MECANIISMOS Objetivo: MECATRÓNICA MECANIISMOS Objetivo: Conocer e identificar los diferentes tipos de mecanismos para poder seleccionar el más adecuado y implementarlo en sistemas mecatrónico.

Evaluación: TRABAJOS 20 % Practicas: 30 % Examen: 30 % PROYECTO 20 %

Introducción El estudio de los mecanismos es muy importante, con los notables avances realizados en el diseño de instrumentos, controles automáticos y equipos automatizados, los mecanismos toma un nuevo significado. Se puede definir a los mecanismos como parte del diseño de máquinas que se interesan en el diseño cinemático de los eslabones, levas, engranajes y trenes de engranes. En muchas aplicaciones se usan engranes para transmitir el movimiento de una flecha a otra con una relación de velocidad (RV) constante. 1

Introducción En algunos casos la reducción deseada en la RV es demasiado grande para lograrla usando solamente dos engranes; cuando pasa esto, se deben conectar varios engranes entre si para formar lo que se conoce como trenes de engranes. http://losmecanismosdealicia.blogspot.com/2010/04/engranajes.html http://tecnodanoninomaxi.blogspot.com/2010_05_01_archive.html 2

MECANISMO Introducción Un es una combinación de cuerpos rígidos dispuestos de tal manera, que el movimiento de uno obligue a los otros a moverse, de acuerdo con una ley que depende de la naturaleza de la combinación. Es la combinación de eslabones la que pueden trasmitir, ó modificar el movimiento. Ejemplo de esto seria, la manivela, la biela y el pistón de un motor de combustión interna. http://tecnologia-escolapioslogrono.blogspot.com/2011/04/motor-de-combustion.html 3

Introducción MÁQUINA Una combinación de cuerpos resistentes dispuestos de tal modo que por medio de ellos pueden completarse las fuerzas de naturaleza mecánica ó producen algún efecto mecánico. Es un conjunto de mecanismos que tienen movimiento relativo entre si. Un ejemplo de esto seria el motor de combustión interna. http://tecnologia-escolapioslogrono.blogspot.com/2011/04/motor-de-combustion.html 4

Introducción MOVIMIENTOS Para entrar al estudio de los mecanismos es necesario definir los distintos tipos de movimiento producidos por estos mecanismos. MOVIMIENTO PLANO (Bidemencional) TRASLACIÓN. Cuando un cuerpo rígido se mueve en tal forma que la posición de cada línea recta del cuerpo es paralela a todas sus otras posiciones, el cuerpo tiene movimiento de traslación, teniendo: Traslación rectilínea Se dice que un cuerpo rígido tiene movimiento de traslación, cuando este se mueve de tal manera que cualquier línea recta dentro del cuerpo conserva la misma dirección durante el movimiento. http://visa8b.blogspot.com/2009/09/power-point.html 5

Introducción Traslación curvilínea http://certic.org/audio/40166685/ Se tiene cuando las trayectorias de las partículas de un cuerpo son curvas idénticas paralelas al plano fijo. ROTACIÓN http://losmecanismosdefrancisco.blogspot.com/ Se tiene movimiento de rotación, si cada punto del cuerpo permanece a una distancia constante del eje fijo, perpendicular al plano de movimiento. 6

Es la combinación de los movimientos anteriores. Introducción ROTACIÓN Y TRASLACIÓN Es la combinación de los movimientos anteriores. http://diccionario.babylon.com/precesi%C3%B3n/ 7

MOVIMIENTO TRIDIMENSIONAL Introducción MOVIMIENTO TRIDIMENSIONAL Movimiento helicoidal Cuando un cuerpo se mueve de tal manera que cada punto del cuerpo tiene movimiento de rotación alrededor de un eje fijo, y al mismo tiempo de movimiento de traslación paralelo al eje. http://www.directindustry.es/prod/haydon-kerk-motion solutions/actuadores-de-tornillo-madre-31460-452397.html 8

Introducción Movimiento esférico Cuando un cuerpo se mueve de tal forma que cada punto tiene alrededor un punto fijo mientras permanece a una distancia de él, su movimiento es esférico. http://emule-buenrollo.com/phpbb/viewtopic.php?f=81&t=4546 9

