SISTEMAS MACANICOS I UNIDAD CONCEPTOS GENERALES DE LOS SISTEMAS MECÁNICOS.
Universidad Tecnológica De Campeche TÉCNICO SUPERIOR UNIVERSITARIO EN MECATRONICA JORGE HIDALGO RODRIGUEZ Grupo: A
Cuatrimestre: 3ro Docente: CARLOS SALAZAR MARIÑO.
2
UNIDAD I I.1 Conceptos generales de los sistemas mecánicos I.1.1 Explicar el concepto de sistema mecánico y los elementos que lo integran. Se llama mecanismo a un conjunto de sólidos resistentes, móviles unos respecto de otros, unidos entre sí mediante diferentes tipos de uniones, llamadas pares cinemáticos (pernos, uniones de contacto, pasadores, etc.), cuyo propósito es la transmisión de las máquinas reales. I.1.1.1 Los elementos que lo integran.Manivelas, levas, bielas, palancas de primer, segundo y tercergénero. I.1.2.1 Definir mecanismos, máquina, cinemática de máquinas I.1.2.2Mecanismo. Es un dispositivo mecánico que tiene el propósito de transferir el movimiento y/o fuerza de una fuente a una salida. I.1.2.3Máquina. Es conjunto de mecanismo que tiene el propósito de realizar un trabajo I.1.2.4Cinemática de máquinas. Es la ciencia que trata del estudio del movimiento relativo I.1.3 Diferenciar un mecanismo de una maquina mediante el arreglo de componentes que los integran.Los mecanismos se usan enuna gran variedad de máquinas y dispositivos. Para diferenciar un mecanismo de una maquina se va tomar como ejemplo. El eslabonamiento de lazo cerrado más simple el de cuatro barras, que tiene 3 eslabones móviles (más un eslabón fijo). La grúa de amantillado a nivel en la figura 1.1 es un eslabonamiento de 4 barras de tipo especial que genera aproximadamente un movimiento en línea recta del punto trazador de trayectoria (P), las grúas de este tipo tienen una capacidad aproximada de 50 toneladas y tienen un desplazamiento aproximadamente en línea. Recta del punto trazador acoplador de cerca de 9 m. de largo, como se tiene un gancho en el punto trazador de trayectoria que sostiene una cuerda de alambre ( que siempre cuelga verticalmente), la orientación del eslabón acoplador no es importante. Se tiene aquí una obvia tarea de generación de trayectoria, este es un ejemplo de que los mecanismo son partes que constituyen a una máquina.
3
A 2 B 3 P
Ao 4 1
I.1 Aplicaciones de los sistemas mecánicos
Bo
I.4 Describir las aplicaciones de los sistemas mecánicos en equipos industriales: I.4.1. Sujeción.Los sujetadores abarcan una amplia gama de componentes comunes y especializados, pero el mayor interés tiene hoy en día en los equipos industriales es el sistema de sujeción, porque la economía de producción exige la consideración global del proceso de ensamblado. Los sujetadores insertados a mano son intensivos en mano de obra y por tanto elevan el costo de ensamblado. Las variedades de sistemas de sujeción disponibles en nuestros días son desconcertantemente amplias, pero es responsabilidad del profesional seleccionar uno de la categoría correcta, evaluar su desempeño a partir de los datos del proveedor y considerar los costos una vez instalado. Con respecto a este subtema es imposible presentar o describir una lista completa de todos los diversos tipos de sujetadores disponibles, pero tal vez resulte útil para el alumno agruparlos como sigue: Pernos, tornillos, montantes, tuercas y arandelas. Tornillo de autorroscado Tuercas de seguridad y rígidas Pernos/tornillos ciegos
4
Remaches ( incluye remaches ciegos) Sujetadores de acero templado Sujetadores para plástico Sujetadores para plástico Sujetadores de liberación rápida Sujetadores de autosellado Insertos y montantes roscados I.4.2 Unión de perforación parcial. Un modo muy efectiva de unir láminas es efectuando una perforación parcial de la lámina superior e incrustándola en la inferior. Se corta parcialmente el material de la lámina superior y se empuja a través de la lámina inferior, la cual se moldea simultáneamente de modo que ocurra un traslapo entre las dos láminas. Dado que el cortar parcial queda conectado a la lámina superior por un lado, se produce una unión de considerable resistencia