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ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DE CHIMBORAZO FACULTAD DE MECANICA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA

MECANISMOS CONSULTA SOBRE TIPOS DE MECANISMOS NOMBRE:

DANIEL ARIAS

CÓDIGO:

(7051)

CURSO:

7 “A”

FECHA:

25/Junio/2018

CONTENIDO OBJETIVOS ................................................................................................................. 2 ANTECEDENTES ........................................................................................................ 2 INTRODUCCION .......................................................................................................... 3 DESARROLLO............................................................................................................. 3 MECANISMO DE LINEA RECTA ................................................................................. 3 TIPOS DE MECANISMO DE LINEA RECTA ............................................................... 4 1.

Eslabonamiento de watt......................................................................................... 4

2.

Mecanismo de Roberts .......................................................................................... 4

3.

Eslabonamiento de Chebyshev ............................................................................. 5

4.

Inversor de Peaucillier ........................................................................................... 6

5.

Mecanismo de línea recta de Hoekens .................................................................. 7

MECANISMOS CON DETENIMIENTO......................................................................... 8 1.

Mecanismos con Detenimiento Simple .................................................................. 8

2.

Mecanismo con detenimiento doble ....................................................................... 9

3.

Cruz de malta ........................................................................................................ 9

MECANISMOS PARA TRAZAR CURVAS ................................................................. 11 1.

Hiperbológrafo ..................................................................................................... 11

2.

Elipsógrafo........................................................................................................... 12

MECANISMO DE MOVIMIENTO PARALELO ........................................................... 12 MECANISMO TRANSFORMADOR ROTACION EN LINEAL .................................... 13 1.

Mecanismo de piñón-cremallera .......................................................................... 13

2.

Mecanismo de Biela Manivela ............................................................................. 14

3.

Mecanismo de tornillo-tuerca ............................................................................... 14

MECANISMOS COPIADORES .................................................................................. 15 1.

Pantógrafo ........................................................................................................... 15

CONCLUSIONES ....................................................................................................... 16 BIBLIOGRAFÍA .......................................................................................................... 16

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OBJETIVOS Identificar los diferentes mecanismos existentes, así como sus aplicaciones en función de las curvas que describen. ANTECEDENTES Desde las épocas más remotas el hombre intentó fabricar útiles e instrumentos (principalmente de sílex, madera y hueso) que le permitiesen aumentar su poder de acción o defenderse de los peligros que podían amenazarle. De hecho, la historia del homo sapiens se inicia con los primeros instrumentos hallados por los arqueólogos y prosigue a través de diversas culturas y civilizaciones hasta llegar a la época actual del ordenador y los viajes espaciales. La técnica humana se puede rastrear hasta los primeros momentos de la aparición misma de los seres humanos. Posteriormente, a medida que el modo de vida se fue haciendo más sedentario, muchos de estos instrumentos primitivos se perfeccionaron y aparecieron la rueda (como medio de transporte o para moler grano) y el arado (al desarrollarse el bronce en el II milenio a.C., aproximadamente, y el hierro en el siguiente). Con la civilización helénica se considera que nace la Mecánica como ciencia. Aristóteles (384-322 a.C.), en su tratado de Física, compendia la mayor parte de los conocimientos de la época. En su estudio sobre el movimiento de los cuerpos, afirma que todo movimiento necesita de una causa (fuerza). Este error perdurará hasta el siglo XIV, debido a la gran influencia posterior de la escuela aristotélica. Arquímedes (287-212 a.C.) desarrolla las leyes de la palanca y discute el problema de encontrar el centro de gravedad de un cuerpo dado. Descubre el principio de la hidrostática que lleva su nombre, y construye diversos ingenios mecánicos, siendo el más conocido el llamado tornillo de Arquímedes empleado para elevar agua. Durante este período de tiempo se inventaron algunas máquinas de sorprendente complejidad. Así, por ejemplo, Ctesibio, contemporáneo de Arquímedes, construyó un órgano hidráulico, bombas contra incendio, varios autómatas y perfeccionó el reloj de agua o clepsidra. Filón, probablemente