10 Introducción Rectilínea Traslación Curvilínea Bidimensional (Plano) Rotación Traslación.- Rotación MOVIMIENTO Helicoidal Tridimensional Esférico 10

Introducción Eslabón Es un cuerpo que tiene dos o más elementos de acoplamiento, por medio de los cuales se puede conectar a otros cuerpos con el fin de trasmitir movimiento. http://www.unioviedo.es/DCIF/IMecanica/GestionCortizo Cuaternario Terciario Binario 11

CICLO Introducción Cuando un mecanismo a pasado por tolas las posiciones posibles que pueden tomar después de iniciado el movimiento http://concurso.cnice.mec.es/cnice2006/material107/mecanismos/mec_biela-manivela.htm PERIODO FASE Las posiciones relativas de un mecanismo en cualquier instante. El tiempo necesario para efectuar un ciclo. 12

PAR CINEMATICO Se llama par cinemático a las formas geométricas por medio de las cuales dos miembros se mantienen conectados. A los pares se les conoce también como juntas y pueden ser clasificados de la siguiente forma: PAR INFERIOR Son aquellos cuya superficie de contacto permite un movimiento relativo entre eslabones conectados entre si. Generando variables de movimiento, lineales o angulares. Los pares inferiores se clasifican según el movimiento que permiten realizar. 13

Par giratorio (REVOLUTA). PAR CINEMATICO Par giratorio (REVOLUTA). Sólo permite un movimiento de rotación relativa entre los dos eslabones. Ya que este movimiento queda definido únicamente mediante un ángulo de rotación, este par sólo tienen un grado de libertad (GDL). http://concurso.cnice.mec.es/cnice2006/material107/mecanismos/mec_excent-biela-palanca.htm http://www.unioviedo.es/DCIF/IMecanica/ 14

PAR CINEMATICO Par prismático. Sólo permite un movimiento relativo de deslizamiento entre los eslabones. Tiene un GDL, ya que la posición relativa queda definida por la distancia recorrida. http://concurso.cnice.mec.es/cnice2006/material107/mecanismos/mec_excent-biela-palanca.htm http://www.unioviedo.es/DCIF/IMecanica/ 15

Par helicoidal o de tornillo. PAR CINEMATICO Par helicoidal o de tornillo. Aquí son posibles un movimiento de rotación y otro de traslación, que están relacionados entre sí por el paso de la rosca. En consecuencia, aunque el movimiento relativo queda definido por dos parámetros, sólo tienen un GDL. http://www.unioviedo.es/DCIF/IMecanica/ http://concurso.cnice.mec.es/cnice2006/material107/mecanismos/mec_excent-biela-palanca.htm 16

PAR CINEMATICO Par cilíndrico. Aunque también hay un movimiento de rotación y otro de traslación, son independientes uno del otro, por lo que tiene dos GDL. http://www.unioviedo.es/DCIF/IMecanica/ http://laplace.us.es/wiki/index.php/Movimiento_relativo_(G.I.T.I.) 17

PAR CINEMATICO Par esférico. Se llama también articulación de rótula. Permite la rotación alrededor de cada uno de los tres ejes coordenados, por lo que tienen tres grados de libertad. http://www.twistedandes.com/foro/showthread.php?t=59328 http://www.unioviedo.es/DCIF/IMecanica/ 18

PAR CINEMATICO Par plano. Es poco frecuente en mecanismos. Tiene tres GDL, que corresponden a dos desplazamientos lineales y un giro. http://www.unioviedo.es/DCIF/IMecanica/ 19

PAR CINEMATICO PAR SUPERIOR. Es la conexión entre los dos miembros donde tiene lugar un contacto que se presenta en un punto o a lo largo de una línea recta. http://cbtengranesypiezas.blogspot.com/2011/04/como-pueden-ver-estos-son-unos-tipos-de.html http://es.wikipedia.org/wiki/Rodamiento 20

Cadena cinemática Es un ensamble de eslabones y juntas interconectadas de modo que proporcionen un movimiento de salida controlada en respuesta a un movimiento de entrada proporcionado. Cadena restringida Cadena bloqueada o cerrada Cadena no restringida 21

