PRACTICA 1 EMA

Vista previa del material en texto

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL.
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA, UNIDAD ZACATENCO.
INGENIERÍA EN SISTEMAS AUTOMOTRICES.
	
	Unidad de aprendizaje.
	Elementos mecánicos automotrices.
	Número práctica.
	1.
	Nombre de la práctica.
	Conceptos generales de los elementos mecánicos automotrices.
	Fecha de la práctica.
	
	Objetivo de la práctica.
	Al finalizar esta práctica, el alumno se habrá familiarizado con los mecanismos de uso más común en el medio automotriz, conociendo el movimiento que los caracteriza y los tipos de pares cinemáticos que permiten tal movimiento, a fin de contar con el nombre de cada eslabón.
	Nombre del laboratorio.
	Sala de cómputo 3004.
	Nombre del docente.
	M. en C. Sergio Saldaña Sánchez, M. en T. A. Mariana Molina Morales.
	Ciclo de la unidad de aprendizaje.
	23-1.
Anotar el nombre de los integrantes del equipo, en orden alfabético, con base en el apellido paterno.
	NÚMERO DE BOLETA.
	NOMBRE DE LOS PARTICIPANTES.
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
RESULTADOS DE APRENDIZAJE.
Trazado de diagramas cinemáticos y verificación de los eslabones más importantes a usar en los diferentes elementos mecánicos automotrices existentes.
CRITERIOS DE EVALUACIÓN.
La asistencia es obligatoria, por lo que, de no asistir a la práctica, se calificará le calificará con cero. El reporte debe estar totalmente escrito en computadora. Para los cálculos usen editores de ecuaciones, o escanear los cálculos. En caso de escaneo, debe ser legible y clara la imagen, presentando fondos que sean totalmente blancos. Las imágenes digitales del desarrollo de la práctica, propiamente modeladas con SolidWorks, deberá usarlas para el modelado y deberán mostrar la fecha y hora en que se obtuvo, con el fin de no tener el mismo contenido en reportes de otros equipos de trabajo. Si lo tienen igual, la calificación se dividirá entre el número de equipos que copiaron lo mismo. La conclusión es individual, en hojas separadas y se entrega en orden alfabético, con base en la lista de los integrantes, la cual debe estar firmada en la parte inferior.
MATERIAL A EMPLEAR.
· Flexómetro.
· Cámara fotográfica.
· Hojas blancas.
· Diversos elementos mecánicos automotrices del laboratorio.
INTRODUCCIÓN AL MARCO TEÓRICO DEL TEMA.
La teoría de los mecanismos y las máquinas es una ciencia aplicada que sirve para comprender las relaciones entre la geometría y los movimientos de las piezas de una máquina o un mecanismo, y las fuerzas que generan tales movimientos. Este material comprende todos los temas de una materia completa, en cuanto al análisis cinemáticos de mecanismos más comunes en la industria. El diseño y el análisis son dos aspectos completamente distintos en el estudio de los sistemas mecánicos. El concepto comprendido en el término "diseño" podría llamarse más correctamente síntesis, o sea, el proceso de idear un patrón o método para lograr un propósito dado. Diseño es el proceso de establecer tamaños, formas, composiciones de los materiales y disposiciones de las piezas, de tal modo que la maquinaria resultante desempeñe las tareas prescritas.
Aunque existen muchas fases dentro el proceso del diseño, que es factible plantear de un modo científico y bien ordenado, el proceso en conjunto es por su propia naturaleza, tanto un arte como una ciencia.
Mecánica es la rama del análisis científico que se ocupa de los movimientos, el tiempo y las fuerzas, y se divide en dos partes: estática y dinámica.
Como se ilustra en la figura, la dinámica también es constituida por dos disciplinas generales.
Existe una analogía directa entre los términos estructura, mecanismo y máquina. El término estructura es a la estática, lo que el término mecanismo es a la cinemática y el término máquina es a la cinética.
Máquina.
