Mecanismos

CENTRO NACIONAL DE ACTUALIZACIÓN DOCENTE
EN MECATRÓNICA
CNAD
MECATRÓNICA
TEMA
CAPITULO 7
MECANISMOS

MECANISMOS
 MOVIMIENTOS PRESENTES EN LOS
MECANISMOS
 TIPOS DE MECANISMOS
 CLASIFICACION DE PARES CINEMATICOS
 VENTAJAS MECANICAS SIMPLES
 GRADOS DE LIBERTAD
 DETERMINACION GRAFICA DE CENTROS
INSTANTANEOS Y VELOCIDADES

MECANISMOS
 Un es una combinación de cuerpos rígidos dispuestos de tal
manera, que el movimiento de uno obligue a los otros a
moverse, de acuerdo con una ley que depende de la naturaleza
de la combinación. Es la combinación de eslabones la que
pueden trasmitir, ó modificar el movimiento.
 Ejemplo de esto seria, la manivela, la biela y el pistón de un
motor de combustión interna.
http://tecnologia-escolapioslogrono.blogspot.com/2011/04/motor-de-combustion.
html

MOVIMIENTO
Bidimensional
(Plano)
Tridimensional
Traslación
Traslación.- Rotación
Helicoidal
Esférico
Rectilínea
Curvilínea
Rotación
10
MOVIMIENTOS PRESENTES EN LOS MECANISMOS

MOVIMIENTO PLANO (Bidimencional)
TRASLACIÓN. Cuando un cuerpo rígido se mueve en tal forma que la
posición de cada línea recta del cuerpo es paralela a todas sus otras
posiciones, el cuerpo tiene movimiento de traslación, teniendo:
Traslación rectilínea
Se dice que un cuerpo rígido tiene movimiento de traslación, cuando este
se mueve de tal manera que cualquier línea recta dentro del cuerpo
conserva la misma dirección durante el movimiento.
http://visa8b.blogspot.com/2009/09/power-point.html
5

Traslación curvilínea
Se tiene cuando las trayectorias de las
partículas de un cuerpo son curvas idénticas
paralelas al plano fijo.
ROTACIÓN
Se tiene movimiento de rotación, si cada punto
del cuerpo permanece a una distancia
constante del eje fijo, perpendicular al plano
de movimiento.
http://certic.org/audio/40166685/
http://losmecanismosdefrancisco.blogspot.c
om/
6

ROTACIÓN Y TRASLACIÓN
Es la combinación de los movimientos anteriores.
http://diccionario.babylon.com/precesi%C3%B3
n/
7

MOVIMIENTO TRIDIMENSIONAL
Movimiento helicoidal
Cuando un cuerpo se mueve de tal manera que cada punto del cuerpo
tiene movimiento de rotación alrededor de un eje fijo, y al mismo
tiempo de movimiento de traslación paralelo al eje.
http://www.directindustry.es/prod/haydon-kerk-motion
solutions/actuadores-de-tornillo-madre-31460-452397.html
8

Movimiento esférico
Cuando un cuerpo se mueve de tal forma que cada punto tiene
alrededor un punto fijo mientras permanece a una distancia de él, su
movimiento es esférico.
http://emule-buenrollo.
com/phpbb/viewtopic.php?f=81&t=4546
9

POLEA
TIPOS DE MECANISMOS
BIELA MANIVELA
LEVA
ENGRANAJES
PALANCAS

TORNILLO SINFIN RUEDA HELICOIDAL
PIÑON –
CREMALLERA
CADENA Y PIÑONES
MANIVELA
TORNILLO

CLASIFICACION DE LOS PARES CINEMATICO
Se llama par cinemático a las formas geométricas por medio de las
cuales dos miembros se mantienen conectados. A los pares se les
conoce también como juntas y pueden ser clasificados de la siguiente
forma:
PAR INFERIOR
Son aquellos cuya superficie de contacto permite un movimiento
relativo entre eslabones conectados entre si. Generando variables de
movimiento, lineales o angulares.
Los pares inferiores se clasifican según el movimiento que permiten
realizar.
13

PAR CINEMATICO
Sólo permite un movimiento de rotación relativa entre los dos
eslabones. Ya que este movimiento queda definido únicamente
mediante un ángulo de rotación, este par sólo tienen un grado de
libertad (GDL).
14
http://concurso.cnice.mec.es/cnice2006/
material107/mecanismos/mec_excent-biela-
palanca.htm
Par giratorio (REVOLUTA).