para esto se creó el sujetador de potencia Trumpf TF300para cortar y moldear las láminas con una rapidez de 2 golpes por segundo. I.4.3 Soldadura Ultrasónica. El ultrasonido se utiliza ampliamente para unir ensambles de plástico y para fijar insertos roscados. La limitación principal es cuando debe unirse piezas hechas de diferentes termoplásticos. Una diferencia de unos cuantos grados de temperatura de ablandamiento puede hacer que un material fluya antes que el otro. La presión aplicada durante la soldadura ultrasónica también es un factor crítico, y el equipo más moderno se controla mediante un microprocesador para proveer las condiciones de presión y calentamiento óptimos I.4.4 Apoyos.Los apoyos y las conexiones que originan reacciones equivalentes a una fuerza con una línea de acción conocida son:bola y cuenca o de rótula, rodillo sobre superficie rugosa, rueda sobre riel, junta o unión universal, bisagra y cojinete que soportan solo carga radial, pasador y ménsula, bisagra y cojinete que soportan empuje axial y carga radial, rodillos, balancines, superficie sin fricción, eslabones o bielas y cables cortos, collarines de barra sin fricción y pernos sin fricción en ranuras lisas
5
I.4.5 Transmisión de movimiento: En la gran mayoría de los casos, estas transmisiones se realizan a través de elementos rotantes, ya que la transmisión de energía por rotación ocupa mucho menos espacio que aquella por traslación. Una transmisión mecánica es una forma de intercambiar energía mecánica distinta a las transmisiones neumáticas o hidráulicas, ya que para ejercer su función emplea el movimiento de cuerpos sólidos, como lo son los engranajes y las correas de transmisión. Típicamente, la transmisión cambia la velocidad de rotación de un eje de entrada, lo que resulta en una velocidad de salida diferente. En la vida diaria se asocian habitualmente las transmisiones con los automóviles. Sin embargo, las transmisiones se emplean en una gran variedad de aplicaciones, algunas de ellas estacionarias. Las transmisiones primitivas comprenden, por ejemplo, reductores y engranajes en ángulo recto en molinos de viento o agua y máquinas de vapor, especialmente para tareas de bombeo, molienda o elevación (norias). En general, las transmisiones reducen una rotación inadecuada, de alta velocidad y bajo par motor, del eje de salida del impulsor primario a una velocidad más baja con par de giro más alto, o a la inversa. Muchos sistemas, como las transmisiones empleadas en los automóviles, incluyen la capacidad de seleccionar alguna de varias relaciones diferentes. En estos casos, la mayoría de las relaciones (llamadas usualmente "marchas" o "cambios") se emplean para reducir la velocidad de salida del motor e incrementar el par de giro; sin embargo, las relaciones más altas pueden ser sobre marchas que aumentan la velocidad de salida. También se emplean transmisiones en equipamiento naval, agrícola, industrial, de construcciones y de minería. Adicionalmente a las transmisiones convencionales basadas en engranajes, estos dispositivos suelen emplear transmisiones hidrostáticas y accionadores eléctricos de velocidad ajustable. Entre las formas más habituales de transmisión están:
Correas. como una correa de distribución
Cadenas
Barras en mecanismos articulados como el cuadrilátero articulado o el mecanismo de bielamanivela.
6
Cables. la mayoría únicamente funcionan a tracción, aunque hay cables especiales para transmitir otro tipo de esfuerzos como los cables de torsión
Engranajes
Ruedas de fricción, que transmiten movimiento perimetral, como las ruedas de un vehículo.
Discos de fricción,que transmiten movimiento axial, como un disco de embrague.
Chavetas y ejes nervados
Juntas cardán y juntas homocinéticas
Chumaceras.
I.4.6 Transmisión potencia para transporte.Las cadenas, engranajes y correas se usan para la transmisión de potencia entre ejes que rotan y que no están directamente acopladas. Prácticamente se usan
como transmisiones directas (acoplamientos flexibles y reductores de velocidad).
