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UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS ESPEL INGENIERÍA MECATRÓNICA

Tema: Mecanismo rueda de ginebra

Autores: Criollo Andree Espín Kevin Noboa Felipe Silva Fernando

Asignatura: Mecanismos Fecha: 04 de julio del 2019

LATACUNGA-ECUADOR

TEMA MECANISMO DE LA RUEDA DE GINEBRA Y APLICACIONES DENTRO DEL CAMPO DE LA MECATRÓNICA OBJETIVOS Definir el funcionamiento del mecanismo rueda de ginebra Enunciar algunas ventajas y desventajas del uso del mecanismo rueda de ginebra Explicar ejemplos de aplicación dentro del campo mecatrónico del uso de la rueda de ginebra. ALCANCE Se busca desarrollar un entendimiento entre el lector y los conceptos aquí explicados del uso de la rueda de ginebra para aplicaciones mecatrónicas y otros campos importantes en la ingeniería. INTRODUCCIÓN

En líneas generales, la rueda de Ginebra es un mecanismo que convierte un movimiento circular continuo en un movimiento circular intermitente. Cada vez que el rodillo, el cual se encuentra ubicado en la rueda motriz, contacta con la cruz de malta, se genera un giro. La cantidad de giros depende del número de ranuras que tenga la cruz. Entre la cantidad de ranuras que puede tener la cruz de malta se tienen tres, cuatro y seis. (Diaz S, 2015) Generalmente el mecanismo de la rueda de ginebra es utilizado para obtener movimientos intermitentes, o aplicaciones que requieran realizar movimientos repetitivos, pero con un intervalo de pausa que se realiza por la acción del giro que produce la rueda central con respecto a la cruz de malta. Otras aplicaciones se pueden controlar utilizando el control del giro de la rueda central para obtener otras variaciones del mecanismo. Algunas aplicaciones se detallarán más adelante.

ESTADO DEL ARTE DESCRIPCIÓN GENERAL DEL MECANISMO Consiste en un mecanismo en el que un motor hace girar un volante (luna). Este dispone de una leva, con un vástago (gorrón). Cuando el gorrón en su giro conecta con una pieza en forma de cruz, esta última girará. Este mecanismo convierte un movimiento circular continuo en un movimiento circular intermitente. También es conocida como rueda de Ginebra.

Figura 1. Mecanismo rueda de ginebra Fuente: Grupo de trabajo

Al observar el funcionamiento del mecanismo, la cruz permanece durante la mayor parte del recorrido del volante bloqueada. Tan solo cuando la leva engarza el pivote con la hendidura de la cruz ésta se encuentra libre y puede girar. El avance del pivote en la ranura de la cruz, la arrastra, provocando que ésta gire hasta que vuelve a desengarzarse el pivote de la leva, de la hendidura de la cruz.

Figura 2. Partes mecanismo rueda de ginebra Fuente: Hilarson D. (2005)

Una estructura básica de una rueda de cuatro ranuras de Ginebra se muestra en Figura 1. El sistema consiste en un disco en constante rotación. Junto con un disco ranurado, que da lugar al deseado movimiento discreto Una rotación de 2π radianes de las causas anteriores. 2 π / N radianes de rotación de este último, donde N es el número de Ranuras disponibles en el disco ranurado. Así, una rotación completa de la rueda ranurada requiere N rotaciones completas del otro disco, con lo que también aumenta el período de tiempo total. El mecanismo de conversión de este sistema de disco es el siguiente.

Figura 3. Mecanismo rueda de ginebra Fuente: Grupo de trabajo

Con referencia a la Figura. 1, el molinete W gira constantemente sobre el eje A y como se muestra a continuación, tiene un pin ‘a’ adjunto. Este pin "a" se engancha en las ranuras "s" de la rueda G de Ginebra (aquí se muestra un mecanismo de Ginebra básico de 4 ranuras) y gira mientras esté acoplado a la ranura. Mientras que la rueda W gira continuamente, la rueda G de Ginebra tiene una Rotación discreta sobre el eje ‘b’. La rueda G tiene un tiempo de rotación. período de tr cuando se mueve junto con el disco W y un ralentí periodo de tiempo ti , cuando el pin ‘a’ no está dentro de una de las ranuras ‘s’ y se está moviendo libremente. La rueda de tres cuartos "L" se coloca en Para evitar cualquier rotación involuntaria de la rueda G mientras está inactivo para un mecanismo de cuatro ranuras de Ginebra, el tiempo de rotación periodo tr es un tercio del período de inactividad ti.

Hasta casi el final de la nueva revolución el volante bloquea de nuevo a la cruz, hasta engarzar en la siguiente hendidura de la cruz; de forma que por cada vuelta que gira el árbol motor, la cruz avanza el ángulo formado por los ejes de dos hendiduras consecutivas de la cruz. La cruz de malta es aplicada para proyectos de cine. Plumas en plotters. Para muestreo automático. Tablas de clasificación y líneas de ensamblaje. Máquinas CNC. Para variedad de proyectos industriales.