"Es la combinación de cuerpos resistentes de tal manera que, por medio de ellos, las fuerzas mecánicas de la naturaleza se pueden encauzar para realizar un trabajo acompañado de movimientos determinados". Una máquina es una disposición de partes para efectuar trabajo, un dispositivo para aplicar potencia o cambiar su dirección. En una máquina, los términos fuerza, momento de torsión (o par motor), trabajo y potencia describen los conceptos predominantes.
Otra definición de máquina es un mecanismo o conjunto de mecanismos que transmiten fuerza desde la fuente de energía hasta la resistencia que se debe vencer.
Algunos ejemplos de máquinas que poseen movimientos similares a los mecanismos son un procesador de alimentos, la puerta de la bóveda de un banco, la transmisión de un automóvil, una niveladora, un robot y un juego mecánico de un parque de diversiones. No existe una clara línea divisoria entre mecanismo y máquina. Difieren en su grado y no en su clase. Si las fuerzas o niveles de energía en el dispositivo son significativos, se considerará como una máquina; si no es así, será considerado como un mecanismo.
Mecanismo.
"Es una combinación de cuerpos resistentes conectados por medio de articulaciones móviles para forzar una cadena cinemática cerrada con un eslabón fijo, y cuyo propósito es transformar el movimiento". En un mecanismo, aunque puede transmitir la potencia de una fuerza, el concepto predominante que tiene presente el diseñador es lograr un movimiento deseado.
 Otra definición de mecanismo es una combinación de cuerpos rígidos o resistentes formados de tal manera y conectados de tal forma que se mueven uno sobre el otro con un movimiento relativo definido.
 Un mecanismo se puede considerar piezas rígidas que están arregladas y conectadas de tal forma, que producen el movimiento deseado de la máquina. El propósito del mecanismo de la figura es levantar la plataforma y cualquier objeto que se ubique sobre éste. El análisis de mecanismo señala que el dispositivo exhibirá movimiento que acompañará al propósito deseado de una máquina.
Eslabón.
Aquí se usará la palabra eslabón para designar una pieza de una máquina o un componente de un mecanismo. Se supondrá que un eslabón es completamente rígido y que no posee espesor. Es un cuerpo rígido y resistente que posee dos o más puntos de conexión con otras piezas.
Los eslabones de un mecanismo se deben conectar entre sí de una manera tal que transmitan movimiento del impulsor, o eslabón de entrada, al seguidor, o eslabón de salida. Estas conexiones, articulaciones entre los eslabones, se llaman pares cinemáticos (o simplemente pares) porque cada articulación se compone de dos superficies de conexión, dos elementos, con cada superficie o elemento de conexión formando parte de cada uno de los eslabones articulados.
Cuando varios eslabones están conectados móvilmente por medio de pares cinemáticos, se dice que constituyen una cadena cinemática. Si cada eslabón de la cadena se conecta por lo menos con otros dos, ésta forma uno o más circuitos cerrados y, en tal caso, recibe el nombre de cadena cinemática cerrada; de no ser así, es decir hay un eslabón con un punto de conexión libre, la cadena se llama abierta. Cuando no se hace especificación alguna, se supone que la cadena es cerrada. Si ésta se compone totalmente de eslabones binarios, es cerrada simple. 
Se usa el término cadena cinemática para especificar una disposición particular de eslabones y articulaciones, cuando no se ha especificado con claridad cuál eslabón se usará como fijo o de referencia. Una vez que se estipula el eslabón de referencia, la cadena cinemática se convierte en mecanismo.
Con base en el tipo de movimiento, se determinará el nombre de cada eslabón como sigue: 
Bancada.
Es el eslabón fijo de un mecanismo.
Manivela.
Eslabón con un eje de rotación fijo, el cual describe un movimiento de rotación completa.
Biela.
Este eslabón no posee ejes de rotación fijos en ningún punto y tiene movimiento plano general. Este eslabón, también llamado acoplador, comúnmente conecta a los eslabones de entrada y salida.
	