Mecanismos de cuatro barras Mecanismo de cuatro barras articuladas. Uno de los mecanismos más simples y útiles es el de cuatro barras. El eslabón 1 es el fijo o estacionario. El eslabón 2 es el motriz que puede girar completamente o puede oscilar. En cualquiera de los casos, el eslabón 4 oscila. 1 2 3 4 A B O2 O4 23

Mecanismos de cuatro barras Si el eslabón 2 gira completamente, entonces el mecanismo transforma el movimiento de rotatorio en movimiento oscilatorio. Cuando el eslabón 2 gira completamente, no hay peligro de que este se trabe. Sin, embargo, si el 2 oscila, se debe tener cuidado de proporcionar los eslabones e impedir que haya puntos muertos de manera que el mecanismo no se detenga en sus posiciones extremas. 1 2 3 4 A B O2 O4 B’ A’ 24

Mecanismos de cuatro barras Los mecanismos de cuatro barras articuladas pueden tomar otras formas como las que muestran. 1 2 3 4 A B O2 O4 1 2 3 4 A B O2 O4 Doble manivela manivela Balancín de manivela 1 2 3 4 A B O2 O4 1 2 3 4 A B O2 Biela manivela corredera Doble manivela manivela 25

Ley de Grashof Una manera de determinar si un mecanismo de cuatro barras va a operar como balancín manivela, doble manivela o doble balancín es empleando la Ley de Grashoff. Esta ley señala que si la suma de las longitudes del eslabón mas largo y del más corto es menor que la suma de los otros dos, se forman: 26

Inversión cinemática Es cada uno de los diferentes mecanismos que se pueden lograr con una cadena cinemática al hacer fijo un eslabón diferente de la cadena. 27

Tornillo sin fin - corona Engranaje cónico Engranaje recto Poleas TRANSMICION DE MOVIMIENTO Las Maquinas Simples Tornillo sin fin - corona Engranaje cónico Engranaje recto Poleas Articulación universal Ruedas de fricción Sistema compuesto de poleas Transmisión por cadena Tren de engranajes compuesto Tren de engranajes simple 28

Tornillo sin fin - corona Este mecanismo permite transmitir el movimiento entre árboles que se cruzan. El eje propulsor coincide siempre con el tornillo sin fin, que comunica el movimiento de giro a la rueda dentada que engrana con él, llamada corona. Una vuelta completa del tornillo provoca el avance de un diente de la corona. En ningún caso puede usarse la corona como rueda motriz. 29

Es un mecanismo formado por dos ruedas dentadas troncocónicas. Engrane cónico Es un mecanismo formado por dos ruedas dentadas troncocónicas. El paso de estas ruedas depende de la sección considerada, por lo que deben engranar con ruedas de características semejantes. El mecanismo permite transmitir movimiento entre árboles con ejes que se cortan. En los taladros se usa este mecanismo para cambiar de broca. Aunque normalmente los ejes de los árboles son perpendiculares, el sistema funciona también para ángulos arbitrarios entre 0º y 180º. Las prestaciones del mecanismo son parecidas a las del engranaje recto. 30

Está formado por dos ruedas dentadas cilíndricas rectas. Engranaje Recto Está formado por dos ruedas dentadas cilíndricas rectas. Es un mecanismo de transmisión robusto, pero que sólo transmite movimiento entre ejes próximos y, en general, paralelos. En algunos casos puede ser un sistema ruidoso, pero que es útil para transmitir potencias elevadas. Requiere lubricación para minimizar el rozamiento. Cada rueda dentada se caracteriza por el número de dientes y por el diámetro de la circunferencia primitiva. Estos dos valores determinan el paso, que debe ser el mismo en ambas ruedas. 31

Poleas El mecanismo está formado por dos ruedas simples acanaladas, de manera que se pueden conectar mediante una cinta o correa tensionada. El dispositivo permite transmitir el movimiento entre ejes alejados, de manera poco ruidosa. La correa, sin embargo, sufre un desgaste importante con el uso y puede llegar a romperse. Hay que tensar bien, mediante un carril o un rodillo tensor, para evitar deslizamientos y variaciones de la relación de transmisión. No es un mecanismo que se use demasiado cuando se trata de transmitir potencias elevadas. 32

