teoría de mecanismos
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TEORÍA DE MECANISMOS 1.- INTRODUCCIÓN TMM Universidad Carlos III de Madrid Departamento de Ingeniería Mecánica 1 Teoría de Mecanismos NIVELES ELEMENTO/MIEMBRO EXPRESIÓN GRÁFICA MECÁNICA RESISTENCIAS PASIVAS TEORÍA GENERAL DEL ENGRASE 0) CONOCIMIENTOS PREVIOS Y FUNDAMENTOS TMM MATERIALES · Análisis de deformaciones y tensiones · Características mecánicas · Ensayos mecánicos CONJUNTO SISTEMA RECEPTOR · Necesidades · Función · Características SISTEMA MOTRIZ · Propiedades · Características Sectores industriales, relacionados con T.M.M. MÉTODOS DE CÁLCULO ; ANALÍTICOS Y POR ORDENADOR A) CINEMÁTICO (DISEÑO INICIAL) CLASIFICACIÓN (Por pares cinemáticos) DESCRIPCIÓN ANÁLISIS DE MECANISMOS SÍNTESIS DE MECANISMOS B) DINÁMICO (PREDIMENSIONADO) PREDIMENSIONADO DE ELEMENTOS ANÁLISIS DINÁMICO Volante, regulación, frenado COEFICIENTE DE SEGURIDAD C) CÁLCULO Y DISEÑO D) CONSTRUCCIÓN E) ENSAYO Y CORRECTO FUNCIONAMIENTO CÁLCULO, COMPROBACIÓN Y ELECCIÓN DE ELEMENTOS UNIONES REGÍMENES DE LUBRICACIÓN COEFICIENTES DE SEGURIDAD -TEORÍA DE FUSIBLES MECÁNICOS -DISEÑO DE CONJUNTO -SISTEMA DE SUSTENTACIÓN Carcasa (Estanqueidad), Bancada, etc. SIST. LUBRICACIÓN Y REFRIGERACIÓN FABRICACIÓN (TALLA, ETC.) ACABADO SUPERFICIAL AJUSTES, TOLERANCIAS, ETC. NORMALIZACIÓN PREVISIÓN Y NORMAS DE MONTAJE PROGRAMA DE MANTENIMIENTO ENSAYOS REGLAMENTACIÓN EQUILIBRADO (Procedimiento) VIBRACIONES DESGASTE, CORROSIÓN Y FATIGA SUPERFICIAL EQUILIBRADO VIBRACIONES AISLAMIENTOS ENSAYOS Y VERIFICACIONES Dimensionales Funcionales Ruidos y vibraciones Universidad Carlos III de Madrid Departamento de Ingeniería Mecánica 2 Definiciones MÁQUINA “Combinación de cuerpos resistentes, unidos entre sí, con determinados movimientos relativos, que transmiten fuerzas desde una fuente de energía determinada hasta el lugar donde han de ser vencidas las resistencias”. Universidad Carlos III de Madrid Departamento de Ingeniería Mecánica 3 Definiciones MECANISMO “Combinación de elementos de modo que permitan conseguir determinados movimientos” Universidad Carlos III de Madrid Departamento de Ingeniería Mecánica 4 Definiciones ESTRUCTURA “Combinación de cuerpos resistentes, capaces de transmitir fuerzas o de portar cargas, pero cuyas partes no tienen movimiento relativo”. Universidad Carlos III de Madrid Departamento de Ingeniería Mecánica 5 Definiciones PIEZA “Parte indivisible de un elemento o de un mecanismo”. Universidad Carlos III de Madrid Departamento de Ingeniería Mecánica 6 Definiciones ELEMENTO O MIEMBRO “Parte de una máquina o mecanismo que posee movimiento relativo con cualquier otra”. Universidad Carlos III de Madrid Departamento de Ingeniería Mecánica 7 Definiciones Un miembro puede estar constituido por varias piezas independientes, pero solidarias entre sí en el montaje. En una máquina, el número de piezas supera en general al número de miembros de que consta. Universidad Carlos III de Madrid Departamento de Ingeniería Mecánica 8 Definiciones PAR DE ELEMENTOS “Dos miembros