también transmiten o modifican un cierto tipo de energía de entrada en un trabajo útil prefijado. Ejemplo de máquina es una grúa, un automóvil, una lavadora, etc.
  8. 8. Ejemplos: Mecanismo Máquina
  9. 9. El estudio de los mecanismos se divide en análisis y síntesis. En el análisis de mecanismos se estudia el tipo de movimiento y las fuerzas involucradas en cada uno de los elementos de un mecanismo. En la síntesis de mecanismos, se estudia el diseño de cada una de las partes de un mecanismo. Análisis de mecanismos CINEMÁTICA: Estudio del movimiento relativo entre las diferentes partes de un mecanismo, sin considerar las fuerzas involucradas. DINÁMICA: Estudio de las fuerzas involucradas en un mecanismo, ya sea cuando éste se encuentre en reposo o en movimiento. DIVISION
  10. 10. Ejemplos de Mecanismos:
  11. 11. EJEMPLO DE MÁQUINAS EN DIFERENTES SECTORES PRODUCTIVOS
  12. 12. ESTRUCTURA DE UNA MÁQUINA El conjunto de elementos y mecanismos que tiene una máquina, se agrupan en sistemas: Sistema de adquisición, transformación o generación de energía motriz: En el caso de un auto, el motor es el que transforma de la energía química de los combustibles en energía mecánica. Sistemas de transmisión y conversión de movimientos y fuerzas, conducentes a la realización del trabajo útil: En el caso de un auto, este sistema lo constituye el embrague, caja de cambios, transmisión y mecanismo diferencial, que accionan las ruedas motrices y permiten el movimiento del vehículo.
  13. 13. Sistema de control: que permite dirigir y controlar la potencia, movimientos, etc, de la propia máquina. En el caso de un auto se encuentra los sistemas de dirección, el freno, acelerador, palanca y caja de cambios. Sistema de lubricación: Permite disminuir los rozamientos y desgastes de los elementos en contacto. En el caso de un auto está dado por el depósito de aceite, bombas de impulsión, conductos, filtros, etc.
  14. 14. PIEZA: Cuando un mecanismo se separa en cada una de sus partes, se llega finalmente a obtener una serie de partes indivisibles, generalmente rígidas (aunque no necesariamente), denominadas Piezas. Conjunto de piezas que conforman de una biela de un automóvil.
  15. 15. MIEMBRO O ESLABÓN: Es un conjunto de piezas unidas rígidamente entre sí, sin movimiento posible entre ellas. Constituye la unidad móvil de un mecanismo, pudiendo estar formado por una o varias piezas. El eslabón sobre el que actúa la fuerza exterior aplicada se denomina conductor, y el miembro que efectúa el movimiento exterior deseado se denomina conducido. Una biela de automóvil, se considera un eslabón.
  16. 16. De acuerdo a sus puntos de unión, se clasifican en: • eslabón binario , el que tiene dos nodos • eslabón terciario, el que tiene 3 nodos. • eslabón cuaternario, el que tiene 4 nodos
  17. 17. PARES CINEMÁTICOS: Un par cinemático está constituido por dos eslabones interconectados entre sí, entre los cuales se presenta un cierto tipo de movimiento relativo. EJEMPLO: PARES CINEMÁTICOS EN UN MECANISMO BIELA-PISTON-CIGÜEÑAL • La biela y el pistón • La biela y el cigüeñal • El cigüeñal y el bastidor • El bastidor y el pistón
  18. 18. Clasificación de los pares por el tipo de cierre: El movimiento relativo entre los eslabones de un par cinemático, queda asegurado y limitado por el tipo de cierre. Se tiene: • Cierre de forma: cuando el contacto queda asegurado por la forma de los dos miembros en contacto. Por ejemplo, el cierre de un émbolo con un cilindro.
  19. 19. • Cierre de fuerza: Cuando el contacto queda asegurado una fuerza, tal como la fuerza de la gravedad o la fuerza elástica de un resorte. En la figura se observa, el cierre de fuerza entre la leva y el elevador de de válvula de un motor.
  20. 20. Pares cinemáticos inferiores y superiores: Según la superficie de contacto de los dos miembros que constituyen el par, se clasifican en: • Pares superiores: cuando el contacto entre los eslabones es lineal o puntual. Fig.(a) • Pares inferiores: cuando el contacto entre los eslabones es superficial. Fig.(b)
  21. 21. Indique cuáles son pares inferiores y cuáles superiores. (e) (f)
  22. 22. Tipos de pares por su grado de libertad ( G.L): Dependiendo del número de grados de libertad que posee el movimiento relativo de los dos miembros que conforman el par, se clasifican en pares de I, II, III, IV o V grados de libertad. Para ello, téngase un cuenta que un cuerpo rígido en el espacio posee seis grados de libertad ( puede efectuar 6 movimientos independientes: 3 traslaciones según los ejes X, Y y Z ; y tres rotaciones respecto a los mismos ejes. X Y Z
  23. 23. Al formarse un par cinemático, un cuerpo libre se ve obligado a permanecer en contacto con otro. Por tanto, los grados de libertad del primero se reducen, según sea el tipo de par. De los 6 movimientos posibles de un miembro libre, al unirse con otro formando un par, los reducirá a 5,4,3,2,o 1. Par prismático (GDL=1) Par de revolución o par revoluta (GDL =1)
  24. 24. Par cilíndrico (GDL=2)
  25. 25. Par esférico (GDL=3) Par planar (GDL=3)
  26. 26. GDL=2 El par permite el giro y el deslizamiento relativo entre los elementos conectados.