Articulación universal La articulación universal o Junta de Cardan resulta útil para transmitir potencias elevadas entre ejes que se cortan formando un ángulo cualquiera, próximo a 180º. Este mecanismo de puede encontrar en el sistema de transmisión de muchos vehículos. Una pieza de cuatro brazos, con forma de cruz, mantiene unidas las horquillas que hay en el extremo de cada eje, permitiendo la movilidad del conjunto. El sistema es bastante robusto y, si se usan dos juntas mediante un árbol intermedio, el giro puede transmitirse a árboles alejados de ejes no paralelos. En este caso, el árbol intermedio sufre esfuerzos de torsión considerables. 33

Si las ruedas son exteriores, giran en sentidos opuestos. Ruedas de fricción El movimiento de giro se transmite entre ejes paralelos o que se cortan formando un ángulo arbitrario, entre 0º y 180º. Como en el caso de los engranajes, hay ruedas de fricción rectas y tronco cónicas. El mecanismo está formado por dos ruedas en contacto directo, a una cierta presión. El contorno de las ruedas está revestido de un material especial, de forma que la transmisión de movimiento se produce por rozamiento entre las dos ruedas. Si las ruedas son exteriores, giran en sentidos opuestos. 34

Transmisión por cadena Las dos ruedas dentadas se comunican mediante una cadena o una correa dentada tensa. Cuando se usa una cadena el mecanismo es bastante robusto, pero más ruidoso y lento que uno de poleas. Todas las bicicletas incorporan una transmisión por cadena. Los rodillos de la cadena están unidos mediante eslabones y, dependiendo del número de huecos, engranan con uno o varios dientes de las ruedas. En algunas máquinas, la rueda menor suele llamarse piñón, y la rueda mayor plato.. Utilizando este mecanismo se consigue que las dos ruedas giren en el mismo sentido. 35

Mecanismo de poleas El mecanismo está formado por más de dos poleas compuestas unidas mediante cintas o correas tensas. Las poleas compuestas constan de dos o más ruedas acanaladas simples unidas a un mismo eje. En el caso más sencillo, se usan tres poleas dobles idénticas, de forma que la rueda pequeña de una polea doble conecta con la rueda grande de la polea siguiente. Así se consiguen relaciones de transmisión, multiplicadoras o reductoras, mayores que en el sistema simple. 36

Tren de engranajes compuesto El mecanismo está formado por más de dos ruedas dentadas compuestas, que engranan. Las ruedas compuestas constan de dos o más ruedas dentadas simples solidarias a un mismo eje. En el caso más sencillo, se usan tres ruedas dentadas dobles idénticas, de forma que la rueda pequeña de una rueda doble engrana con la rueda grande de la rueda doble siguiente. Así se consiguen relaciones de transmisión, multiplicadoras o reductoras, muy grandes. Efectivamente, su valor viene dado por el producto de los dos engranajes simples que tiene el mecanismo. 37

Tren de engranajes simple El mecanismo está formado por más de dos ruedas dentadas simples, que engranan. La rueda motriz transmite el giro a una rueda intermedia, que suele llamarse rueda loca o engranaje loco. Finalmente, el giro se transmite a la rueda solidaria al eje resistente. Esta disposición permite que el eje motor y el resistente giren en el mismo sentido. También permite transmitir el movimiento a ejes algo más alejados. 38

Clasificación de mecanismos POLEAS POLIPASTO PALANCAS 39

Transformación de movimiento BIELA-MANIVELA-CORREDERA TORNILLO LEVA PIÑON CREMALLERA 40

Mecanismo Biela-Manivela-Corredera. Este mecanismo se emplea ampliamente y se encuentra su mayor aplicación en el motor de combustión interna. En este mecanismo hay dos puntos durante el ciclo, uno en cada posición extrema del recorrido del pistón. Con el propósito de vencerlos, es necesario fijar un volante al cigüeñal de manera que se puedan pasar los puntos muertos. http://www.monografias.com/trabajos14/palancas/palancas.shtml 41

Mecanismo de Yugo escocés El yogo escocés realiza básicamente la misma función que una manivela simple, con la única diferencia que el movimiento de salida lineal describe una trayectoria senoidal. Es un mecanismo de cuatro barras que convierte un movimiento rotatorio en un movimiento armónico simple. http://udofundamento.blogspot.com/2010/05/mecanismo-de-yugo-escoces.html 42