Balancín.
Eslabón que oscila un cierto ángulo y regresa su dirección, en un cierto intervalo, alrededor de un eje de rotación fijo.
Corredera.
Eslabón que posee unmovimiento de traslación a lo largo de la bancada.
Collarín.
Eslabón que se desliza a lo largo de un eslabón móvil.
Un eslabón simple es un cuerpo rígido que posee sólo dos pares de unión, los cuales se conectan a otros eslabones. Un eslabón complejo es un cuerpo rígido que contiene más de dos pares de unión.
Par cinemático.
Es una conexión móvil entre dos eslabones y permite movimiento relativo entre los eslabones de un mecanismo. Los pares cinemáticos se dividen en superiores e inferiores, y a esta última categoría pertenecen los seis tipos que se analizarán a continuación. En la figura, se ilustran los seis pares cinemáticos inferiores y su simbología, junto con la variable y el número de grado de libertad correspondiente. 
El par giratorio o revoluta sólo permite rotación relativa y, por consiguiente, posee un grado de libertad. Con frecuencia, este par se denomina articulación de pasador o de espiga.
El par prismático sólo permite movimiento relativo de deslizamiento o traslación y, por ende, se denomina casi siempre articulación de deslizamiento. También posee un solo grado de libertad.
El par de tornillo o par helicoidal cuenta con un solo grado de libertad porque los movimientos de deslizamiento y rotación están relacionados por el ángulo de hélice de la rosca. Por tanto, la variable del par se puede elegir como "x" o "", pero no ambas. Nótese que el par de tornillo se convierte en una revoluta si el ángulo de hélice es cero, y en un par prismático si dicho ángulo se hace 90º.
El par cilíndrico permite tanto rotación angular como un movimiento de deslizamiento independiente. Por consiguiente, el par cilíndrico tiene dos grados de libertad.
El par globular o esférico es una articulación de rótula. Posee tres grados de libertad, una rotación alrededor de cada uno de los ejes coordenados.
El par planar rara vez se encuentra en los mecanismos en su forma no disfrazada. Tiene tres grados de libertad.
Todos los demás tipos de articulaciones se conocen como pares superiores. Entre los ejemplos clásicos están los dientes de engranes acoplados, una rueda que va rodando sobre un riel, una bola que rueda sobre una superficie plana y una leva que hace contacto con su seguidor de rodillo.
Entre los pares superiores existe una categoría denominada pares envolventes. Por ejemplo, la conexión entre una banda y una polea, entre una cadena y una catarina o entre un cable y un tambor.
Diagramas cinemáticos.
 Para el análisis del movimiento de una máquina, es frecuentemente difícil visualizar el movimiento de los componentes de un dibujo de ensamble completo. La figura muestra una máquina que usa manerales sobre una línea de ensamble. Un motor produce una fuerza rotacional, el cual impulsa a un mecanismo que mueve el cigüeñal de un equipo sincronizado. Como se puede ver, un esquema de la máquina completa se vuelve complejo, y es difícil localizar el movimiento del mecanismo a considerar.
Es más fácil representar las piezas en forma de esqueleto, tal que sólo las dimensiones que influyen en el movimiento del mecanismo son mostradas. Los bosquejos de mecanismos son frecuentemente referidos como diagramas cinemáticos. El propósito de estos diagramas es similar a un esquema de un circuito eléctrico o diagramas de tuberías, en que representan variables que afectan la función principal del mecanismo. La figura muestra los símbolos típicos usados en la creación de diagramas cinemáticos.
	Componente.
	Forma común.
	Representación cinemática.
	
Eslabón simple.
	
	
	
Eslabón simple (con un punto de interés).
	
	
	
Eslabón complejo.
	
	
	
Unión de perno.
	
	
	
Unión de corredera.
	
	
	
Unión de leva.
	
	
	
Unión de engranes.
	
