Elementos de Maquinas y Mecanismos

rea de Ingeniera Mecnica J.L Viesca

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Mquinas Definicin de mquina Estructura general de una mquina Ejemplos de mquinas

Mecanismos Eslabn o barra Pares cinemticos. Clasificacin Cadena cinemtica Clasificacin. Ejemplos. Esquematizacin de mecanismos

ndice:

Tema 1. Elementos de Mquinas y Mecanismos


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Cualquier artificio que sirve para aprovechar, dirigir o regular la accin de una fuerza Diccionario de la Real Academia Espaola de la Lengua.

Conjunto de mecanismos dispuestos para transmitir fuerzas y realizar trabajo (Reuleaux, 1876)

Conjunto de elementos RGIDOS resistentes,

unidos por pares cinemticos, que realizan

movimientos determinados

TRABAJO TIL

CINEMTICA (FUERZAS TRANSMITIDAS) (RESISTENCIA A

ESAS FUERZAS) (MOVIMIENTO)

MQUINA

ELEMENTOS RESISTENTES

FUERZAS

DINMICA DISEO

Definicin de mquina


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Ejemplos de mquinas

MQUINA MECANISMOS


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Ejemplos de mquinas

MQUINA

MECANISMOS


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Estructura general de las mquinas

SISTEMA MOTRIZ

motores elctricos motores de combustin interna motores neumticos e hidrulicos ...

SISTEMA TRANSMISOR

- Elementos transmisores - Elementos portantes mviles - Elementos de conexin o acoplamientos

(embragues, cajas de cambio, reductores, etc.).

SISTEMA RECEPTOR

SISTEMA DE SUSTENTACIN

SISTEMA DE CONTROL

permite dirigir y controlar la potencia, movimientos, etc., de la propia mquina (frenos, acelerador, palanca de cambios, vlvulas, etc.).

ANLISIS Y TRATAMIENTO

ACTUADORES

CAPTADORES

CARCASA

BANCADA

APOYOS (cojinetes, rodamientos)

SUSPENSIONES

SISTEMA DE LUBRICACIN

imprescindible en todas las mquinas, permite disminuir los rozamientos y desgastes de los elementos en contacto con movimiento relativo entre ellos (depsito de aceite, bombas de impulsin, conductos, filtros, etc.)


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Componentes de las mquinas

1. Elementos para la transmisin de rotaciones:

- rboles. - Engranajes. - Correas y poleas. - Cadenas y ruedas. - Cables y poleas. - Ruedas de friccin - Acoplamientos y embragues

3. Elementos de soporte: - Cojinetes de friccin y de rodamientos. - Ejes. - Bastidores, carcasas. - Suspensin

2. Elementos para la transmisin de movimiento rotatorio en rectilneo:

- Manivela-biela-corredera (pistones). - Barras. - Tornillo-tuerca. - Pin-cremallera. - Levas y seguidores.

6. Elementos de los sistemas de control: - Sensores (mecnicos, elctricos, etc.).

5. Elementos de unin: - Tornillos y tuercas. - Remaches.

4. Elementos hidrulicos y neumticos: - Cilindros y motores. - Vlvulas. - Bombas.


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Es todo cuerpo rgido que posee por lo menos dos nodos, que son los puntos de unin con otros eslabones

Se dice que un cuerpo es rgido cuando no existe cambio de distancia entre 2 puntos arbitrarios del eslabn

Concepto de rigidez

Eslabn o barra


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Piezas Eslabn

En base al concepto de rigidez, un eslabn es todo conjunto de piezas unidas rgidamente entre s, sin movimiento posible entre ellas.

En el anlisis cinemtico, la masa y la forma de los eslabones carece de importancia (no se consideran las fuerzas), por lo que se representan esquemticamente como simples lneas que unen los puntos de enlace:

Repres. esquemtica

Eslabn o barra


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Un par cinemtico (o junta, par de enlace, o articulacin) es la conexin entre dos o ms eslabones (en sus nodos), que permite un movimiento relativo determinado entre ellos.

El nmero de movimientos relativos permitidos entre los eslabones que se unen en la articulacin, es el grado de libertad (g.d.l.) de la articulacin.

Par cinemtico


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Clasificacin de los pares cinemticos

1. Atendiendo a la superficie de contacto entre los eslabones que forman el par:

Superiores o de contacto lineal o puntual (engranajes, rueda y ral, leva y seguidor, bola rodando sobre una superficie, etc.).

Inferiores o de contacto superficial

par de revolucin (R) par prismtico (P) tornillo (H) par cilndrico (C) par esfrico (rtula) (S) par plano (F)

Ventaja: Su mejor capacidad de retener el lubricante


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2. Atendiendo al nmero de grados de libertad (GDL):

Un cuerpo libre en el espacio tiene 6 GDL: tres giros y tres traslaciones respecto a los tres ejes de coordenadas.

Un par cinemtico reduce los GDL en un nmero que depende del par formado. (Ej: bola en contacto con plano es un par de 5 GDL)

El GDL de un sistema mecnico es el nmero de parmetros independientes necesarios para definir de manera nica su posicin en el espacio, en cualquier instante.



