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Estudio y análisis de Mecanismos Especiales...

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LABORATORIO DE TEORÍA DE LAS MÁQUINAS Y MECANISMOS

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO Facultad de Ingeniería Escuela Profesional de Ingeniería Mecatrónica

MECANISMOS ESPECIALES

Teoría de las Máquinas y los Mecanismos AUTORES

:

RAMIREZ ZAMUDIO, Paul Oscar

DOCENTE :

Ing. RODRIGUEZ OCHOA, Jairo Javier

CICLO

VI

:

Trujillo, Perú 2019 1

LABORATORIO DE TEORÍA DE LAS MÁQUINAS Y MECANISMOS

ÍNDICE

MECANISMOS ESPECIALES ................................................................................................... 6 I.

INTRODUCCIÓN ............................................................................................................. 6

II.

FUNDAMENTO TEORICO ......................................................................................... 7

MECANISMOS DE LÍNEA RECTA: .................................................................................... 7 MECANISMOS DE 4 BARRAS: ........................................................................................... 7 MECANISMOS DE 6 BARRAS: ......................................................................................... 10 MECANISMO DE LÍNEA RECTA DE PEAUCELLIER: .................................................. 13 III.

DESARROLLO DE LA PRÁCTICA: ....................................................................... 14

Desarrollo del Plan de Trabajo: ............................................................................................. 14 IV.

DESARROLLO DE EVALUACIÓN:........................................................................ 19

1.

Realice un reporte de las acciones realizadas en laboratorio. ........................................ 19

2.

Indicar las aplicaciones de los mecanismos de línea recta y de 6 barras. ...................... 25

3.

De los mecanismos diseñados por el grupo en el laboratorio 1 (Revisión) ................... 28

4.

Trabajo de investigación ................................................................................................ 32

V. RESULTADOS ................................................................................................................ 36 VI.

CONCLUSIONES ........................................................................................................ 36

VII. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS: ...................................................................... 37

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TABLA DE FIGURAS Figura 1. Mecanismo de línea recta de Watt. [Dpto. Tecnología de la Universidad Jaume I. Castellón. España]........................................................................................................................... 7 Figura 2. Aplicación del Mecanismo de Línea Recta de Watt [ Nicolas Pérez (2006)- Maquina vapor Watt.] .................................................................................................................................... 8 Figura 3. Mecanismo de línea recta de Roberts. [Dpto. Tecnología de la Universidad Jaume I. Castellón. España]........................................................................................................................... 8 Figura 4. Mecanismo de línea recta de Chebyshev. [Dpto. Tecnología de la Universidad Jaume I. Castellón. España]........................................................................................................................... 9 Figura 5. Mecanismo de línea recta de Hoekens. [Dpto. Tecnología de la Universidad Jaume I. Castellón. España]........................................................................................................................... 9 Figura 6. Mecanismo inversor de Hart tipo A. [Dpto. Tecnología de la Universidad Jaume I. Castellón. España]......................................................................................................................... 10 Figura 7. Mecanismo inversor de Hart tipo W. [Dpto. Tecnología de la Universidad Jaume I. Castellón. España]......................................................................................................................... 10 Figura 8. Mecanismo de Stephenson I. [Dpto. Tecnología de la Universidad Jaume I. Castellón. España].......................................................................................................................................... 11 Figura 9. Mecanismo de Stephenson II. [Norton, R. (2009).] ...................................................... 11 Figura 10. Mecanismo de Stephenson III. [Norton, R. (2009).] ................................................... 11 Figura 11. Mecanismo de Watt I. [Dpto. Tecnología de la Universidad Jaume I. Castellón. España].......................................................................................................................................... 12 Figura 12. Mecanismo de Watt II. [Norton, R. (2009)] ................................................................ 12 Figura 13. Mecanismo de línea recta de Peaucellier. [Dpto. Tecnología de la Universidad Jaume I. Castellón. España] ..................................................................................................................... 13 Figura 14. Diseño de mecanismo Watt de cuatro barras. [Elaboración propia] ........................... 14 Figura 15. Diseño de mecanismo de Línea Recta de Roberts [Elaboración propia] .................... 14 Figura 16. Diseño de mecanismo de Chebyschev [Elaboración propia] ...................................... 15 Figura 17. Diseño de mecanismo de Hoekens [Elaboración propia] ............................................ 15 Figura 18. Diseño de Mecanismo inversor de Hart Tipo A [Elaboración Propia] ....................... 16 Figura 19. Diseño de Mecanismo inversor de Hart Tipo W [Elaboración Propia]....................... 17 3