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discípulo de Ctesibio, inventó el termoscopio, el primer termómetro que registra la historia. INTRODUCCION Basándose en principios de la mecánica se representan los mecanismos mediante engranajes o ruedas dentadas, con los cuales se forman sistemas de ecuaciones, que caracterizan el comportamiento y funcionamiento de un mecanismo. A diferencia de un problema de dinámica básica, un mecanismo no se considera como una masa puntual sino como un conjunto de sólidos rígidos enlazados. Estos sólidos se denominan elementos del mecanismo y presentan combinaciones de movimientos relativos de rotación y traslación, que combinados pueden dar lugar a un movimiento de gran complejidad. Para el análisis de un mecanismo usualmente son necesarios conceptos como el de centro de gravedad, momento de inercia, velocidad angular, entre otros. La mayoría de veces un mecanismo puede ser analizado utilizando un enfoque bidimensional, lo que reduce el mecanismo a un plano. En mecanismos más complejos y, por lo tanto, más realistas, es necesario utilizar un análisis espacial. Un ejemplo de esto es una rótula esférica, la cual puede realizar rotaciones tridimensionales. DESARROLLO MECANISMO DE LINEA RECTA A finales del siglo XVII, antes de la aparición de la fresadora, resultaba muy difícil mecanizar superficies rectas y planas. Ello imposibilitaba la fabricación de pares prismáticos aceptables que no tuvieran demasiado juego entre dientes. Como consecuencia, durante esa época se estudió mucho el problema de obtener un movimiento de línea recta como parte de la curva del acoplador de un eslabonamiento que sólo contara con articulaciones.

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TIPOS DE MECANISMO DE LINEA RECTA 1. Eslabonamiento de watt Eslabonamiento de cuatro barras que desarrolla una línea aproximadamente recta como parte de su curva de acoplador. Aunque no describe una recta exacta, se logra una aproximación aceptable sobre una distancia de recorrido considerable.

Figura 01. Eslabonamiento de watt

2. Mecanismo de Roberts Es otro eslabonamiento de cuatro barras en el que el punto P genera un segmento aproximadamente rectilíneo de la curva del acoplador. El mecanismo de Roberts1 2 3 es un mecanismo de cuatro barras que convierte un movimiento de rotación para aproximarlo a un movimiento rectilíneo. Su denominación se debe al ingeniero, inventor y constructor de máquinas herramienta británico Richard Roberts (1789–1864). En el ejemplo del gráfico animado se puede apreciar que la parte rectilínea del movimiento ocupa prácticamente la totalidad del espacio comprendido entre los dos puntos de apoyo. La relación entre las longitudes de las barras es la siguiente: L1 = L3 = L4

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L2 = L1 / 2 El triángulo es isósceles, siendo el resto de las barras (excepto L2, que mide la mitad que las demás) de igual longitud.

Figura 02. Mecanismo de Roberts

3. Eslabonamiento de Chebyshev El Mecanismo de Chebyshov es una conexión mecánica que convierte un movimiento de rotación en un movimiento prácticamente rectilíneo. Fue ideado por el matemático ruso del siglo XIX Pafnuty Chebyshov mientras estudiaba problemas teóricos en mecanismos cinemáticos.1Uno de estos problemas era la construcción de una conexión mecánica para convertir un movimiento rotativo en un movimiento aproximadamente rectilíneo. Este problema también había sido estudiado por James Watt en sus mejoras al motor de vapor.2 El mecanismo confina el punto P —punto medio de la barra L3— en una línea recta entre los dos extremos y el centro de su desplazamiento. Entre estos puntos, el punto P se desvía ligeramente de una línea recta perfecta. Las proporciones entre las barras articuladas son las siguientes (la configuración de las longitudes L1, L2, L3, y L4 se muestra en la ilustración):

Como ya se ha indicado, el punto P está en el centro de la barra L3. Esta configuración asegura que la barra L3 se sitúe verticalmente cuando está en uno de los extremos de su recorrido.3

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Las longitudes están relacionadas matemáticamente como sigue:

Se concluye que, si se toman las proporciones de base especificadas, entonces para todos los casos,

contribuyendo este hecho al movimiento rectilíneo percibido del punto P.