Mecanismo de retorno rápido Este mecanismo se emplea en máquinas herramientas que tienen una carrera lenta de corte y una carrera rápida de retorno para una velocidad angular constante de la manivela. Mecanismo de cepillo. Este mecanismo es una variante de la segunda, inversión de la niela-manivela-corredera en la cual la biela se mantiene fija. el arreglo en el que es eslabón 2 gira completamente y el eslabón 4 oscila. http://fundamentosdemaquinaswmn.blogspot.com/2010/08/normal-0-21-false-false-false-es-x-none.html 43

Mecanismo de eslabón de arrastre Mecanismo de eslabón de arrastre. Este mecanismo se obtiene a partir del mecanismo de cuatro barras articuladas. Para una velocidad angular constante del eslabón 2, el 4 gira a una velocidad no uniforme. El ariete 6 se mueve con velocidad casi constante durante la mayor parte de la carrera ascendente para producir una carrera ascendente lenta y una carrera descendente rápida cuando es eslabón motriz gira en el sentido de la manecillas del reloj http://fundamentosdemaquinaswmn.blogspot.com/2010/08/normal-0-21-false-false-false-es-x-none.html 44

Mecanismo de Whitworth Mecanismo de Whitworth. Este es una variante de la primera inversión de la biela-corredera-manivela en la que la manivela se mantiene fija y tanto el eslabón 2 como el 4 giran revoluciones completas http://fundamentosdemaquinaswmn.blogspot.com/2010/08/normal-0-21-false-false-false-es-x-none.html 45

Junta de Oldham Este mecanismo facilita la conexión de dos flechas paralelas que están ligeramente desalineadas de manera que se pueda trasmitir una relación de velocidad anular constante desde la flecha motriz a la accionada. http://www.klugers.net/web/mecanica-/46-acoplamiento-entre-ejes 46

Mecanismos de línea recta Son aquellos en los que algún punto del mecanismo describe una parte de su trayectoria que se aproxima a una línea recta. en la mayoría de los casos la trayectoria es una curva del acoplador, como sucede en los mecanismos de watt, roberts y chebychev. a) Watt b) Roberts c) Chebychev d) Peaucillier http://elmotorrecalentado.blogspot.com/2010/08/mecanismo-de-linea-recta.html 47

Rueda de cámara Este mecanismo toma distintas formas que operan dentro de una caja o alojamiento. Un tipo de ruedas de cámara tiene solamente un rotor colocado excéntricamente dentro de la caja y por lo general es variante del mecanismo biela-corredera-manivela. El mecanismo mostrado se diseño originalmente para las maquinas de vapor, aunque en su aplicación moderna se emplea bajo la forma de bomba. http://fundamentosdemaquinaswmn.blogspot.com/2010/08/normal-0-21-false-false-false-es-x-none.html 48

Motor wankel En este mecanismo los gases en dilatación actúan sobre el roto de tres lóbulos el cual gira directamente sobre el excéntrico y transmite el par de torsión a la flecha de salida por medio del excéntrico que forma parte de la flecha. La relación de tres fases entre el rotor y la rotación de l flecha excéntrica se mantiene por medio de un par de engranes internos y externos (que no se muestran) de manera que el movimiento orbital del rotor se mantiene debidamente bomba. http://fundamentosdemaquinaswmn.blogspot.com/2010/08/normal-0-21-false-false-false-es-x-none.html http://fundamentosdemaquinaswmn.blogspot.com/2010/08/normal-0-21-false-false-false-es-x-none.html 49

Junta de Hooke Esta junta de emplea para conectar dos fechas que se intersectan. También se le conoce por el nombre de junta universal y e usa ampliamente en el campo automotriz. Se puede mostrar que aunque ambas fechas duden completar una revolución en el mismo tiempo, la relación de las velocidades angulares de las dos fechas no es constante durante la revolución, sino que cambia en función del ángulo entre las fechas y el ángulo de rotación del motor. http://patentados.com/invento/junta-universal.html 50