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Figura 20. Diseño de mecanismo de Stephenson I [Elaboración propia] ..................................... 17 Figura 21. Diseño de mecanismo Watt de seis barras. [Elaboración propia] ............................... 18 Figura 22. Diseño de mecanismo de Peaucellier [Elaboración propia] ........................................ 18 Figura 23. Mecanismo de Watt – 4 barras [Elaboración propia] .................................................. 19 Figura 24. Trayectoria realizada por el punto P en el mecanismo Línea Recta de Roberts [Elaboración Propia] ..................................................................................................................... 20 Figura 25. Trayectoria realizada por el punto P en el mecanismo Chebyschev [Elaboración Propia] ........................................................................................................................................... 20 Figura 26. Mecanismo de 4 barras Hoekens [Elaboración Propia] .............................................. 21 Figura 27. Trayectoria realizada por el punto P en el mecanismo Hoekens, a) cuando la distancia de B-P es menor a A-B. b) Cuando la distancia de B-P es igual a A-B. c) Cuando la distancia de B-P es mayor a A-B. [Elaboración Propia]................................................................................... 21 Figura 28. Diseño de Mecanismo inversor de Hart Tipo A en movimiento [Elaboración Propia] ....................................................................................................................................................... 22 Figura 29. Diseño de Mecanismo inversor de Hart Tipo W [Elaboración Propia]....................... 23 Figura 30. Trayectoria realizada por el punto A en el mecanismo de 6 barras de Stephenson [Elaboración Propia] ..................................................................................................................... 23 Figura 31. Mecanismo de Watt – 6 barras [Elaboración Propia].................................................. 24 Figura 32. 1era Inversión, recorrido de B, y el punto intersección de L3 y L4. Mecanismo Watt Tipo I. [Elaboración Propia] ......................................................................................................... 24 Figura 33. 2da inversión, recorrido de ciertos puntos. Mecanismo Watt Tipo II. [Elaboración Propia] ........................................................................................................................................... 25 Figura 34. Trayectoria realizada por el punto P en el mecanismo Hoekens [Elaboración Propia] ....................................................................................................................................................... 25 Figura 35. Mecanismo de Watt formando parte de la suspensión de un automóvil. (Shigley, 1996) ............................................................................................................................................. 26 Figura 36. Alicate de presión. (Shigley, 1996) ............................................................................. 26 Figura 37. Caminante de Chbyshov (Ludoforum ,2017) .............................................................. 27 Figura 38. Primer mecanismo del laboratorio 1. Sin variaciones. [Elaboración Propia].............. 28 Figura 39. Primer mecanismo del laboratorio 1, medidas reajustadas. [Elaboración Propia] ...... 28 Figura 40. Empaquetador de fruta (Walker, 1932) ....................................................................... 29 4

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Figura 41. a) Segundo mecanismo del laboratorio 1. Sin variaciones. b) Medidas del segundo mecanismo del laboratorio 1. [Elaboración Propia] ..................................................................... 30 Figura 42. Segundo mecanismo del laboratorio 1, medidas ajustadas. [Elaboración Propia] ...... 30 Figura 43. Imprenta antigua. (Imprenta antigua-Stock Photo (2012), Internet, Recuperado de helloalonee.blogspot.com) ............................................................................................................ 30 Figura 44. Tercer mecanismo del laboratorio 1. [Elaboración Propia]......................................... 31 Figura 45. Cuarto mecanismo del laboratorio 1. [Elaboración Propia] ........................................ 31 Figura 46. Paralelogramo articulado (J.A, 1997).......................................................................... 32 Figura 47. Paralelogramo articulado balanza (J.A, 1997) ............................................................ 32 Figura 48. Paralelogramo articulado – ruedas de tren (J.A, 1997) ............................................... 32 Figura 49. Paralelogramo articulado – ventana de hojas (J.A, 1997) ........................................... 33 Figura 50. Paralelogramo articulado – Pinzas extensibles (J.A, 1997) ........................................ 33 Figura 51. Yugo escocés (Romeva, 2000) .................................................................................... 34 Figura 52. Mecanismo de Ginebra (Shigley, 1996) ...................................................................... 34 Figura 53. Junta Oldham (Romeva, 2000) .................................................................................... 35

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MECANISMOS ESPECIALES I.

