Tmm utp clase_1_2_3

Ing. Edgar Llacma Sánchez
c10076@utp.edu.pe
TEORIA DE MÁQUINAS Y
MECANISMOS

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

BIBLIOGRAFIA:
 Teoría de máquinas Shigley
• Diseño de Maquinaria Norton
• Separatas y Teoría del curso.

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

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

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

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.

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

EJEMPLO DE MÁQUINAS
EN DIFERENTES SECTORES PRODUCTIVOS

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.

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.

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.

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.

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

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

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.

• 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.

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)

Indique cuáles son pares inferiores y cuáles superiores.
(e)
(f)

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

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)

Par esférico
(GDL=3)
Par planar
(GDL=3)

GDL=2
El par permite el giro y el deslizamiento
relativo entre los elementos conectados.

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

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

Puerta de acceso de una aeronave con su diagrama
esquemático.Esquema
cinemático

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)

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

EJEMPLOS: Determinar el grado de movilidad de cada uno de los
siguientes mecanismos
(a)

PROBLEMA No.1:
Determinar el grado de movilidad del mecanismo mostrado en la siguiente
figura.

PROBLEMA No.2:
Determinar el grado de movilidad del siguiente mecanismo.

PROBLEMA No.3:
Dado el siguiente mecanismo, identificar los tipos de pares cinemáticos que
tiene y calcular su grado de movilidad.

PROBLEMA No. 4:
Dado el siguiente mecanismo, identificar los tipos de pares cinemáticos que
tiene y calcular su grado de movilidad.

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.

PROBLEMA No6:
En la siguiente figura se muestra el mecanismo del tren de aterrizaje de un
avión. Encuentre su grado de movilidad.

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.

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.

Mecanismo de Grashof: Manivela-biela-Balancin.
Se ha fijado el eslabón adyacente al más corto.
L2 + L3 < L1 + L4

L1 +L2 = L3 + L4 BC y AD tienen el mismo sentido de giro

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.

S+L > P+Q (No Grashof)
Triple
balancin
No.1
Triple
balancin
No.2
Triple
balancín
No.3
Triple
balancín
No.4

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.

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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