Aumentadores de fuerza(Rueda dentada grande y reductor de velocidad).Aumentadores de velocidad(Rueda dentada pequeña y reductor de velocidad).Transmisiones intermitentes ( espaciadores) y movimientos oscilatorios ( seguidor, rodillo y leva). I.4.7 Transformación.Utilizamos máquinas de forma cotidiana. La mayoría de ellas incorporan mecanismos que transmiten y/o transforman movimientos. El diseño de máquinas exige escoger el mecanismo adecuado, no sólo por los elementos que lo componen, sino también por los materiales y medidas de cada uno. Los mecanismos de transmisión. Los mecanismos de transmisión se encargan de transmitir movimientos de giro entre ejes alejados. Están formados por un árbol motor (conductor), un árbol resistente (conducido) y otros elementos intermedios, que dependen del mecanismo particular. Una manivela o un motor realizan el movimiento necesario para provocar la rotación del mecanismo. Las diferentes piezas del mecanismo transmiten este movimiento al árbol resistente, solidario a los elementos que realizan el trabajo útil. El mecanismo se diseña para que las velocidades de giro y los momentos de torsión implicados sean los deseados, de acuerdo con una relación de transmisión determinada.
7
Fig. I.2 Tornillo sin fin-corona Este mecanismo permite transmitir el movimiento entre árboles que se cruzan. El eje propulsor coincide siempre con el tornillo sin fin, que comunica el movimiento de giro a la rueda dentada que engrana con él, llamada corona. Una vuelta completa del tornillo provoca el avance de un diente de la corona. En ningún caso puede usarse la corona como rueda motriz. Puede observarse un tornillo sin fin en el interior de muchos contadores mecánicos.
Fig. I.3 Engrane cónico Es un mecanismo formado por dos ruedas dentadas troncocónicas. El paso de estas ruedas depende de la sección considerada, por lo que deben engranar con ruedas de características semejantes. El mecanismo permite transmitir movimiento entre árboles con ejes que se cortan. En los taladros se usa este mecanismo para cambiar de broca. Aunque normalmente los ejes de los árboles son perpendiculares, el sistema funciona también para ángulos arbitrarios entre 0º y 180º. Las prestaciones del mecanismo son parecidas a las del engranaje recto.
8
Fig. I.4 Engrane recto Está formado por dos ruedas dentadas cilíndricas rectas. Es un mecanismo de transmisión robusto, pero que sólo transmite movimiento entre ejes próximos y, en general, paralelos. En algunos casos puede ser un sistema ruidoso, pero que es útil para transmitir potencias elevadas. Requiere lubricación para minimizar el rozamiento. Cada rueda dentada se caracteriza por el número de dientes y por el diámetro de la circunferencia primitiva. Estos dos valores determinan el paso, que debe ser el mismo en ambas ruedas.
Fig. I.5 Poleas El mecanismo está formado por dos ruedas simples acanaladas, de manera que se pueden conectar mediante una cinta o correa tensionada. El dispositivo permite transmitir el movimiento entre ejes alejados, de manera poco ruidosa. La correa, sin embargo, sufre un desgaste importante con el uso y puede llegar a romperse. Hay que tensar bien, mediante un carril o un rodillo tensor, para evitar deslizamientos y variaciones de la relación de transmisión. No es un mecanismo que se use demasiado cuando se trata de transmitir potencias elevadas.
9
Fig. I.6 Articulación universal La articulación universal o Junta de Cardan resulta útil para transmitir potencias elevadas entre ejes que se cortan formando un ángulo cualquiera, próximo a 180º. Este mecanismo de puede encontrar en el sistema de transmisión de muchos vehículos. Una pieza de cuatro brazos, con forma de cruz, mantiene unidas las horquillas que hay en el extremo de cada eje, permitiendo la movilidad del conjunto. El sistema es bastante robusto y, si se usan dos juntas mediante un árbol intermedio, el giro puede transmitirse a árboles alejados de ejes no paralelos. En este caso, el árbol intermedio sufre esfuerzos de torsión considerables.