INTRODUCCIÓN

En la teoría de las máquinas, se le llama mecanismo a la agrupación de sus componentes que son móviles y se encuentran vinculados entre sí a través de distintas clases de uniones; esto hace que dicha estructura pueda transmitir fuerzas y movimientos. El mecanismo es el encargado de permitir dicha transmisión. Permiten al ser humano realizar determinados trabajos con mayor comodidad y con menos esfuerzo. Por eso, a partir de la revolución industrial del siglo XVIII, comenzaron a buscarse aquellos tipos de mecanismos que resultaran de mayor utilidad, por tanto, se llegó al descubrimiento de ciertos mecanismos especiales (línea recta y 6 barras) pues se encontró que eran idóneos para optimizar los procesos de fabricación y montaje. Hoy en día el interés por ellos es menor debido al mayor auge de accionamientos neumáticos y eléctricos, pero, aun así, conocer su funcionamiento es importante. Existen muchos mecanismos de línea recta, algunos de los cuales son: -

Mecanismo de línea recta de Roberts

-

Mecanismo de línea recta de Watt

-

Mecanismo de línea recta de Chebyshev

-

Mecanismo de línea recta de Hoekens

-

Mecanismo de línea recta de Paucellier

También hablaremos de los mecanismos de 6 barras, que detallaremos a continuación. Además, todos estos mecanismos deben ser sujetos a probar si cumplen la regla de Grashof, se debe recordar que el criterio de Grashof brinda la ayuda necesaria para predecir si una parte del mecanismo rotará continuamente, o no. Este se puede aplicar sobre sistemas de cuatro barras unidas con pasadores sencillos.

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II.

FUNDAMENTO TEORICO

MECANISMOS DE LÍNEA RECTA: Los mecanismos de línea recta hacen que un punto tenga trayectoria en línea recta sin que esté guiado por una superficie plana. Es un mecanismo en el que un punto de uno de los sólidos rígidos traza una trayectoria que contiene una porción rectilínea de forma exacta o aproximada. MECANISMOS DE 4 BARRAS: •

Mecanismo de Línea recta de Watt:

Es un mecanismo inventado por James Watt (1736-1819), de línea recta aproximada, pero suficiente para los requisitos de la época en los que no existían herramientas capaces de producir rectitud con precisión, uno de sus aplicaciones más resaltantes sirvió para guiar al pistón de las primeras máquinas de vapor (Figura 2). El mecanismo cuenta con dos balancines articulados a la barra fija de igual longitud (O2-A es igual a O4-B). El punto trazador está en el centro del acoplador (barra AB).

Figura 1. Mecanismo de línea recta de Watt. [Dpto. Tecnología de la Universidad Jaume I. Castellón. España]

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Figura 2. Aplicación del Mecanismo de Línea Recta de Watt [ Nicolas Pérez (2006)- Maquina vapor Watt.] •

Mecanismo de Línea recta de Roberts: Consiste en dos balancines de igual longitud (O2A es igual a O4-B) L articulados a la barra fija y un acoplador con un punto trazador que dista de las articulaciones la misma distancia (AP = BP = L) formando el acoplador un triángulo isósceles. Este mecanismo consigue un tramo rectilíneo aproximado entre las articulaciones a la barra fija (es decir, entre O2 y O4).

Figura 3. Mecanismo de línea recta de Roberts. [Dpto. Tecnología de la Universidad Jaume I. Castellón. España] •

Mecanismo de Línea recta de Chebyshev: El mecanismo fue inventado por Chebyshv (1821-1894). Este mecanismo genera también una línea más o menos recta. Es capaz de generar una trayectoria con un tramo aproximadamente rectilíneo. El mecanismo de línea recta de Chebyshev posee las siguientes proporciones: [O2-O4] = 2·AB; [O2-A] = [O4B] = 2.5· AB y P es el punto medio del segmento AB.