Par prismático.
Sólo permite un movimiento relativo de deslizamiento entre los
eslabones. Tiene un GDL, ya que la posición relativa queda definida por
la distancia recorrida.
15
PAR CINEMATICO
palanca.htm
http://www.unioviedo.es/DCIF/IMecanic
a/

Par helicoidal o de tornillo.
Aquí son posibles un movimiento de rotación y otro de traslación, que
están relacionados entre sí por el paso de la rosca. En consecuencia,
aunque el movimiento relativo queda definido por dos parámetros, sólo
tienen un GDL.
16
PAR CINEMATICO
palanca.htm
http://www.unioviedo.es/DCIF/IMecanica/

Aunque también hay un movimiento de rotación y otro de traslación, son
independientes uno del otro, por lo que tiene dos GDL.
17
PAR CINEMATICO
http://laplace.us.es/wiki/index.php/Movimiento_relativo_(G.I.T.I
.)
Par cilíndrico.

Par esférico.
Se llama también articulación de rótula. Permite la rotación alrededor
de cada uno de los tres ejes coordenados, por lo que tienen tres grados
de libertad.
18
PAR CINEMATICO
http://www.twistedandes.com/foro/showthread.php?t=59
328

Es poco frecuente en mecanismos. Tiene tres GDL, que corresponden a
dos desplazamientos lineales y un giro.
19
PAR CINEMATICO
Par plano.

Es la conexión entre los dos miembros donde tiene lugar un contacto
que se presenta en un punto o a lo largo de una línea recta.
20
PAR CINEMATICO
http://cbtengranesypiezas.blogspot.com/2011/
04/como-pueden-ver-estos-son-unos-tipos-de.
html
PAR SUPERIOR.
http://es.wikipedia.org/wiki/Rodamient
o

VENTAJAS MECANICAS DE MAQUINAS SIMPLES
Se denominan máquinas a ciertos
aparatos o dispositivos que se
utilizan para transformar o
compensar una fuerza resistente o
levantar un peso en condiciones más
favorables.
Es decir, realizar un mismo trabajo
con una fuerza aplicada menor,
obteniéndose una ventaja mecánica.
PALANCA PARA SACAR UN CLAVO
Esta ventaja mecánica comporta tener que aplicar la fuerza a lo largo
de un recorrido (lineal o angular) mayor. Además, hay que aumentar la
velocidad para mantener la misma potencia.

En el caso de una máquina simple, la ventaja mecánica es el
parámetro que resulta de dividir el valor numérico de la resistencia
de un cuerpo entre la fuerza aplicada sobre este:
Cuando la fuerza resistente es el peso de una carga, hay que calcular
su valor a partir de la masa de la carga y de la aceleración de la
gravedad, resultando
Puede ser de dos tipos, ventaja mecánica teórica (VMT) y ventaja
mecánica práctica (VMP). La primera es obtenida de las supuestas
condiciones ideales (miembros rígidos provistos de peso, ausencia
de fricción, etc.), y se puede deducir a partir de la ley de equilibrio
de la máquina. Siempre es mayor a la segunda, ya que en la práctica
no existe el rendimiento de una máquina al 100%.

DETERMINACION GRAFICA DE CENTROS
INSTANTANEOS Y VELOCIDADES
Se define centro instantáneo de rotación (o de velocidades) de una
pareja de eslabones como la ubicación instantánea de un par de puntos
coincidentes, cada uno perteneciente a uno de los dos eslabones, para los
que las velocidades absolutas son iguales. O de otra forma: para los que
la velocidad aparente de uno de los puntos es cero, tal y como la percibe
un observador situado en el otro eslabón.
De forma más gráfica se podría decir que es el punto alrededor del
cual puede considerarse que uno de los eslabones gira con
respecto del otro en un movimiento dado (con independencia de si
el otro eslabón permanece fijo ó no).

Puesto que se ha adoptado el convenio de numerar los eslabones de
los mecanismos, se designarán los c.i.r. utilizando los números de los
Eslabones asociados a él: así el P14 se identificará como el centro
instantáneo de rotación entre los eslabones 1 y 4.
Por otra parte, un mecanismo tendrá tantos centros instantáneos de
rotación como formas diferentes existan de parear los números de los
eslabones; así para un mecanismo de n eslabones existirán: ( )
N = n •(n −1) /2
centros instantáneos de rotación.

LOCALIZACIÓN DE LOS C.I.R.
Para poder localizar los centros instantáneos de rotación de un
mecanismo, se procederá como se indica a continuación:
a) Se calcula el número de c.i.r. existentes en el mecanismo:
N = n •(n −1) /2
b) Se realiza una lista de los centros y se dibuja un polígono con
tantos vértices como eslabones.
c) Por simple inspección, atendiendo a la definición de centro
instantáneo de rotación, se localizan todos los c.i.r. posibles.
d) Se aplica el teorema de Kennedy para determinar la posición de
los restantes. (Los tres centros instantáneos compartidos por tres cuerpos
rígidos en movimiento relativo uno con respecto del otro (estén ó no conectados),
están sobre la misma línea recta.)