Fig. I.7 Ruedas de fricción El movimiento de giro se transmite entre ejes paralelos o que se cortan formando un ángulo arbitrario, entre 0º i 180º. Como en el caso de los engranajes, hay ruedas de fricción rectas y tronco cónicas. El mecanismo está formado por dos ruedas en contacto directo, a una cierta presión. El contorno de las ruedas está revestido de un material especial, de forma que la transmisión de
10
movimiento se produce por rozamiento entre las dos ruedas. Si las ruedas son exteriores, giran en sentidos opuestos.
Fig. I.8 Sistema compuesto de poleas El mecanismo está formado por más de dos poleas compuestas unidas mediante cintas o correas tensas. Las poleas compuestas constan de dos o más ruedas acanaladas simples unidas a un mismo eje. En el caso más sencillo, se usan tres poleas dobles idénticas, de forma que la rueda pequeña de una polea doble conecta con la rueda grande de la polea siguiente. Así se consiguen relaciones de transmisión, multiplicadoras o reductoras, mayores que en el sistema simple.
Fig. I.9 Transmisión por cadena. Las dos ruedas dentadas se comunican mediante una cadena o una correa dentada tensa. Cuando se usa una cadena el mecanismo es bastante robusto, pero más ruidoso y lento que uno de poleas. Todas las bicicletas incorporan una transmisión por cadena. Los rodillos de la cadena están unidos
11
mediante eslabones y, dependiendo del número de huecos, engranan con uno o varios dientes de las ruedas. En algunas máquinas, la rueda menor suele llamarse piñón, y la rueda mayor plato.. Utilizando este mecanismo se consigue que las dos ruedas giren en el mismo sentido.
Fig. I.10 Tren de engranes compuesto El mecanismo está formado por más de dos ruedas dentadas compuestas, que engranan. Las ruedas compuestas constan de dos o más ruedas dentadas simples solidarias a un mismo eje. En el caso más sencillo, se usan tres ruedas dentadas dobles idénticas, de forma que la rueda pequeña de una rueda doble engrana con la rueda grande de la rueda doble siguiente. Así se consiguen relaciones de transmisión, multiplicadoras o reductoras, muy grandes. Efectivamente, su valor viene dado por el producto de los dos engranajes simples que tiene el mecanismo.
Fig. I.11 Tren de engranes simple El mecanismo está formado por más de dos ruedas dentadas simples, que engranan. La rueda motriz transmite el giro a una rueda intermedia, que suele llamarse rueda loca o engranaje loco. Finalmente, el giro se transmite a la rueda solidaria al eje resistente. Esta disposición permite que el
12
eje motor y el resistente giren en el mismo sentido. También permite transmitir el movimiento a ejes algo más alejados. I.4.8 Equipos para manipulación y almacenamiento. Para almacenar las mercancías se requiere una serie de equipos que permitan minimizar los tiempos demanipulación y almacenamiento, evitar esfuerzos excesivos de los trabajadores, reducir los costes..., y que almismo tiempo contribuyan a realizar las actividades de forma más eficiente.Si procedemos a una primera clasificación, podemos distinguir entre equipos de almacenamiento estático yequipos de almacenamiento dinámicos:
· Equipos de almacenamiento estático. Entre los equipos de almacenamiento estático podemos destacar los silos, que se utilizan para el almacenamiento de mercancías a granel. Éstos tienen un orificio de entrada, que se encuentra en la parte superior y un orificio de salida, que se encuentra en la parte inferior. Podemos distinguir varios tipos de silos:
13
· Equipos de almacenamiento dinámico. Los equipos dinámicos que podemos utilizar para manipular y almacenar las mercancías se dividen en 2 grupos: ¨ Equipos con movimiento y sin traslados ¨ Equipos con movimiento y capacidad para trasladarse. · Equipos con movimiento y sin traslados. Son equipos que se fijan al suelo del edificio y presentan la ventaja de permitir un transporte continuo de Mercancías de flujo constante. A este grupo de equipos pertenecen todos los tipos de cinta transportadora I.5 Relacionar la configuración de un sistema mecánico con sus posibles aplicaciones en la industria I.5.1 Sistemas de transmisión de movimiento y potencia.Como un
ejemplo se describe el
funcionamiento de una caja de velocidad de un automóvil. Este sistema es el intermediario entre el motor y la máquina o aplicación a accionar. Sirve para acoplar y desacoplar el movimiento de rotación del motor a la máquina o aplicación que acciona. Su función es la de tomar el movimiento de rotación del volante inercial y transmitirla a través de discos dentados giratorios y platos o discos fijos a un eje de salida donde se acopla finalmente la máquina o carga. Consta básicamente de una corona dentada (de encastre) fija en el volante inercial, unos discos dentados intercambiables de fibra y metal (ferrodos), acoplados a la corona de arrastre, discos o platos metálicos fijos y deslizantes, un dispositivo de empuje con su accionamiento y un eje de salida montado sobre rodamientos en una carcasa metálica.
