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

a dientes y rodamiento con deslizamiento entre poleas del diámetro primitivo)

Generalizada (Kutzbach) 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 N° de Isómeros valido No validos 4 eslabones 1 0 6 eslabones 2 1 8 eslabones 16 ??? 10 eslabones 230 ??? 12 eslabones 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