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Figura 4. Mecanismo de línea recta de Chebyshev. [Dpto. Tecnología de la Universidad Jaume I. Castellón. España]

•

Mecanismo de Línea recta de Hoekens: Esta denominación se adoptó con posterioridad al fallecimiento de Karl Hoecken (1874−1962). El mecanismo genera una trayectoria con un tramo aproximadamente rectilíneo. La conexión de Hoekens es un mecanismo afín del mecanismo de Chebyshov. Con respecto a otros mecanismos, presenta la particularidad de que la barra principal, además de pivotar, desliza en una abrazadera especial. Las proporciones de este mecanismo son aproximadamente: AB = O4-B = 2.5 [O2-A]; [O2-O4]=2 [O2-A]

Figura 5. Mecanismo de línea recta de Hoekens. [Dpto. Tecnología de la Universidad Jaume I. Castellón. España]

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MECANISMOS DE 6 BARRAS: •

Mecanismo inversor de Hart: El mecanismo inversor de Hart es un enlace mecánico que genera un movimiento rectilíneo perfecto a partir de un movimiento circular y viceversa sin necesidad de utilizar guías correderas. Fue ideado y publicado por el matemático y geómetra británico Harry Hart en 1874–1875. Como dijimos, este mecanismo es utilizado para convertir un movimiento rotativo en un movimiento rectilíneo perfecto del punto de enlace E, situado entre las dos barras cortas (CE y DE), mientras se hace girar cualquiera de las dos barras largas (AC o BD). Las proporciones de este mecanismo son aproximadamente: AC = BD, CE = ED, Af = Bg, fC = gD, 2*fg = AB.

Figura 6. Mecanismo inversor de Hart tipo A. [Dpto. Tecnología de la Universidad Jaume I. Castellón. España] El mecanismo a continuación se le conoce como: TIPO W, por su respectiva forma. Además, tiene las proporciones siguientes: AB = Bg. AC = AE. CD = EF, EC = FD, Cp = pD, Eg = gF.

Figura 7. Mecanismo inversor de Hart tipo W. [Dpto. Tecnología de la Universidad Jaume I. Castellón. España]

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Mecanismos de 6 barras de Stephenson: Los mecanismos de Stephenson se caracterizan por que los dos eslabones ternarios (eslabones con 3 articulaciones) no están conectados directamente uno al otro (es decir, no poseen una articulación en común). puede ser considerado como dos eslabonamientos de cuatro barras conectadas en paralelo y que comparten dos eslabones en común. Existen tres tipos distintos, correspondientes a tres inversiones cinemáticas del mecanismo.

Figura 8. Mecanismo de Stephenson I. [Dpto. Tecnología de la Universidad Jaume I. Castellón. España]

Figura 9. Mecanismo de Stephenson II. [Norton, R. (2009).]

Figura 10. Mecanismo de Stephenson III. [Norton, R. (2009).] 11

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Mecanismos de 6 barras de Watt: Los mecanismos de 6 barras de Watt se caracterizan por que los dos eslabones ternarios (eslabones con 3 articulaciones) están conectados uno al otro (es decir, poseen una articulación en común). Se puede considerar como dos eslabonamientos de cuatro barras en serie y que comparten dos eslabones en común. Existen dos mecanismos conocidos como I y II, correspondientes a dos inversiones cinemáticas del mecanismo.

Figura 11. Mecanismo de Watt I. [Dpto. Tecnología de la Universidad Jaume I. Castellón. España]

Figura 12. Mecanismo de Watt II. [Norton, R. (2009)]

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MECANISMO DE LÍNEA RECTA DE PEAUCELLIER: Este tipo de Mecanismo transforma un movimiento circular en un movimiento rectilíneo. Las barras se mueven en planos paralelos muy cercanos y se considera que se mueven en un solo plano. Fue inventado en 1864 por el francés Charles-Nicolas Peaucellier (18321913) Este mecanismo fue muy útil en el desarrollo de la máquina de vapor al igual que el de Watt. Un mecanismo similar, el mecanismo de Sarrus, fue anterior pero no se aplicó a ninguna máquina. El Peaucellier utiliza la simetría de dos mecanismos de 4 barras para conseguir un trazo exactamente rectilíneo. En este mecanismo coexisten dos mecanismos de 4 barras: el mecanismo [O2- A-B-O4] y el [O2-A-C-O4]. Ambos poseen las mismas longitudes de barras y solamente se diferencian en que están montados en distinta configuración. Así, es seguro que los puntos B y C son simétricos respecto del eje que pasa por A y O4. Posteriormente se aña...