MECANISMOS FACULTAD DE INGENIERÍAS Y ARQUITECTURA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA - 2008
Principales Mecanismos Ersson Idrobo Pacheco, . Facultad de Ingenierías y Arquitectura Universidad de Pamplona, Pamplona, Colombia Ingeniería Mecánica Email:
[email protected]
RESUMEN Hemos realizado esta investigación con el fin de proporcionar un conocimiento básico acerca de todo lo que tiene que ver con los principales Mecanismos para transferencia de potencia, describiremos de forma breve su funcionamiento y sus principales aplicaciones, para el fin de esta investigación tendremos conocimiento de los diversos mecanismos tanto a nivel visual como a nivel estructural. . Palabras claves: Mecanismo, Potencia, Ingeniería Mecánica.
INTRODUCCIÓN Hoy en día en un mundo en donde la sociedad cada vez se vuelve más exigente, como ingenieros, es de mucha importancia que utilicemos todos los recursos con los que contamos, uno de estos recursos son los Mecanismos; podemos definir un Mecanismo como un elemento o combinaciones de elementos que transforman la fuerza y los movimientos, logrando, con esto modificar la dirección e intensidad de la maquina, las aplicaciones de este conjunto de elementos es muy extensa, desde un juguete para niños hasta en maquinaria de alto rendimiento, es por esto que debemos tener una buena base de conocimiento y aplicación para poder entrar en un mercado tan exigente como el de hoy en día.
basarnos en un enfoque bidimensional lo que reduce los cálculos a un plano, pero para mecanismos más complejos es necesario hacer un análisis especial en tres dimensiones PRINCIPALES MECANISMOS Mecanismos de Cuatro Barras Los mecanismos de cuatro barras están conformados básicamente por tres barras móviles y una barra fija, la cual se ancla a una superficie rígida, comúnmente las barras de este tipo de mecanismos se numeran de forma estándar de la siguiente manera.
MECANISMOS Como ya se dijo anteriormente podemos considerar un mecanismo como una parte fundamental de una maquina que se encarga de realizar una función determinada, dichos mecanismos están acoplados entre sí por una serie de uniones llamadas pares cinemáticos, un mecanismo no lo podemos considerar como una masa puntual o una estructura estática y teniendo en cuenta que los elementos que componen un mecanismo presentan combinaciones de movimientos relativos de rotación y traslación debemos tener en cuenta conceptos básicos como velocidad relativa, velocidad angular, centro de inercia, centro de gravedad, para analizar el comportamiento de un mecanismo podemos
Fig.1 Mecanismo de Cuatro Barras Barra 2: es la barra que proporciona el movimiento es decir la barra en donde va situado el actuador o motor ya sea eléctrico, neumático o hidráulico Barra 3: es la barra superior del mecanismo y es por donde comúnmente se saca el movimiento. Barra 4: es la barra que está directamente conectada con la barra que efectúa el movimiento por tanto es esta barra la que recibe el movimiento.
Barra1: esta es una barra imaginaria que se sitúa común mente en la parte inferior del mecanismo entre los dos puntos de apoyo La principal aplicación de este tipo de mecanismos está relacionada con la generación de trayectorias es decir la simulación de figuras atreves de barras.
Fig. 2 Cadena cinemática de 4 barras
Mecanismos Plegables Mecanismos en los que existe alguna posición en la que todas las barras están alineadas) Cuando el mecanismo sale de la posición plegada, puede continuar indistintamente en una configuración o en otra (en la práctica, la configuración por la cual opta el mecanismo en su funcionamiento depende de las fuerzas de inercia y no de la cinemática). Los mecanismos plegables se utilizan en muchas aplicaciones industriales y domésticas en los que se requiere que el mecanismo ocupe muy poco espacio en una determinada posición. Como en sillas plegables y algunos maleteros de automóvil.
Mecanismos de cuatro Barras de Grashof Los mecanismos de Grashof tienen como característica principal que por lo menos una de las barras realice un giro completo, Existen tres tipos diferentes de mecanismos de Grashof y un solo tipo de mecanismo no de Grashof. Mecanismo Manivela-Balancín Se obtiene este mecanismo cuando la barra más corta es una manivela. En este mecanismo, dicha barra más corta realiza giros completos mientras que la otra barra anclada a tierra posee un movimiento de rotación alternativo. Mecanismo de Doble Manivela Se obtiene este mecanismo cuando la barra más corta es la barra fija. En este caso, las dos barras articuladas a la barra fija pueden realizar giros completos.