A continuación se muestran ejemplos comentados de localización de c.i.r.
para diferentes mecanismos de frecuente utilización práctica.
Ejemplo 1: Leva con seguidor oscilante de cara plana.
C.i.r. de un mecanismo de leva con seguidor oscilante de cara plana.
El c.i.r. P23 debe estar sobre la recta que une las articulaciones. Por otra
parte, si consideramos fijo el eslabón 3 (móviles 1 y2) la velocidad de A2
sobre 3 deberá tener la dirección indicada, por lo tanto (por definición de c.i.r)
el c.i.r. P23 estará sobre la perpendicularidad a r VA2 / 3 trazada a partir del
punto A.

Método gráfico
Es un método de resolución de ecuaciones lineales, el cual consiste
en graficar cada una de las rectas, para encontrar la solución del
sistema de ecuaciones, el cual será el punto de intersección de esas 2
recta.
Existen diversos métodos para realizar el análisis cinemático de
mecanismos de barras articuladas.
Un enfoque ampliamente utilizado, es la construcción gráfica de los
polígonos de velocidades (y aceleraciones) para determinar la cinemática
del sistema.
La ventaja del método gráfico es que permite una interpretación directa
entre las propiedades de los vectores y el comportamiento físico o real del
sistema; está ventaja permite al ingeniero entender en un tiempo
relativamente corto el funcionamiento de mecanismos complejos.

MECANISMOS DE CUATRO ESLABONES

DESCRIPCION
El eslabón 1 tiene un punto A fijo, luego el centro instantáneo de
rotación del eslabón 1, con relación al eslabón fijo 4 se indicará por la
notación P14 y se confunde con el punto A. Análogamente ocurre con
el eslabón 3, y será P3D.
Por su parte, el punto B es la articulación de los eslabones 2 y 1; luego
P12 ≡ B. Por la misma razón P23 coincide con el punto C.
Debe observarse que, cuando se determina el centro instantáneo de
rotación con relación al eslabón fijo 4, las velocidades de sus puntos
son normales a los radios considerados. Así VB es normal a BA y VC
lo es a CD.

Para hallar el centro instantáneo de rotación del eslabón 2 con relación al
eslabón fijo 4, bastará trazar por B y C sendas rectas perpendiculares a
las velocidades en tales puntos y su intersección proporcionará el punto
P24. El eslabón 2 es como si en la posición mostrada en la Fig. 3.4
estuviera girando alrededor del punto P24.
Si por el punto C se llevan las velocidades VC y VB se tiene un triángulo
CFE que es semejante al P24BC (por tener sus lados homólogos
ortogonales) y, por lo tanto, se puede escribir que: BPCPCECF2424=
BCBCrrVV= (3.11)
de donde resulta que las velocidades (de los puntos B y C, en este caso)
son proporcionales a sus distancias respectivas al centro instantáneo de
rotación (polo P24). De aquí se deduce que el eslabón 2 está rotando
alrededor de P24 con velocidad
angular rC2BBCrVV==ω (3.12)

El punto P24 centro instantáneo de rotación del eslabón 2 con relación al eslabón 4,
tiene la misma velocidad por ambos eslabones y por lo tanto, por ser fijo el eslabón
4, resulta que el punto
P24 no se mueve. Lo mismo ocurre respecto a coincidencia de velocidades con los
restantes centros encontrados y siempre estos puntos representan la superposición
de otros dos, uno de cada eslabón. Tales puntos tienen gran utilidad para la
localización de velocidades de otros puntos, pero ha de tenerse en cuenta que tales
polos de velocidades solo pueden emplearse en una concreta posición del
mecanismo, ya que un instante después estos puntos pueden ser sustituidos por
otros distintos, y de hecho generalmente lo son.
Por último, resta encontrar el centro de rotación del eslabón 3 con relación al
eslabón 1. Para determinarlo se supondrá realizada una inversión del mecanismo de
la Fig. 3.4, admitiéndose que el eslabón 1 es fijo; esto es, los puntos A y B son las
articulaciones unidas al bastidor del mecanismo.
Si B y A fuesen fijos, los puntos C y D tendrían velocidades normales,
respectivamente, a BC y AD, y sus rectas perpendiculares CB y AD se cortarían en
el punto P31 que es el centro instantáneo de rotación buscado.

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