MECANISMOS ARTICULADOS
• CONCEPTOS GENERALES DE INGENIERIA
• 1)MAQUINA MECANICA :
• CONJUNTO DE COMPONENTES MECANICOS ORGANIZADOS FISICA Y
FUNCIONALMENTE PARA CONSUMIR ENERGIA ENTREGADA CON LAS
CARACTERISTICAS EXTERNAS DE LA PLANTA MOTRIZ Y ENTREGAR
TRABAJO MECANICO CON LAS CARACTERISTICAS CINEMATICAS Y
DINAMICAS REQUERIDAS PARA EL CUMPLIMIENTO DE LA NECESIDAD
TECNICA QUE LE DIO ORIGEN.
• 2)MECANISMO
• CONJUNTO DE COMPONENTES MECANICOS ORGANIZADOS PARA
TRANSFERIR Y TRANSFORMAR MOVIMIENTOS DESDE UN COMPONENTE
DE ENTRADA HASTA UNO DE SALIDA EN EL QUE SE OBTENGAN LAS
CARACTERISTICAS CINEMATICAS REQUERIDAS (EN GENERAL DISTINTAS DE
LAS DE ENTRADA.)
ESQUEMA TIPICO DE MAQUINA MECANICA
CONCEPTO DE CIENCIAS BASICAS:
• FISICA MECANICA - GEOMETRIA
• CONCEPTOS DE DINAMICA (CINEMATICA + CINETICA)
• 3)CADENA CINEMATICA
• CONJUNTO ARTICULADO DE CUERPOS CON MOVIMIENTOS RELATIVOS
POSIBLES ENTRE ELLOS.
• Puede ser : ESTRUCTURA – PRETENSADO - MECANISMO
• 4)MECANISMO ARTICULADO
• CADENA CINEMATICA EN LA QUE AL MENOS UNO DE SUS ESLABONES ESTA FIJO
A UN SISTEMA DE REFERENCIA Y POR LO MENOS DOS DE LOS OTROS PUEDEN
MOVERSE RELATIVAMENTE ENTRE SI.
• PUEDEN DESCRIBIR MOVIMIENTOS PLANOS O TRIDIMENSIONALES.
• LA 4) ES UNA DEFINICION TEORICA y CONDICION NECESARIA DE LA 2) QUE ES
UNA DEFINICION PRACTICA DE INGENIERIA.
• SOLO ANALIZAREMOS MECANISMOS PLANOS CERRADOS
Ejemplo de mecanismo como sistema de control: Regulador de Watt
EJEMPLOS DE MECANISMOS ARTICULADOS PLANOS
Tenaza dual con accionamiento a cremallera lineal neumática
Mecanismo articulado Mando Flap (patente Boeing, año 1974) de
11 barras rígidas , 13 barras totales y 1 grados de libertad
Mecanismo Allis-Chalmer
(patente año 1976) de
9 barras totales y
2 grados de libertad 
Accionamiento limadora mecánica
• 6 barras – 1 grado de libertad
• COMPONENTES DE LOS MECANISMOS ARTICULADOS
ESLABONES: Cada cuerpo (o figura plana) componente de una cadena
cinemática. También se los llama “barras”.
a) Tienen al menos dos nodos fijos (en la barra) de articulación.
b) Se los considera rígidos para el diseño y el análisis cinemático y
dinámico del mecanismo articulado.
Clasificación: Eslabón
- binario con dos nodos
- ternario con tres nodos
- cuaternario con cuatro nodos…..
----------------------------------------------------JUNTA: Es el dispositivo de articulación entre dos eslabones.
También se las llama Pares Cinemáticos.
CLASIFICACION DE JUNTAS
-- De acuerdo al TIPO DE CONTACTO entre sus componentes
Par cinemático inferior si el contacto es entre superficies (coliza
tridimensional)
Par cinemático superior si el contacto es entre líneas o puntos
(esfera apoyada en una superficie plana)
-- De acuerdo con el TIPO DE MAGNITUD que genera el vinculo
Junta de Forma por acción de un vinculo geométrico (pasador)
Junta de Fuerza el vinculo necesita una fuerza para establecerse
(el punto de apoyo de una esfera sobre un plano es un vinculo
solo si hay gravedad)
-- De acuerdo con el NUMERO DE ESLABONES que conecta: Se
dice que el “orden” de una junta es el número de eslabones que
conecta menos uno. (conecta dos eslabones > 1er. Orden)
-- De acuerdo con el NUMERO DE GRADOS DE LIBERTAD que
permite entre los eslabones que une.