Mecanismo de Doble Balancín (de Grashof) Se obtiene este mecanismo cuando la barra más corta es el acoplador. Este mecanismo está formado por dos balancines articulados a la barra fija y un acoplador que puede dar vueltas completas.
Fig.4 Mecanismo plegable Existen otros tipos de mecanismos de cuatro barras que son de mucha importancia para su estudio tales como los mecanismos de línea recta. Mecanismo de línea recta de Watt Es un mecanismo de línea recta aproximada es decir su precisión no es la mejor pero se puede utilizar con buenos resultados, El mecanismo cuenta con dos balancines articulados a la barra fija de igual longitud, el punto trazador está en el centro del acoplador
Mecanismos de 4 barras NO de Grashof No existe ninguna inversión cinemática del cuadrilátero articulado que proporcione un mecanismo con capacidad para realizar vueltas completas en alguna de sus barras. Así, todos los mecanismos que se pueden obtener son triples balancines.
Fig.3 Mecanismos NO de Grashof
Fig.5 Mecanismo de Watt Mecanismo de línea recta de Roberts Consiste en dos balancines de igual longitud L, articulados a la barra fija y un acoplador con un punto trazador que se encuentra a una distancia prudente de las articulaciones formando el acoplador un triángulo isósceles. Este mecanismo consigue un tramo rectilíneo aproximado entre las articulaciones a la barra fija.
que el mecanismo de 4 barras no es aplicable. Así, los mecanismos de 6 barras clásicos deben considerarse como una extensión del mecanismo de 4 barras, Existen dos tipos clásicos de mecanismos de 6 barras: los mecanismos de Watt y los mecanismos de Stephenson. Mecanismos de 6 Barras de Watt Fig.6 Mecanismo de Roberts
Mecanismo de línea recta de Chebyshev Traza una trayectoria con un tramo aproximadamente rectilíneo
Watt propuso dos mecanismos de 6 barras, conocidos como tipos I y II. Estos mecanismos se caracterizan por que los dos eslabones con 3 articulaciones están conectados uno al otro es decir, poseen una articulación en común.
Fig.9 Watt 1
Fig.7 Mecanismo de Chebyshev
Fig.10 Watt 2
Mecanismos de 6 Barras de Stephenson Las cadenas cinemáticas de Stephenson se caracterizan por que los dos eslabones con 3 articulaciones no están conectados directamente uno al otro es decir, no poseen una articulación en común.
Mecanismo de línea recta de Peaucellier. Utiliza la simetría de dos mecanismos de 4 barras para conseguir un trazo exactamente rectilíneo. En este mecanismo coexisten dos mecanismos de 4 barras, Ambos poseen las mismas longitudes de barras y solamente se diferencian en que están montados en distinta configuración, estos son los mecanismos más precisos en lo que se refiere a la realización de líneas rectas. Fig.11 Stephenson 1
Fig.8 Mecanismo de Peaucellier
Fig.12 Stephenson 2
Fig.13Stephenson 3
Mecanismos de 6 Barras Otros Mecanismos de Barras Hay ocasiones en donde los mecanismos de cuatro barras no son capaces de realizar un determinado tipo de función, se suele considerar como opción los mecanismos de 6 barras. Estos mecanismos, al poseer más barras interconectadas, proporcionan posibilidades de movimiento más complejas que pueden ser aplicables a problemas en los
Mecanismo con movimiento intermitente (dwell) El mecanismo de 4 barras se puede utilizar para guiar una deslizadera con movimiento pausado. Estos mecanismos son muy requeridos industrialmente ya que son de los pocos que transforman un movimiento continuo en
un movimiento intermitente empleando sólo pares inferiores. Para conseguir un mecanismo de este tipo se selecciona un punto trazador del acoplador de manera que éste trace una trayectoria con un tramo circular. En ese punto se añade una nueva barra articulada cuya longitud es igual al radio del tramo circular. En el otro extremo de dicha barra se articula una deslizadera, que deslizará sobre la barra fija, pasando el eje de deslizamiento por el centro del tramo circular.
barras, por lo que estos mecanismos se construyen de forma que sean regulables, obteniendo así distintos factores de ampliación/reducción.
