MECANISMOS MECANISMOS Análisis de Posición Juan Manuel Argüello Espinosa Diseñador Industrial – UIS Especialista en Docencia Universitaria – UIS Magister en e-learning – UNAB

La mayor parte del diseño en ingeniería implica una combinación de síntesis y análisis. En la síntesis de mecanismos se dan los movimientos de entrada y salida deseados para determinar el mecanismo requerido. Existen varios tipos de mecanismos como barras, levas o superficies deslizantes, incluyendo ruedas dentadas, que pueden usarse para obtener una salida deseada desde una entrada dada. Para resolver un problema de síntesis primero se tiene que definir el tipo de mecanismo que será usado. La necesidad de solucionar problemas de síntesis cada vez más complejos ha dirigido el desarrollo de métodos analíticos. SÍNTESIS GRÁFICA DE ESLABONAMIENTOS

Síntesis cualitativa: significa la creación de soluciones potenciales en ausencia de un algoritmo bien definido que configure o pronostique la solución. El proceso se vuelve entonces un diseño cualitativo mediante análisis sucesivo. SÍNTESIS

Síntesis de tipo: se refiere a la definición del tipo apropiado de mecanismo más adecuado para el problema y es una forma de síntesis cualitativa. Ejemplo: diseño de un dispositivo para seguir el movimiento lineal de una pieza sobre una banda transportadora y rociarla con un recubrimiento químico conforme pasa. Un eslabonamiento rectilíneo Una leva y seguidor Un cilindro neumático Un cilindro hidráulico Un robot Un selenoide SÍNTESIS Puede resultar demasiado grande o tener aceleraciones indeseables Costoso, aunque preciso y repetible. Barato, pero ruidoso y poco confiable. Más costoso Produce velocidad y cargas de alto impacto.

Síntesis cuantitativa o síntesis analítica: significa la generación de una o más soluciones de un tipo particular que se considera adecuado para el problema, y aún más importante, para las que no existe un algoritmo de síntesis definido. SÍNTESIS

Generación de función: es la correlación de un movimiento de entrada con un movimiento de salida en un mecanismo. Un generador de función es conceptualmente una “caja negra” que entrega alguna salida predecible en respuesta a una entrada conocida. Generación de trayectoria: es el control de un punto en el plano, de tal suerte que siga una trayectoria prescrita. Esto en general se logra con por lo menos cuatro barras, donde un punto del acoplador traza la trayectoria deseada. GENERACIÓN DE FUNCIÓN, TRAYECTORIA Y MOVIMIENTO

Generación de movimiento: es el control de una línea en el plano de modo que asuma un conjunto prescrito de posiciones secuenciales. En este caso, la orientación del eslabón es importante. Mecanismos planos contra mecanismos espaciales: Los mecanismos espaciales son dispositivos tridimensionales. Su diseño y análisis son mucho más complejos que los de mecanismos planos, los cuales son dispositivos bidimensionales. GENERACIÓN DE FUNCIÓN, TRAYECTORIA Y MOVIMIENTO

Posiciones de agarrotamiento (entrabamiento): una prueba importante se puede aplicar dentro de los procedimientos de síntesis descritos a continuación. Es necesario verificar que el eslabonamiento en realidad puede alcanzar todas las posiciones de diseño especificadas sin que encuentre una posición límite. CONDICIONES LÍMITE Las posiciones de agarrotamiento (entrabamiento) se determinan por la colinealidad de dos de los eslabones móviles. C1D1 y C2D2 (líneas sólidas) son las posiciones de agarrotamiento que se alcanzan desde el eslabón 2. C3D3 y C4D4 (líneas punteadas) son las posiciones de agarrotamiento que se alcanzan desde el eslabón 4.

Posiciones estacionarias: un eslabonamiento de manivela-balancín de cuatro barras de Grashof* también asumirá dos posiciones de agarrotamiento como se muestra en la figura, cuando el eslabón más corto (manivela O2C) es colineal con el acoplador CD (eslabón 3), colineal extendido (O2C2D2) o colineal traslapante (O2C1D1). No puede ser impulsado hacia atrás desde el balancín O4D (eslabón 4) a través de estas posiciones colineales (las cuáles actúan como agarrotamientos), pero cuando se impulsa la manivela O2C (eslabón 2), ésta pasará por ambas posiciones estacionarias porque es de Grashof*. CONDICIONES LÍMITE * La Ley de Grashof establece que un mecanismo de cuatro barras tiene al menos una articulación de revolución completa, si y solo si la suma de las longitudes de la barra más corta y la barra más larga es menor o igual que la suma de las longitudes de las barras restantes.

Ángulo de transmisión: otra prueba útil que puede aplicarse rápidamente a un diseño de eslabonamiento para valorar su calidad es la medición de su ángulo de transmisión. Esto se puede realizar analítica o gráficamente, o en un modelo para una aproximación preliminar. CONDICIONES LÍMITE El ángulo de transmisión μ se define como el ángulo entre el eslabón de salida y el acoplador. En general, se considera como el valor absoluto del ángulo agudo del par de ángulos formado en la intersección de dos eslabones y varía continuamente de un valor mínimo a un valor máximo conforme el eslabonamiento pasa por su intervalo en movimiento

La síntesis dimensional de un eslabonamiento es la determinación de las dimensiones (longitudes) de los eslabones necesarios para lograr los movimientos deseados. Existen muchas técnicas para realizar esta tarea de síntesis dimensional de un eslabonamiento de cuatro barras. Los métodos más simples y rápidos son gráficos. Éstos funcionan bien hasta para tres posiciones de diseño. SÍNTESIS DIMENSIONAL Síntesis de generación de función de tres puntos de un mecanismo de 4 barras.

Se subdivide en dos categorías: Salida de balancín (rotación pura) y salida de acoplador (movimiento complejo). La salida de balancín es más adecuada para situaciones en las cuales se desea una manivela-balancín de Grashof y, de hecho, es un caso trivial de generación de función en el cual la función de salida se define como dos posiciones angulares discretas del balancín. La salida de acoplador es más general y es un caso simple de generación de movimiento en el que dos posiciones de una línea se definen como la salida. SÍNTESIS DIMENSIONAL SÍNTESIS DE DOS POSICIONES

Problema: Diseñe una manivela-balancín de Grashof de cuatro barras que produzca una rotación de 45° del balancín con el mismo tiempo hacia delante y hacia atrás, con una entrada de motor de velocidad constante. SÍNTESIS DIMENSIONAL - SÍNTESIS DE DOS POSICIONES -EJEMPLO 1.Dibuje el eslabón de salida O 4 B en ambas posiciones extremas, B1 y B2 en cualquier lugar conveniente, de modo que el ángulo de movimiento deseado Ø4 quede subtendido. 2.Dibuje la cuerda B1B2 y extiéndala en ambas direcciones. 3.Seleccione un punto conveniente O2 sobre la línea B1B2 extendida. 4.Bisecte el segmento de línea B1B2 y trace un círculo con ese radio alrededor de O2. 5. Marque las dos intersecciones del círculo y B1B2 extendido, como A1 y A2. 6. Mida la longitud del acoplador como A1 a B1 o A2 a B2. 7. Mida la longitud de la bancada 1, la manivela 2 y del balancín Encuentre la condición de Grashof. Si no es de Grashof, repita los pasos 3 a 8 con O2 más alejado de O4.