Figura 03. Eslabonamiento de Chebyshev

4. Inversor de Peaucillier El mecanismo de Peaucellier-Lipkin es un conjunto de barras articuladas que 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 (1832-1913) y el lituano Yom Tov Lipman Lipkin. El primero era un oficial del ejército y el segundo el hijo del rabbí Israel Salanter.12 Este mecanismo fue muy útil en el desarrollo de la máquina de vapor. Las longitudes son: OA = OC, AB = BC = CD = DA. Si el punto O es fijo y el punto B se mueve siguiendo un círculo (indicado en rojo en la figura) que pasa por O, entonces el punto D se moverá según una línea recta.

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Figura 04. Inversor de Peaucillier

5. Mecanismo de línea recta de Hoekens Es un mecanismo de línea recta inventado por Hoekens que genera una trayectoria con un tramo aproximadamente rectilíneo. Las proporciones de este mecanismo son aproximadamente: AB = O4-B = 2.5 [O2-A]; [O2-O4]=2 [O2-A]

Figura 05. Mecanismo de línea recta de Hoekens

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MECANISMOS CON DETENIMIENTO Un detenimiento se define como un movimiento de salida para algún movimiento de entrada no nulo. Es decir, el motor continúa funcionando, pero el eslabón de salida se detiene. Se usa con frecuencia en el diseño de levas y seguidores. Los mecanismos de detenimiento son más difíciles de diseñar que las levas con detenimiento. En algunas aplicaciones se requiere diseñar un mecanismo que produzca un detenimiento en el eslabón de salida cuando hay movimiento en el eslabón de entrada. Un buen procedimiento de diseño consiste en obtener el diseño a partir de las curvas del acoplador. Se pretende encontrar una curva del acoplador en el que se produzca un arco o una línea recta. En la figura se presenta una configuración que describe un semi arco, si un eslabón de longitud igual al radio de curvatura tiene su otro pivote en el centro de curvatura cuando el punto del acoplador pase por el semiarco.

Figura 06. Mecanismos con Detenimiento

1. Mecanismos con Detenimiento Simple Existen dos métodos usuales para diseñar mecanismos con detenimiento simple. Pero ambos resultan en mecanismos de 6 barras y para ello primero encontramos un mecanismo de 4 barras con una curva del acoplador adecuada. Luego se agregará una diada para proporcionar un eslabón de salida con la característica del detenimiento deseado.

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Figura 07. Mecanismos con Detenimiento Simple

2. Mecanismo con detenimiento doble Es posible utilizar una curva del acoplador de 4 barras para crear un movimiento de salida con doble detenimiento. El método que se utilizo es el mismo del detenimiento simple. Ahora queremos una curva del acoplador que tenga dos arcos de circulo aproximadamente del mismo radio, pero con centros diferentes, ambos cóncavos o convexos. Un segundo método es utilizar una curva del acoplador con dos segmentos de línea recta aproximada de duración apropiada.