--------------------------------------------
• GRADOS DE LIBERTAD: Genericamente es el número de parámetros
independientes necesarios para definir univocamente la posición en el
espacio del sistema considerado.
-Sólido Aislado :…………..
-Mecanismo articulado : entradas independientes (o coordenadas
geométricas de posición de la(s) barra(s)) necesarias para
determinar la posición de todos las barras del mecanismo respecto del
sistema de referencia adoptado.
-Junta: movimientos de uno de los eslabones respecto del otro adyacente
supuesto fijo, permitidos por la junta que los une.
CLASIFICACION DE JUNTAS según N° de GDL:
Junta Completa es la que permite un solo grado de libertad.
Semijunta es la que permite dos grados de libertad.
Existen juntas que admiten mas grados de libertad solo en
mecanismos espaciales
Todo vinculo plano equivale conceptualmente a una junta rotoide o a un mecanismo
de eslabones vinculados únicamente por juntas rotoides
•dientes
a y rodamiento
con deslizamiento entre
poleas del diámetro
primitivo)
MECANISMO PLANO
NUMERO DE GRADOS
DE LIBERTAD DEL
Formula de Gluebert
Generalizada (Kutzbach)
Nº GRADOS DE LIBERTAD =
= 3 * ( N -1) – 2 * F1 – F2
N = número de eslabones
F1 = número de articulaciones
completas
F2 = número de semijuntas
Mecanismo
Estructura
Pretensado - Hiperestatico
Nº GL = 1
Nº GL = 0
Nº GL = -1
-----------------------------------------------------------------------------------En el proyecto de mecanismos se busca el menor Nº de grados de
libertad posibles que permitan el movimiento requerido.
------------------------------------------------------------------------------------ Se estudiarán los mecanismos planos a partir del de 4 eslabones cerrado (y su
derivado: 5 barras con condición cinemática entre dos de ellas)
- Mecanismos simple (1 grado de libertad), dúctil, con diversas aplicaciones,
involucra un número bajo de variables y sirve como unidad de análisis de
mecanismos de mayor N° de eslabones
CINEMATICA ELEMENTAL
POSICION DE UN PUNTO
Define la localización del punto en el plano referido al sistema de
coordenadas “fijo” adoptado.
Expresión en forma polar, corresponde al vértice (a) de un
vector de origen coincidente con el centro de coordenadas
Ra = |Ra| * ejθ
Expresión en forma trigonométrica cartesiana
Ra = |Ra| * cos θ + j * |Ra| * sen θ
-------------------------------------------MOVIMIENTO - DESPLAZAMIENTO DE UN PUNTO
Desplazamiento es el cambio de posición de un punto respecto al sistema
de referencia elegido.
Desplazamiento es el mínimo movimiento entre dos posiciones.  la
trayectoria es una recta
Desplazamiento no es movimiento.
• MOVIMIENTO:
Es la sucesión de cambios de posición de un punto entre dos posiciones por
una la trayectoria particular .
Todos los movimientos en la naturaleza son relativos.
- LA DIFERENCIA ENTRE “DESPLAZAMIENTO” Y “MOVIMIENTO”
CONDICIONA LAS TECNICAS DE ANALISIS Y SINTESIS.
TODOS LOS METODOS GENERAN Y VERIFICAN
POSICIONES.(desplazamientos)
-
Translación
Rotación
Rototranslación
DISEÑO DE MECANISMOS ARTICULADOS
-
PROCEDIMIENTOS DE SINTESIS Y ANALISIS
-
SINTESIS : Creación del mecanismos que cumpla el movimiento necesario.
-
ANALISIS: Determinación de trayectorias, velocidades y aceleraciones para
evaluar el cumplimiento de las condiciones cinemáticas de “salida” necesarias
y fuerzas estáticas y dinámicas para dimensionar.
-
TIPOS DE PROCEDIMIENTOS: GRAFICOS – ANALITICOS - NUMERICOS
Ambos tipos generan resultados aplicables solo para una posición particular de
los componentes del mecanismo.
GRAFICOS
-Desarrollo conceptual mas sencillo
-Deben repetirse totalmente para cada posición
ANALITICOS -Desarrollo analítico mas complicado
NUMERICOS -Procedimiento aplicable a distintas posiciones
cambiando valor de variables.
CLASIFICACION POR TIPOS DE MOVIMIENTOS TIPICOS:
GENERACION DE FUNCION: Se proyectan movimientos relativos
determinados entre los eslabones de entrada y salida.
GENERACION DE TRAYECTORIA: Se proyectan las trayectorias de
un punto particular del eslabón acoplador, sin importar las posiciones
del conjunto del eslabón.