Figura 4. Mecanismo rueda de ginebra Fuente: Guy (2015)

Para el diseño de nuestro mecanismo se debe tomar en cuenta el numero de ranuras que se desea tener en la rueda de Ginebra, además se debe tomar en cuenta cual es el radio del árbol de transmisión que va a tener en cada uno de ellos. Para el diseño se considerará el número de ranuras N. Como se posee una limitación de espacio en el diseño se considera que la distancia entre centros de la cruz de la malta es L. por lo que el radio de la manivela se calcula con la siguiente ecuación: 𝜋 𝑅 = 𝐿 ∗ 𝑠𝑒𝑛 ( ) 𝑁

El número de ranuras de la cruz de malta estarán ubicadas angularmente: 3600 𝜃= 𝑁

APLICACIONES Cambiador de herramientas en CNC Las fresadoras automáticas en la actualidad utilizan un mecanismo muy parecido a lo que se conoce como la rueda de ginebra, presentan algunas modificaciones ligeras pero el mecanismo principal tiene la misma ideología de funcionamiento.

Figura 5. Intercambiador múltiple de herramientas CNC Fuente: Direct Industries (2018)

En la figura se puede observar el bloc central de herramientas el cual se parece a la cruz de malta del mecanismo de ginebra. Este presenta múltiples ranuras debido al uso de varias herramientas en una CNC. En el centro de la figura se observa un eslabón que hace girar las herramientas hasta llegara a la selección de la herramienta adecuada. De este mecanismo podemos tener ventajas y desventajas como se muestra a continuación: Ventajas: 

Puede darse el movimiento con motor paso a paso.



Con un mecanismo pueden ser controlados electrónicamente.



Este mecanismo controla tiempos.

Desventajas: 

No puede soportar tanta tensión mecánica.

Proyectores de cine La película no discurre continuamente ante el proyector, sino que tiene que avanzar fotograma a fotograma, permaneciendo frente a éste un cierto tiempo. Este movimiento intermitente se consigue utilizando la rueda de Ginebra y una serie compleja de actuadores. (Los proyectores modernos suelen utilizar mecanismos controlados electrónicamente o un motor paso a paso). Los fotogramas van pasando por el crono (rodillo) tras el obturador y son proyectados a un ritmo constante desde la torreta (donde están las lentes ampliadoras). La frecuencia elegida en las proyecciones estándar es de 24 fotogramas por segundo – lo cual es otra compleja historia en sí misma. Todo esto incluye los diversos mecanismos, entre ellos la rueda de ginebra para evitar el flickering o parpadeo y otros efectos indeseados. (E. Guy, 2015).

Figura 6. Mecanismo base de un proyector cinematográfico (cruz de malta a la salida) Fuente: Carlos Rebato (2015)

CONCLUSIONES 

El mecanismo rueda de ginebra es ideal para realizar movimientos circulares intermitentes que requieran de una velocidad controlada.



Las máquinas CNC han encontrado en la rueda de ginebra un mecanismo eficiente para realizar selección de herramientas con precisión y rapidez.



Aunque los avances tecnológicos han avanzado mucho aún se puede apreciar ciertos mecanismos que tienen como ideología el funcionamiento de la rueda de ginebra como en el caso de los proyectores.

RECOMENDACIONES 

Tomar en cuenta todas las ventajas y desventajas que presenta este mecanismo antes de aplicarlo.



Tomar en cuenta que este mecanismo no puede soportar tensiones mecánicas, por lo cual no lo podemos aplicar en procesos que sean forzados.

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Además de ser un mecanismo mecánico, puede implementarse un sistema electrónico que puede mejorar su funcionamiento.

BIBLIOGRAFÍA Díaz S. García A. Torres L. (2015) Rueda de ginebra. https://www.researchgate.net/publication/328229105_LA_RUEDA_DE_GINEBRA. [Consultado 02-07-2019].

[online]:

Xunta (s.f). Cruz de malta. [online]: https://www.edu.xunta.es/espazoAbalar/sites/espazoAbalar/files/datos/1464947673/contido/57_c ruz_de_malta.html. [Consultado 02-07-2019] Carlos Rebato (2015). La maravillosa ingeniería detrás de un proyector cinematográfico. [online]: https://es.gizmodo.com/la-maravillosa-ingenieria-detras-de-un-proyector-de-cin-1716191299. [Consultado 02-07-2019] Engineer Guy (205). La compleja mecánica de los proyectores de cine. Microsiervos [online]: https://www.microsiervos.com/archivo/ingenieria/mecanica-proyectores-de-cine.html. [Consultado 02-07-2019]