14
I.6 Identificar los elementos de una transmisión rígida y flexible:, Engranes. Es un elemento de transmisión flexible que se denomina engranaje o ruedas dentadas al mecanismo utilizado para transmitir potencia de un componente a otro dentro de una máquina. Los engranajes están formados por dos ruedas dentadas, de las cuales la mayor se denomina corona y la menor piñón. Uniones Universales. Es un elemento de transmisión flexible de movimiento entre dos árboles concéntricos, pero con sus ejes desviados angularmente, se recurre con mucha frecuencia al cardán. La simplicidad, durabilidad y costo reducido de este acoplamiento así lo justifican. Cadenas. Es un elemento flexible de eslabones o anillos enlazados entre sí, que sirven para sujetar, estirar y para la transmisión de movimiento en las máquinas. Es un objeto construido mediante eslabones, generalmente metálicos, que se entrelazan unos a otros. Han sido utilizadas desde antiguo debido a su fortaleza combinada con flexibilidad. Catarina. Es un elemento rígido,la rueda dentada ò Catarina en un disco dotado de dientes, normalmente cilíndricos, que según la disposición del eje que portaba la linterna, iban situados en posición radial o paralela al propio eje.
15
La linterna es un tambor de barras, diseñado especialmente para que los dientes de la rueda dentada penetren en su interior y puedan arrastrarlo en su movimiento. Poleas. Es un elemento rígido. También llamada garrucha, carrucha, trocla, trócola o carrillo, es una máquina simple que sirve para transmitir una fuerza. Bandas. Es un elemento flexible. Conocida también como correa
de transmisión a un tipo de
transmisión mecánica basado en la unión de dos o más ruedas, sujetas a un movimiento de rotación.
I.7 Rodamientos I.7.1 Identificar los tipos de rodamientos de un sistema mecánico y las especificaciones de sus regímenes de trabajo. Los rodamientos se dividen en dos categorías principales: rodamientos de bolas y rodamientos de rodillos. Los rodamientos de bolas se clasifican de acuerdo a su configuración en: rodamientos rígidos de bolas y rodamientos a contacto angular. Por otro lado los rodamientos de rodillos, se clasifican de acuerdo a la forma de los elementos rodantes en: rodillos cilíndricos, agujas, rodillos esféricos. Adicionalmente los rodamientos pueden clasificarse de acuerdo a la dirección en que se aplica la carga: así los rodamientos radiales soportan cargas radiales y los rodamientos axiales soportan cargas axiales. Otros métodos de clasificación incluyen: 1) número de hileras de elementos rodantes (una, doble o cuatro hileras), 2) si son no separables o separables, en los cuales el anillo interior o el exterior pueden ser separados. También existen rodamientos diseñados para aplicaciones especiales, tales como: rodamientos para ejes de vagones ferroviarios, tornillos de bolas, rodamientos de tornamesa, así como rodamientos de movimiento rectilíneo (rodamientos lineales de bolas, rodamientos lineales de rodillos, rodamientos lineales de rodillos delgados). Los diferentes tipos de rodamientos se muestran a continuación.
16
Fig. I.12 Clasificación de rodamientos
Fig. I.1.12 Clasificación de rodamientos.