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2. Atendiendo al nmero de grados de libertad:

Pares utilizados en mecanismos planos



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3. Atendiendo al cierre fsico del par:

Cierre de forma: el contacto queda asegurado por la forma geomtrica de los eslabones que componen el par:

Cierre de fuerza: se requiere de alguna fuerza externa para asegurar el contacto:

Cierre de cadena: para las transmisiones por engranajes, por correa o por cadena. El ramal tenso es un eslabn; no as el flojo (no rgido):



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4. Orden del par o de la junta: Se define como el n de eslabones conectados menos uno

Pares de primer orden:

Pares de segundo orden:

Juntas completas (1 GDL) Pares inferiores

Juntas deslizantes y rodantes (semijuntas o RP) (2 GDL) Pares superiores

Junta rodante pura plana (R), junta deslizante pura (P) o junta rodante y deslizante (RP) 1 2 GDL Par superior



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5. Atendiendo al tipo de rozamiento entre los eslabones.

Par con deslizamiento Par con rodadura Par con pivotamiento



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Clasificacin de las cadenas por su forma:

Cadenas cinemticas

Una cadena cinemtica es un conjunto de eslabones unidos con elementos de enlace que limitan el movimiento relativo entre ellos

Cerradas: cuando todos y cada uno de los eslabones se unen al menos a otros dos.

Abiertas: cuando hay algn eslabn no unido a otros dos (manipuladores de robots).

5 pares binarios 1 par ternario

5 eslabones binarios 1 eslabn ternario

1

2

3

4

5

6


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Definicin de mecanismo

Un mecanismo es una cadena cinemtica en la que uno de sus eslabones queda ligado al sistema de coordenadas absoluto. A dicho eslabn se le llama bastidor

Gra portuaria de 35 Tm (El Musel)


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Clasificacin de los mecanismos

Mecanismos planos: Todos los eslabones se mueven en un plano, o en planos paralelos. El movimiento puede ser una traslacin, una rotacin o una combinacin de ambos. Ej: Mec. Biela-manivela

Mecanismos espaciales: El movimiento de algn punto no se establece en un plano


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Continuo: Cuando un eslabn no realiza ninguna parada a lo largo del ciclo cinemtico del mecanismo.

Intermitente: Cuando un eslabn realiza una o ms paradas a lo largo del ciclo, sin cambiar el sentido del movimiento.

Alternativo: Cuando un eslabn se detiene e invierte el sentido de su movimiento dentro del ciclo.

Clasificacin de los movimientos de un mecanismo


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Ejemplos de mecanismos

TRANSMISIONES FLEXIBLES

MOTOR MONOCILNDRICO DIFERENCIAL TREN PLANETARIO

REDUCTOR DE VELOCIDAD


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Movilidad de mecanismos

El grado de libertad (GDL) de un mecanismo, tambin llamado movilidad, se define como: el nmero de entradas que se necesita proporcionar para crear una salida predecible O tambin, el nmero de coordenadas independientes requerido para definir su posicin

Criterio de Grbler-Kutzbach(*) para mecanismos planos:

M = 3(L-1)-2J1-J2 M = grado de libertad o movilidad L = nmero de eslabones J1 = nmero de juntas de 1 GDL (completas) J2 = nmero de juntas de 2 GDL (semi)

(*) Ver en bibliografa existencia de paradojas que no cumplen el criterio de Gruebler

M = 1 M = 2


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Esquematizacin de mecanismos

Al eslabn fijo o bastidor se le asigna el nmero 1, numerando los dems eslabones por orden creciente.

Al enlace de un eslabn con el bastidor se denomina con la letra O, y un subndice con el nmero de ese eslabn.

Las articulaciones mviles se designan con letras maysculas, sin subndice (A, B, C, etc.).

En el anlisis cinemtico de los mecanismos, la masa y la forma de los eslabones carecen de importancia, por lo que stos se representan esquemticamente como simples lneas que unen los pares de enlace. Se obtienen as los denominados esquemas cinemticos.

Lo importante para dibujar un esquema cinemtico son las posiciones y distancias entre los pares cinemticos, y el tipo de par presente.

O2 A

B

2

3

Manivela

Biela

Pistn 4

1

Bastidor


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Sierra Mecnica



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Cuchara Hidrulica Paraguas

En qu se parecen?



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Cuchara Hidrulica



26 Paraguas



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Cuchara Hidrulica Paraguas



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Bibliografa y complementos formativos

Robert L. Norton. Diseo de maquinaria. Cuarta edicin, McGraw-Hill, Mxico, 2009. pp. 27-43.

Bibliografa:

Prcticas de Aula: Realizar ejercicios sobre movilidad de mecanismos: Identificacin de eslabones y pares (Adems, se aaden ejemplos en el Campus Virtual).

Prcticas de Laboratorio: Observacin de elementos de mquinas y mecanismos (Primera parte de Prctica 1).

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