  27. 27. CADENA CINEMÁTICA: Conjunto de eslabones y juntas interconectados, de modo que proporcionen un movimiento de salida controlado en respuesta a un movimiento de entrada EJEMPLOS: Cadena cinemática de 2 pares inferiores y 1 superior Cadena de 5 eslabones y 6 pares: 1 y 4 ternarios; 2,3 y 5 binariosEsquema cinemático
  28. 28. REPRESENTACIÓN DE LOS MECANISMOS: Con el fin de simplificar el estudio de los mecanismos, nunca se dibujan éstos en su totalidad con la forma y dimensiones de cada uno de los eslabones y pares, sino que se sustituye el mecanismo por un esquema o diagrama simplificado. Esquema cinemático
  29. 29. Puerta de acceso de una aeronave con su diagrama esquemático.Esquema cinemático
  30. 30. Esquema cinemático
  31. 31. Esquema cinemático
  32. 32. Esquema cinemático
  33. 33. Esquema cinemático
  34. 34. Esquema cinemático
  35. 35. GRADO DE MOVILIDAD DE UNA CADENA CINEMÁTICA PLANA Es el número de parámetros de entrada que se deben controlar independientemente, con el fin de llevar el dispositivo a una posición particular. FÓRMULA GENERAL (Fórmula de Kutzbah´s): 21 JJ2)1L(3M M = Grado de movilidad L = Nro total de eslabones de la cadena cinemática (incluyendo el eslabón tierra) J1 = Nro de pares cinemáticos con un grado de libertad (Juntas completas) J2 = Nro de pares cinemáticos con dos grados de libertad (semijuntas)
  36. 36. Observaciones: Si m = 1, el mecanismo se puede impulsar con un solo movimiento de entrada; si m = 2 se necesitan dos movimientos de entrada para producir un tipo de movimiento; si m = 0, el movimiento es imposible; si m = -1 o menos, hay restricciones redundantes y forman una estructura estáticamente indeterminada. M=0M=1 M= -1
  37. 37. EJEMPLOS: Determinar el grado de movilidad de cada uno de los siguientes mecanismos (a)
  38. 38. PROBLEMA No.1: Determinar el grado de movilidad del mecanismo mostrado en la siguiente figura.
  39. 39. PROBLEMA No.2: Determinar el grado de movilidad del siguiente mecanismo.
  40. 40. PROBLEMA No.3: Dado el siguiente mecanismo, identificar los tipos de pares cinemáticos que tiene y calcular su grado de movilidad.
  41. 41. PROBLEMA No. 4: Dado el siguiente mecanismo, identificar los tipos de pares cinemáticos que tiene y calcular su grado de movilidad.
  42. 42. PROBLEMA No.5: En la siguiente figura se muestra el mecanismo que permite subir las lunas de la ventana de un auto. Demostrar que su grado de movilidad es M=1.
  43. 43. PROBLEMA No6: En la siguiente figura se muestra el mecanismo del tren de aterrizaje de un avión. Encuentre su grado de movilidad.
  44. 44. MECANISMO DE 4 ESLABONES (Ley de Grashof) La condición necesaria para que al menos un eslabón de un mecanismo de 4 eslabones pueda realizar un movimiento circular completo, se conoce como condición de Grashof y se enuncia como sigue: "Si S+L < P+Q entonces, al menos una barra del mecanismo podrá realizar un movimiento de rotación completa” donde S es la longitud de la barra más corta, L es la longitud de la barra más larga y P, Q son las longitudes de las otras dos barras. Existen tres tipos diferentes de mecanismos de Grashof y un solo tipo de mecanismo que no es de Grashof, que se describen a continuación.
  45. 45. Clase I (Grashoff) S+L<P+Q • “S” es adyacente al eslabón tierra: manivela- balancin, donde “S” es la manivela. • “S” es el eslabón tierra: doble manivela • “S” es opuesto al eslabón tierra: doble balancín. Sólo el acoplador efectúa una revolución completa. Clase II (No grashof) S+L > P+Q Ningún eslabón será capaz de efectuar una revolución completa. Triple balancín Clase III (clase especial) S+L=P+Q Hay puntos de cambio dos veces por revolución de la manivela de entrada, cuando los eslabones queden colineales. EJM. Paralelogramo, antiparalelogramo.
  46. 46. Mecanismo de Grashof: Manivela-biela-Balancin. Se ha fijado el eslabón adyacente al más corto. L2 + L3 < L1 + L4
  47. 47. L1 +L2 = L3 + L4 BC y AD tienen el mismo sentido de giro
  48. 48. ESLABONAMIENTO DE DOBLE PARALALELOGRAMO Obsérvese que en los eslabonamientos de paralelogramo y antiparalelogramo, los puntos de cambio permiten al eslabonamiento variar de forma imprevisible entre las formas de paralelogramo y antiparalelogramo cada 180º, a menos que se proporcione un eslabón desfasado acoplado.
  49. 49. S+L > P+Q (No Grashof) Triple balancin No.1 Triple balancin No.2 Triple balancín No.3 Triple balancín No.4
  50. 50. INVERSIÓN DE MECANISMOS Una inversión se crea por la fijación de un eslabón diferente en la cadena cinemática. Por tanto, si partimos de un mecanismos dado, se pueden obtener otros mecanismos derivados, cambiando el elemento fijo ( tierra). Hay tantas posibilidades de mecanismos , como eslabones tenga la cadena.
  51. 51. Inversiones Cinemáticas Cuadrilátero articulado Cuadrilátero de Corredera Motor de combustión interna. Locomotora de Vapor (elemento 3 fijo, se impulsa la rueda 2). Motor rotatorio (elemento 1 gira respecto a “A”). Bomba de agua (elemento 4 fijo e invertido de exterior a interior).

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