Figura 08. Mecanismos con Detenimiento Doble

3. Cruz de malta La rueda de Ginebra, también conocida como cruz de Malta, es un mecanismo que convierte un movimiento circular continuo en un movimiento circular intermitente. Consiste en un engranaje donde la rueda motriz tiene un pivote que

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alcanza un carril de la rueda conducida y entonces avanza un paso. La rueda motriz dispone además de un bloque circular que le permite completar el giro manteniendo la rueda conducida bloqueada. Una aplicación de la rueda de Ginebra son los proyectores de cine. La película no corre continuamente en el proyector, sino que avanza fotograma a fotograma, permaneciendo frente a la lente 1/24 de segundo. Este movimiento intermitente se consigue utilizando la rueda de Ginebra. (Los proyectores modernos pueden usar un mecanismo controlado electrónicamente o un motor paso a paso, que permite el bobinado rápido de la película.) Los primeros usos de la rueda de Ginebra en proyectores de cine se remontan a 1896, en los aparatos de Oskar Messter y Max Gliewe, y el teatrógrafo de Robert William Paul. Los proyectores anteriores, incluyendo el de Thomas Armat, comercializado por Edison como Vitascopio, usaban un mecanismo rítmico, inventado por Georges Demenÿ en 1893, para conseguir el transporte intermitente de la película. La rueda de ginebra también ha sido usada en relojes mecánicos, no solo como elementos motores, sino también como limitadores de la tensión del muelle, para que opere en un rango donde su elasticidad tenga un comportamiento lineal. Si uno de los carriles de la rueda se cierra, el número de vueltas que la rueda motriz puede dar es limitado. En los relojes, la rueda motriz es la que enrolla el muelle, y la rueda de Ginebra con cuatro carriles abiertos y uno cerrada es la que previene el sobre-bobinado del muelle. Este sistema, llamado paro de Ginebra, fue invención de los relojeros del siglo XVII o XVIII.

Figura 09. Cruz de Malta

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MECANISMOS PARA TRAZAR CURVAS 1. Hiperbológrafo Sea la curva EC descrita por la intersección de la barra GL con la figura rectilínea NKL cuyo lado KN es generado indefinidamente en dirección a C y que, movido en el mismo plano de manera que su diámetro KL coincide siempre con parte de la línea AB, proporciona a la barra GL un movimiento giratorio alrededor de G (la barra está unida a la figura NKL en L). Si quiero encontrar a que clase pertenece esta curva, elijo una línea recta, como AB, y en ella elijo un punto A por el que empezar la investigación. Digo 'escojo esto y esto' porque somos libres de elegir los que queramos para hacer la ecuación los más corta y simple posible y no importa qué recta escoja en vez de la AB ya que la curva será siempre de la misma clase como es fácilmente demostrable.

Figura 10. Hiperbológrafo

Otro mecanismo es un hiperbológrafo que ya está basado en la definición habitual de hipérbola como lugar geométrico de los puntos cuya diferencia de distancias a dos puntos fijos es constante. En la siguiente animación, los puntos A y B son fijos. La distancia AB coincide con PQ y AP = BQ. Además, XP = XB por lo que: XA - XB = XA - XP = AP que es constante y el punto X traza una hipérbola

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Figura 11. Hiperbológrafo

2. Elipsógrafo Este dispositivo mecánico se puede presentar de varias formas. Se trata de conseguir dos ranuras rectas y perpendiculares, lo que se puede hacer colocando sobre una base cuatro piezas triangulares o cuadrangulares. En estas ranuras se deslizan dos piezas que tienen fijada una varilla que puede girar conforme se desplazan las dos piezas sobre las ranuras. El extremo de la varilla (de hecho, cualquier punto de la varilla) va a describir una elipse. Modificando la distancia entre los puntos de unión de la varilla con las piezas deslizantes obtenemos diferentes elipses.

Figura 12. Elipsógrafo

MECANISMO DE MOVIMIENTO PARALELO El mecanismo de movimiento paralelo es una conexión mecánica inventada por el ingeniero escocés James Watt en 1784 para su motor de vapor de doble

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acción. Permite transmitir el movimiento de una barra que se desplaza arriba y abajo a una viga que pivota sobre un punto, sin introducir tensiones laterales en la barra.