Levas Las levas son unos mecanismos compuestos generalmente por un eslabón impulsor llamado "leva" y otro eslabón de salida llamado "seguidor" entre los que se transmite el movimiento por contacto directo. Son mecanismos sencillos, poco costosos, tienen pocas piezas móviles y ocupan espacios reducidos. Además su principal ventaja reside en que se pueden diseñar de forma que se obtenga casi cualquier movimiento deseado del seguidor. Mediante el uso de levas se logran complejos movimientos con una alta repetitividad y confiabilidad. Un ejemplo es en el motor de combustión interna. http://elmotorrecalentado.blogspot.com/2010/08/levas.html 51

Levas La leva es un disco con un perfil externo parcialmente circular sobre el que apoya un operador móvil (seguidor de leva ) destinado a seguir las variaciones del perfil de la leva cuando esta gira. 52

Clasificación de las levas y los seguidores El mecanismo de la leva se pueden clasificar teniendo en cuenta la "leva" y el "seguidor". Teniendo en cuenta la leva: a) Leva de placa, llamada también de disco o radial. b) Leva de cuña. c) Leva cilíndrica o de tambor. d) Leva lateral o de cara. http://elmotorrecalentado.blogspot.com/2010/08/clasificacion-de-las-levas.html 53

Teniendo en cuenta el seguidor a) Seguidor de cuña. b) Seguidor de cara plana. c) Seguidor de rodillo. d) Seguidor de cara esférica o zapata curva. http://elmotorrecalentado.blogspot.com/2010/08/clasificacion-de-las-levas.html 54

a) Movimiento con velocidad constante Diseño del perfil La forma del perfil de una leva está regida por los requerimientos relativos al movimiento del seguidor. Estos requerimientos dependen de la función que el mecanismo ejecuta en la máquina en la cual se va a aplicar. El ciclo de posiciones del seguidor, determinado por tales consideraciones, puede o no necesitar ciertos periodos de “reposo” durante el cual el seguidor no tiene movimiento, y ciertos periodos de movimiento de una naturaleza específica. Frecuentemente en aplicación práctica, las varillas se mueven exacta o aproximadamente de acuerdo con una de las siguientes condiciones: a) Movimiento con velocidad constante b) Movimiento con aceleración o desaceleración constante c) Movimientos armónicos simples d) Cicloidal 55

Velocidad constante Se muestra el diagrama de desplazamiento para el mecanismo de una leva, en el cual el seguidor se eleva con velocidad constante durante 90° regresa con velocidad constante durante 90° y reposa durante el resto del ciclo Desplazamiento del seguidor Desplazamiento de la Leva http://fundamentosdemaquinaswmn.blogspot.com/2010/08/tema-v-levas-levas-los-mecanismos-de.html 56

Velocidad constante Cuando un cuerpo se mueve con velocidad constante se desplazamiento es un proporción directa al tiempo transcurrido. Si se supone una velocidad constante para la leva, el desplazamiento del seguidor es por consiguiente proporcional al desplazamiento de la leva. La cuerva AB debe ser, para los primeros 90°, una línea recta, Durante el segundo periodo de 90°, una línea recta horizontal BC representa el periodo de reposo. Durante el periodo de reposo los siguientes 90° del movimiento de la leva se indican por otra línea recta ya que aquí tenemos otra vez velocidad constante. Se traza DE horizontalmente para el periodo final. 57

Para una aplicación práctica probablemente el diagrama se modificaría en la forma ilustrada por las líneas punteadas a menos que la leva girará muy despacio. Esto se efectúa para evitar cambios bruscos del movimiento cuando empieza y termina la alzada y se substituye por un cambio gradual de velocidad que elimina choque y ruido. 58

Para cualquier cuerpo en movimiento con aceleración constante, s = ½ at donde s es el desplazamiento a es la aceleración, y t el intervalo de tiempo. La distancia desplazada es entonces proporcional al cuadrado del tiempo. Si tomamos intervalos del desplazamiento de la leva de 1, 2, 3, 4, etc. Unidades de tiempo, los desplazamientos de la varilla al final de estos intervalos serán proporcionales a las cantidades 12, 22, 32, etc., o sea 1, 4, 9, etc. Este principio se aplica en el diagrama de desplazamiento mostrado. Aquí los requisitos son que el seguidor se mueva una distancia AC durante el desplazamiento de la leva AB. La construcción es como sigue. 59