Fig.16 Pantógrafo
Mecanismos de levas con seguidor de rodillo
Fig. 14 Mecanismo de Movimiento Intermitente
Una leva es un elemento que impulsa, por contacto directo, a otro elemento denominado seguidor de forma que éste último realice un movimiento concreto. Aunque existen muchos tipos de mecanismos de leva, uno de los más comunes es el mecanismo de leva con seguidor de rodillo.
Mecanismo de retorno rápido de Witworth En muchas operaciones industriales se requiere deslizar una herramienta para realizar un trabajo. Para automatizar estas operaciones se suele emplear un mecanismo que cuenta con una deslizadera en la que se fija la herramienta que realiza el trabajo. Así, se busca un mecanismo cuyo eslabón final es una deslizadera de manera que ésta posea un movimiento de avance relativamente lento cuando la herramienta trabaja y un movimiento de retroceso relativamente rápido cuando la herramienta no trabaja.
Fig.17 Mecanismo de levas
Mecanismo biela-manivela
Fig.15 Mecanismo de Retorno Rápido
Pantógrafo Es un mecanismo de 5 barras y cadena abierta con 2 grados de libertad. Las longitudes de las barras proporcionan que, necesariamente, El grado de ampliación o reducción depende de las longitudes relativas de las
El más importante es el mecanismo biela manivela ya que es uno de los mecanismos de los que se han construido más ejemplares en toda la historia. Este mecanismo es habitualmente utilizado en motores de combustión y bombas y compresores de desplazamiento positivo. Consta de una manivela y una biela que la enlaza con la deslizadera. La rotación continua de la manivela proporciona un movimiento alternativo de la deslizadera. Por eso este mecanismo se emplea habitualmente como sistema mecánico de transformación de un movimiento de rotación en uno de traslación .
Fig.21 Tornillo sin Fin Cremallera y Piñón. Convierte el movimiento giratorio en lineal y viceversa.
Fig.18 Mecanismo Biela-Manivela Mecanismos de Engranajes Los engranajes son sistemas mecánicos que transmiten el movimiento de rotación desde un eje hasta otro mediante el contacto sucesivo de pequeñas levas denominadas dientes. Entre los distintos tipos de engranes tenemos. Engranes Rectos. Se emplean para aumentar o reducir la velocidad de giro y para mantener o cambiar el sentido de rotación
Fig. 19 Engrane Recto
Engranes de rueda cónica. Trasmite el movimiento a un eje que se encuentra en un Angulo recto con el motor
Fig.22 Cremallera y Piñón Sistema de poleas Una polea es una rueda con una hendidura en la llanta. Tanto la polea como la rueda y el eje pueden considerarse máquinas simples que constituyen casos especiales de la palanca. Una polea fija no proporciona ninguna ventaja mecánica, es decir, ninguna ganancia en la transmisión de la fuerza: sólo cambia la dirección o el sentido de la fuerza aplicada a través de la cuerda, Una polea simple transforma el sentido de la fuerza; aplicando una fuerza descendente se consigue una fuerza ascendente. El valor de la fuerza aplicada y la resultante son iguales, pero de sentido opuesto. En un polipasto la proporción es distinta, pero se conserva igualmente la energía La Tuerca Husillo. El mecanismo tuerca husillo trasforma un movimiento giratorio aplicado a un volante o manilla, en otro rectilíneo en el husillo, mediante un mecanismo de tornillo y tuerca. La fuerza aplicada por la longitud de la circunferencia del volante ha de ser igual a la fuerza resultante por el avance del husillo. Dado el gran desarrollo de la circunferencia y el normalmente pequeño avance del husillo, la relación entre las fuerzas es muy grande
Fig. 20 Rueda Cónica
Fig.23 Tuerca Husillo Tornillo sin fin o sin corona. Trasmite el movimiento a un eje perpendicular y reduce mucho su velocidad. CONCLUCIONES Finalmente he podido aclarar conceptos básicos acerca de mecanismos de transferencia de potencia, hemos visto de
una manera superficial los aspectos que se deben tener en cuenta a la hora de manipular un mecanismo, también se ha podido ver la importancia que tiene unos mecanismos, más que otros y los parámetros que hay que tener en cuenta si se desea realizar un mecanismo que cumpla una función determinada, con esta investigación, esperamos no solo hacer una contribución personal sino también una contribución social en aras de un mejor conocimiento acerca de todo lo relacionado con este tema.
BIBIOGRAFIA S Cardona Foix, D Clos Costa; Teoría de Maquinas, edicions upc Francisco Sánchez Marín Jaume-I, articulo de internet
2003;
Universitat