GENERACION DE MOVIMIENTO: Se proyectan movimientos que
involucran la trayectoria del conjunto de los puntos del eslabón (un
punto y posición angular del eslabón)
MECANISMOS DE 4 ESLABONES O BARRAS
DENOMINACIONES Y MOVIMIENTOS DE LAS BARRAS
ESLABONES DE ENTRADA / SALIDA:
-Son binarios (a los fines del movimiento relativo con los otros)
-Articulados en un nodo al eslabón fijo.
-Pueden oscilar (balancines u osciladores) o rotar (manivela)
ESLABON INTERMEDIO O ACOPLADOR:
-Es binario (a los fines del movimiento relativo con los otros)
-Ambos nodos articulados a eslabones de entrada y salida
-movimientos de rototraslación.
MOVIMIENTOS POSIBLES DEL MECANISMO
1)Manivela-Balancín: Un eslabón extremo gira y el otro oscila.
2)Doble Manivela o Mecanismos de Arrastre: ambos extremos rotan
3)Doble Oscilador o Doble balancín: ambos extremos oscilan
ASPECTOS UTILES EN ETAPA DE ANALISIS Y SINTESIS
CRITERIO DE GRASHOF: Pronostica el movimiento de rotación de
los componentes del mecanismo en función de sus dimensiones
relativas. Es aplicable a mecanismos de 4 barras con uniones rotoides.
“Para que exista por lo menos una rotación relativa completa entre dos
eslabones de un mecanismo articulado plano de 4 barras, la suma de
longitudes del eslabón mas corto y el mas largo no puede ser mayor
que la suma de longitudes de los otros dos eslabones”
Siendo: S longitud mas corta, L longitud mas larga y P y Q longitudes
intermedias
S + L < P + Q: a)S=manivela entrada, b)S es fijo, c)S=manivela salida, d)S opuesto al
fijo
S + L > P + Q: triple balancín.
S + L = P + Q: configuraciones como en S + L < P + Q pero con “puntos
de cambio cuando se alinean las barras” son puntos de comportamiento
Indeterminado pudiendo cambiar allí la configuración. Ver paralelogramo
y antiparalelogramo
CRITERIO DE GRASHOF
• ISOMEROS
• Conjunto de mecanismos que pueden formarse cambiando la manera de
articular un numero y tipo dado de eslabones.
MECANISMO
4 eslabones
6 eslabones
8 eslabones
10 eslabones
12 eslabones
N° de Isómeros valido No validos
1
0
2
1
16
???
230
???
6856 o 6862????
???
(El tipo y orden de eslabones según el N° total se puede fijar por métodos
de Síntesis de números)
INVERSIONES:
-Surgen de considerar fijos alternativamente cada una de las barras de
un mismo mecanismos articulado.
-Los movimientos relativos entre las barras de distintas inversiones de
un mecanismo son siempre los mismos.
-Se generan mecanismos de distintas “entradas” y “salidas” con igual
análisis y síntesis geométrico, de velocidades y aceleraciones.
----------------------------------------------------------------------------CONFIGURACION ESTACIONARIA O DE “AGARROTAMIENTO”:
-Posición en la que no se puede aportar movimiento de adicional
desde la barra de entrada, el equilibrio debe romperse aportando
movimiento desde otra barra
-Aparece cuando dos barras móviles quedan alineadas
- El “agarrotamiento” puede ser buscado como característica útil.
INVERSIONES
Inversiones cambiando
barras adyacentes como
bancada.
Inversiones cambiando
barras no adyacentes
CONFIGURACION ESTACIONARIA AGARROTAMIENTO
INDICE ELEMENTAL DE EFICIENCIA
• ANGULO DE TRANSMISION
El menor ángulo entre el eje de
la barra de salida y la barra
acopladora generado.
-Valido solo para evaluar fuerzas
estáticas
-Valido solo para barras de salida
unidas a barra fija (bancada)
- Pondera la transmisión de
fuerzas y velocidades
- Ideal 90º
(rango aceptable 45º a 90º)
ASPECTOS UTILES EN SINTESIS Y ANALISIS – RESUMEN
•
•
•
•
•
•
•
Clasificación de Movimientos Típicos
Formula de Gluebert
Criterio de Grashof
Isomeros
Inversiones
Configuraciones estacionarias
Angulo de transmisión
-----------------------------------------------------------
OTROS (futuras clases)
• Reglas de Transformación de Eslabonamientos
• Relación de Velocidad Angular
• Ventaja Mecánica
• Mecanismos Cognados
Descargar

ARTICULADOS- INTRODUCCION 2013