	
Un diagrama cinemático se debe dibujar a una escala proporcional al mecanismo real. Por conveniencia, se numeran los eslabones, iniciando con la bancada como eslabón número 1. Para evitar confusión, los pares cinemáticos se marcarán con letras (R para revolutas y P para prismáticos) con dos números como subíndices, los cuales representarán a los eslabones que contactan.
Grado de libertad o movilidad.
Es el número mínimo de parámetros de entrada independientes requeridos para especificar la posición de cada uno de los eslabones de un mecanismo. Sea m el número de grado de libertad o movilidad de un mecanismo.
Un eslabón en el espacio posee seis grados de libertad (m = 6). Son tres coordenadas de traslación (Δx, Δy, Δz) y tres de rotación (x, y, z). 
 En eslabón en el plano posee tres grados de libertad (m = 3). Son dos coordenadas de traslación (Δx, Δy) y una de rotación (z). 
Un mecanismos posee "n" número de eslabones en el plano, por lo que el número de grado de libertad del mecanismo es m = 3n. 
Dado que un eslabón del mecanismo es fijo (bancada), se pierden tres movimientos, por lo que m = 3(n - 1). 
Cuando un eslabón se une con un par cinemático inferior, se pierden dos movimientos, por lo que su número de grado de libertad es m = 3(n - 1) - 2j1, donde j1 es el número de pares cinemáticos inferiores de un mecanismo. Como se muestra en la figura, un eslabón, al unirse con la bancada mediante una revoluta, pierde los movimientos de traslación (Δx, Δy). 
Finalmente, cuando un eslabón se une con un par cinemático superior, se pierde un movimiento, por lo que la ecuación final de la movilidad queda de la siguiente forma: 
m = 3(n - 1) - 2j1 - j2
donde j2 es el número de pares cinemáticos superiores de un mecanismo.
Escrita en esta forma, la ecuación se conoce como criterio de Kutzbach para la movilidad de un mecanismo plano.
Si el criterio de Kutzbach resulta m > 0, el mecanismo posee m número de grados de libertad. Si m = 1, el mecanismo se puede impulsar con un solo movimiento de entrada. Si m = 2, entonces se necesitan dos movimientos de entrada separados para producir el movimiento del mecanismo.
 Si el criterio de Kutzbach resulta m = 0, el movimiento es imposible y el mecanismo forma una estructura. Si el criterio produce m < 0, entonces hay restricciones redundantes en la cadena y forma una estructura estáticamente indeterminada.
Con el fin de operar un mecanismo, un actuador o un dispositivo impulsor, se requiere para proveer el movimiento de entrada y energía. Precisamente, para operar un mecanismo, un impulsor se requiere para cada grado de libertad exhibido. Muchos diferentes actuadores se usan en máquinas comerciales e industriales y mecanismos.
Los cilindros hidráulicos o neumáticos son componentes comunes usados para impulsar a un mecanismo con una carrera lineal limitada. La figura (a) ilustra un cilindro hidráulico. La figura (b) muestra la representación cinemática común para el cilindro.
El cilindro contiene un ensamble de barra y pistón que se desliza relativo a un cilindro. Para propósitos cinemáticos, existen dos eslabones (pistón /barra y cilindro), conectados con un par prismático. Además, el cilindro y el extremo de la barra usualmente tienen provisiones para revolutas.
Los actuadores de tornillo también producen una carrera lineal limitada. Esos actuadores consisten de un motor, el cual gira a un tornillo. Una palanca proporciona el movimiento lineal. Los actuadores de tornillo pueden ser comúnmente controlados y pueden directamente reemplazar cilindros. Sin embargo, son considerablemente más costosos que los cilindros si el aire o la fuente hidráulica son usuales. Similar a los cilindros, los actuadores de tornillo también tienen provisiones para revolutas en los dos extremos. Así, el diagrama cinemático es idéntico a la figura (b).
Pares cinemáticos coincidentes
Algunos mecanismos tienen tres eslabones que se conectan en un punto de perno común, como se muestra en la figura. Esta situación trae confusión al diagrama cinemático. Físicamente, un perno se puede usar para conectar los tres eslabones. Sin embargo, por definición, un par cinemático de revoluta conecta a dos eslabones. 
Por análisis cinemático, esta configuración debe ser modelado como dos pares cinemáticos separados. Un par cinemático conectará al primeroy segundo eslabones. Entonces, el segundo par cinemático conectará al segundo y tercer eslabones. Así, cuando tres eslabones están sobre una revoluta o perno en común, se modela el par cinemático como dos revolutas.
Cuando se unen n eslabones por medio de un solo pasador, se deben contar n - 1 pares cinemáticos separados, pero concéntricos.
DESARROLLO DE LAS ACTIVIDADES DE LA PRÁCTICA.
Paso 1.
Tomar la foto del mecanismo, el cual servirá para trazar el diagrama cinemático. Este diagrama deberá estar correctamente trazado. Se muestran algunos ejemplos de elementos mecánicos.
	