contiguos de una máquina o mecanismo, en contacto permanente, cuyo movimiento relativo les está permitido”. Universidad Carlos III de Madrid Departamento de Ingeniería Mecánica 9 Teoría de Mecanismos ELASTICIDAD Y RESISTENCIA DE MATERIALES MECÁNICA: INDUSTRIAL Y DEL SÓLIDO TEORÍA DE MECANISMOS TECNOLOGÍA MECÁNICA MÁQUINAS ELÉCTRICAS MATERIALES MÁQUINAS TÉRMICAS MÁQUINAS HIDRÁULICAS Universidad Carlos III de Madrid Departamento de Ingeniería Mecánica DISEÑO DE MÁQUINAS EXPRESIÓN GRÁFICA TEORÍA DE LAS ESTRUCURAS FERROCARRILES Y AUTOMÓVILES PROYECTOS 10 Esquema general de un conjunto mecánico SISTEMA SISTEMA SISTEMA MOTRIZ TRANSMISOR RECEPTOR SISTEMA DE SUSTENTACIÓN MÁQUINA Universidad Carlos III de Madrid Departamento de Ingeniería Mecánica 11 Teoría de mecanismos POTENCIA Æ F·V CLASIFICACIÓN POR TIPO DE MÁQUINA: CLASIFICACIÓN POR SU UTILIZACIÓN: Universidad Carlos III de Madrid Departamento de Ingeniería Mecánica , M·ω • TRANSMISIÓN DE FUERZA DE PAR • TRANSMISIÓN DE POSICIÓN • TRANSMISIÓN DE POTENCIA • TRANSMISIÓN DE INFORMACIÓN F·V M·ω • APARATOS • RELOJES • REGULADORES • ELEVACIÓN • TRANSPORTE • HERRAMIENTAS ...... 12 Esquema general de un conjunto mecánico S. Alimentación S. Regulación S. Transmisor TRANSMISIONES S. Motriz EJES ÁRBOLES S. Receptor ACOPLAMIENTOS SUSTENTACIÓN SISTEMA DE Apoyos S. Lubricación S. Frenado Carcasa Suspensión S. Estanqueidad Bancada S. Refrigeración Fundación AISLAMIENTO SOPORTE Universidad Carlos III de Madrid Departamento de Ingeniería Mecánica 13 Sistema Transmisor TRANSMISIONES Rígidas Cilíndricos Cónicos hiperbólicos Ordinarios Epicicloidales Ruedas de fricción Deformables Cilíndricas Cónicas hiperbólicas Universidad Carlos III de Madrid Departamento de Ingeniería Mecánica Correas Trenes TRANSMISIONES Engranajes Planas Trapeciales dentadas Cadenas Cables Otras Mecanismos articulados Levas Etc… 14 Teoría de Máquinas y Mecanismos TRANSMISIONES RÍGIDAS • ENGRANAJES CILÍNDRICOS CÓNICOS HIPERBÓLICOS FLEXIBLES SINFÍN CORONA HIPOIDES • RUEDAS DE FRICCIÓN ORDINARIOS • TRENES DE ENGRANAJES EPICICLOIDALES • HUSILLO - TUERCA • ESLABONAMIENTOS ARTICULADOS • LEVAS, EXCÉNTRICAS, TRINQUETES SISTEMA MOTOR • CORREAS • CADENAS • CABLES PORTADORES SISTEMA EJES - ÁRBOLES RECEPTOR CONECTORES PERMANENTES O ACOPLAMIENTOS • RÍGIDOS • ELÁSTICOS • COMPENSADORES Universidad Carlos III de Madrid Departamento de Ingeniería Mecánica TEMPORALES O EMBRAGUES • CONEXIÓN INSTANTÁNEA • CONEXIÓN PROGRESIVA 15 Sistema Transmisor PORTADORES: Ejes, árboles ACOPLAMIENTOS Permanentes Fijos: Platos o bridas de manguito Móviles Axial Radial Angular Temporales (embragues) Otros: hidráulicos, de seguridad, etc. Universidad Carlos III de Madrid Departamento de Ingeniería Mecánica 16 Par elemental Dos miembros contiguos En contacto Con movimiento relativo Clasificación de cierres: 1.- “De cierre de forma “: el contacto está asegurado por la forma de los dos miembros del par (cilindro-émbolo) Universidad Carlos III de Madrid Departamento de Ingeniería Mecánica 17 Par elemental Leva: 2 Varilla: 3 2.