Figura 13. Mecanismo de movimiento paralelo

MECANISMO TRANSFORMADOR ROTACION EN LINEAL 1. Mecanismo de piñón-cremallera Este mecanismo convierte el movimiento circular de un piñón en uno lineal continuo por parte de la cremallera, que no es más que una barra rígida dentada. Este mecanismo es reversible, es decir, el movimiento rectilíneo de la cremallera se puede convertir en un movimiento circular por parte del piñón. En el primer caso, el piñón al girar y estar engranado a la cremallera, empuja a ésta, provocando su desplazamiento lineal.

Figura 14. Mecanismo de piñón-cremallera

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2. Mecanismo de Biela Manivela Este mecanismo transforma el movimiento circular de la manivela en un movimiento alternativo del pie de una biela, que es una barra rígida, cuyo extremo está articulado y unido a la manivela. Este sistema también funciona a la inversa, es decir, transforma el movimiento alternativo de la biela en un movimiento de rotación de la manivela. Este mecanismo es esencial, pues se utiliza en motores de combustión interna, máquinas de vapor, máquinas de coser, herramientas mecánicas, etc. En el caso de los motores de los coches, la manivela es sustituida por el cigüeñal, que arrastra los pistones del motor a través de las bielas.

Figura 15. Mecanismo de Biela Manivela

3. Mecanismo de tornillo-tuerca El mecanismo tornillo-tuerca, conocido también como husillo-tuerca es un mecanismo de transformación de circular a lineal compuesto por una tuerca alojada en un eje roscado (tornillo). Si el tornillo gira y se mantiene fija lo orientación de la tuerca, el tornillo avanza con movimiento rectilíneo dentro de ella. Por otra parte, si se hace girar la tuerca, manteniendo fija la orientación del tornillo, aquella avanzará por fuera de ésta. Este mecanismo es muy común en nuestro entorno, pues lo podemos encontrar en infinidad de máquinas y artilugios.

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Figura 16. Mecanismo de tornillo-tuerca

MECANISMOS COPIADORES 1. Pantógrafo Un pantógrafo (de las raíces griegas παντ, todo, y γραφ, dibujo, imagen) es un mecanismo articulado basado en las propiedades de los paralelogramos; este instrumento dispone de unas varillas conectadas de tal manera que se pueden mover respecto de un punto fijo (pivote). Se ideó originalmente para reproducir de forma manual dibujos originales a distinta escala, aunque el término ha pasado a designar de forma genérica cualquier sistema cuadrangular de varillas articuladas. Su teoría se describe en los principios de Descartes sobre los paralelogramos y fue ideado en 1603 por el sacerdote jesuita germano Christopher Scheiner; tiene aplicaciones en diversos campos de la mecánica, en mecanismos tales como el pantógrafo de ferrocarril, el gato hidráulico, el pantógrafo de oxicorte, o como instrumento de dibujo.

Figura 17. Pantógrafo

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CONCLUSIONES  

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La aplicación de mecanismos en la vida cotidiana ha facilitado el trabajo al hombre en diferentes aplicaciones. Existen diferentes trayectorias, que mediante mecanismos se pueden simular, esto con el fin de satisfacer las necesidades de movimiento de determinadas aplicaciones Es importante reconocer los diferentes tipos de mecanismos, para en futuras aplicaciones saber cuál se debería usar.

BIBLIOGRAFÍA

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Jimenez. (29 de junio de 2017). Simulación de un Mecanismo de Línea Recta .

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PEREIRA, U. T. (s.f.). Mecanismo de cuatro eslabones . Obtenido de http://blog.utp.edu.co/adriamec/files/2012/09/CAP%C3%8DTULO-3MECANISMO-DE-CUATRO-ESLABONES.pdf

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Silva, C. A. (2011). Revista Cubana de Investigaciones Biomédicas . Obtenido de http://scielo.sld.cu/pdf/ibi/v30n1/ibi03111.pdf

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SÍNTESIS DE MECANISMOS . (s.f.). Obtenido de http://www.portalaprende.co/LPRecursos/MaterialDidactico/MecanismosD eMaquinas/Pdf/SintesisDeMecanismos.pdf

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