	
	
	
	
	
Paso 2.
Identificar el eslabón de entrada del mecanismo. Este será posteriormente identificado al calcular la movilidad. 
Paso 3.
Identificar el eslabón de salida del mecanismo. Esto será necesario para futuras prácticas, ya que se efectuarán cálculos para determinar los parámetros cinemáticos de dicho eslabón.
Paso 4.
Trace el diagrama cinemático del elemento mecánico.
Paso 5.
Numere y nombre los eslabones, así como los pares cinemáticos existentes en el elemento mecánico automotriz, a fin de obtener los datos para calcular el número de grado de libertad.
Paso 6.
Calcule la movilidad del elemento mecánico. Éste determinará el número de eslabones a impulsar en el elemento mecánico automotriz. Use la siguiente expresión:
m = 3(n - 1) - 2j1 - j2
Paso 7.
Adicional al desarrollo de la práctica, tome fotografías de cinco dispositivos automotrices diferentes y realice lo mismo que efectuó con los dispositivos de práctica. No se considerarán las aplicaciones vistas en clase, ni las que aparecen en los textos de bibliografía del curso. Estas fotos no serán del laboratorio ni de libros o figuras de internet. Se sugiere que aparezca alguno de ustedes en la foto del dispositivo, para considerarla como original. No deberán usar esta misma imagen diferentes equipos de práctica.
CONCLUSIONES INDIVIDUALES DE LOS ALUMNOS.
BIBLIOGRAFÍA.
· Myszka D. (2012). Máquinas y Mecanismos. México: Pearson Prentice Hall. 
· Norton R.L. (2013). Diseño de Maquinaria. México: Mc Graw Hill. 
· Mabie H. H. & Reinholtz C. F. (2000). Mecanismos y dinámica de maquinaria. México: Limusa. 
· Shigley J. E. (1998). Teoría de Mecanismos y Máquinas. México: Mc Graw-Hill. 
· Erdman A. G., Sandor G. N. & Kota S. (2004). Mechanism Design: Analysis and Synthesis. USA: Pearson Prentice Hall. 
· Kimbrell J. (1991). Kinematics Analysis and Synthesis. Singapur: Mc Graw-Hill. 
· Faires V. M. & Keown R. M. (1960). Mechanism. New York: Mc Graw-Hill. 
	REFERENCIAS WEB.
	AUTOR.
	TÍTULO.
	ENLACE.
	UT Zacatenco Campus Virtual
	Trazado de diagramas cinemáticos de mecanismos.
	https://www.youtube.com/watch?v=m8mr32EuHRU 
	Marshall Play
	Grados de libertad.
	https://www.youtube.com/watch?v=Xp4gjm3d69g 
	Ricardo Reséndiz
	Grados de Libertad (Análisis y Síntesis de Mecanismos).
	https://www.youtube.com/watch?v=GCa6eQP9Spc 
CALIFICACIÓN. _______________________