- “Cierre de fuerza“: el contacto está asegurado por la fuerza que ejerce un elemento elástico interpuesto (leva-válvula) Universidad Carlos III de Madrid Departamento de Ingeniería Mecánica 18 Par elemental Rueda dentada: 2 Rueda dentada: 3 3.- “Cierre de enlace“ el contacto está asegurado por medio de otro miembro del mismo mecanismo (engrane de dos ruedas dentadas) Universidad Carlos III de Madrid Departamento de Ingeniería Mecánica 19 Par elemental. Clasificación de cierres PAR ELEMENTAL PAR ELEMENTAL PAR ELEMENTAL Polea: 2 Polea: 2 Émbolo: 2 Correa: 3 Polea: 4 Émbolo: 4 “Cinemática y dinámica de Máquinas” A. de Lamadrid, A. de Corral, UPM, Madrid 1992 CIERRE DE FUERZA Universidad Carlos III de Madrid Departamento de Ingeniería Mecánica CIERRE DE ENLACE CIERRE DE ENLACE 20 Par elemental Clasificación según el número de barras o miembros (orden del par o de la junta): Par binario: par formado por dos barras Par ternario: par de tres barras Par P-ario: par formado por P barras Clasificación según la superficie de contacto Par superior (de contacto lineal o puntual) Par inferior (de contacto superficial) Universidad Carlos III de Madrid Departamento de Ingeniería Mecánica 21 Pares fundamentales inferiores Contacto superficial Pares de primer orden (un punto del eslabón describe una curva) Par prismático o de traslación Universidad Carlos III de Madrid Departamento de Ingeniería Mecánica Par de rotación o de revolución Par helicoidal o de tornillo 22 Pares fundamentales inferiores Contacto superficial Pares superficiales o de segundo orden (un punto del eslabón describe una superficie) Par esférico Universidad Carlos III de Madrid Departamento de Ingeniería Mecánica Par plano Par cilíndrico 23 Teoría de Mecanismos MECANISMOS ARTICULADOS CADENA CINEMÁTICA PLANO ESPACIO TRENES DE ENGRANAJES PARES INFERIORES PARES ELEMENTALES DE LA CADENA CINEMÁTICA DE MIEMBROS RÍGIDOS PARES SUPERIORES DE MIEMBROS DEFORMABLES Universidad Carlos III de Madrid Departamento de Ingeniería Mecánica COJINETES (RODAMIENTOS) FRENOS EMBRAGUES CRUCETA CUÑA TORNILLO LEVAS TRINQUETES PALANCAS RODANTES ENGRANAJES ELÁSTICOS RESORTES BALLESTAS FLEXIBLES CORREAS CABLES CADENAS... 24 Par elemental Clasificación según el movimiento relativo entre sus puntos Par de primer grado o lineal Par prismático: describe una línea recta Par de rotación: el punto describe una circunferencia Par helicoidal: describe una hélice Universidad Carlos III de Madrid Departamento de Ingeniería Mecánica 25 Par elemental Par de segundo grado o superficial Par plano: describe un plano Par cilíndrico: describe un cilindro Par esférico: describe una esfera Universidad Carlos III de Madrid Departamento de Ingeniería Mecánica 26 Par elemental Par de tercer grado o espacial Clasificación según el tipo de rozamiento entre las dos piezas Par con deslizamiento: cilindro-pistón Par de rodadura: rueda-carril Par con pivotamiento: quicio-quicionera Universidad Carlos III de Madrid Departamento de Ingeniería Mecánica 27 Cadena cinemática Agrupación de pares elementales Cadena cinemática Abierta Cerrada Universidad Carlos III de Madrid Departamento de Ingeniería Mecánica 28 Cadena cinemática abierta 2º grado “superficial” ( ) Movilidad de un mecanismo: P 1er grado “lineal” ( ) Universidad Carlos III de Madrid Departamento de Ingeniería Mecánica 3er grado • Punto P ligado a un miembro del par. • Estudiamos el movimiento respecto a otro miembro del par. “espacial” ( ) 29 Cadena cinemática cerrada Agrupación de pares elementales MECANISMO: Estructura Universidad Carlos III de Madrid Departamento de Ingeniería Mecánica Desmódromo NOTA: Cadena cinemática con un miembro fijo (TIERRA) Mecanismo fundamental y sus inversiones. 30 Cadenas cinemáticas con tres pares inferiores “Cinemática y dinámica de Máquinas” A. de Lamadrid, A. de Corral, UPM, Madrid 1992 2-1 1-2 2-3 3-1 2-3 1-3 3 pares de traslación o 3 pares prismáticos Universidad Carlos III de Madrid Departamento de Ingeniería Mecánica 1 par de rotación + 1 par de traslación + 1 par helicoidal 31 Cuadrilátero articulado “Cinemática y dinámica de Máquinas” A. de Lamadrid, A. de Corral, UPM, Madrid 1992 Corredera con guía circular Universidad Carlos III de Madrid Departamento de Ingeniería Mecánica excéntrica 32 Mecanismo biela-manivela (I) Cuadrilátero articulado degenerado Una manivela se encuentra en el Tierra 1 ∞. Céntrico Tierra 3 Universidad Carlos III de Madrid Departamento de Ingeniería Mecánica Máquinas alternativas o de émbolo 33 Mecanismo biela-manivela (II) Inversiones Mecanismo de retorno rápido Tierra 2 Bomba de péndulo Tierra 4 Universidad Carlos III de Madrid Departamento de Ingeniería Mecánica 34 Cuadrilátero articulado degenerado (I). dos manivelas en el ∞. Genera una elipse de semiejes CA y CB Tierra 1 Universidad Carlos III de Madrid Departamento de Ingeniería Mecánica Tierra 3 35 Cuadrilátero articulado degenerado (II). “Cinemática y dinámica de Máquinas” A. de Lamadrid, A. de Corral, UPM, Madrid 1992 Tierra 2 Junta de Oldham Tierra 3 Universidad Carlos III de Madrid Departamento de Ingeniería Mecánica 36 Número de grados de libertad Número mínimo de parámetros independientes necesarios para definir la configuración geométrica de un sistema en el espacio. Mecanismo en el espacio: 6 gdl 3 traslación 3 de rotación. Universidad Carlos III de Madrid Departamento de Ingeniería Mecánica 37 Número de grados de libertad CRITERIO DE GRÜBLER (GRUEBLER) G = 3 ⋅ ( N-1) - 2 ⋅ f1 - f 2 Si Si Si Si G>1 G=1 G=0 G<0 mecanismo G- GDL. mecanismo desmodrómico. estructura estáticamente determinada. estructura hiperestática. f1: nº pares 1gdl, f2: nº pares 2gdl Universidad Carlos III de Madrid Departamento de Ingeniería Mecánica 38 Número de grados de libertad CRITERIO DE RESTRICCIÓN G = ( 2 ⋅ J- 3) - ⎡⎣ n 2 + 3 ⋅ n 3 + 5 ⋅ n 4 + " + ( 2 ⋅ K- 3) ⋅ n k ⎤⎦ J Número de nudos del mecanismo n 2 Nº de barras con 2 pares cinemáticos de 1 gdl n 3 Nº de barras con 3 pares cinemáticos de 1 gdl ….. n k Nº de barras con K pares cinemáticos de 1 gdl Universidad Carlos III de Madrid Departamento de Ingeniería Mecánica 39
