Mecanismos de barras articuladas Los mecanismos de barras articuladas se caracterizan por que sus elementos ríg rígido idos se artic ticula ulan entre tre sí para conforma conformarr una cadena cadena cinemátic cinemática a con la cap capacid cidad de generar rar un determinado movimie miento, como respuesta a un movimiento asignado en la entrada del mecanismo, estas cara caract cter erís ísti tica cas s del del movi movimi mien ento to generado, dependerán de las caract caracterí erísti stica cas s dimen dimensio sional nales es de las barras que conforman el mecanismo y de los eslabones de referencia. De forma general se pueden mencionar algunos algunos mecanism mecanismos os represen representati tativos vos que comúnmente se pueden encontrar en las máquinas y que cumplen funciones definitivas en la funcionalidad de la máquina.
Mecanismos articulados de cuatro barras
Los mecanismos articulados de cuatro barras, atendiendo a sí alguno de sus elementos pueden efectuar una rotación completa, se pueden clasificar en dos categorías: 1.
CLASE I mecanismos de manivela !:
"l menos una de las barras del mecanismo
puede realizar una rotación completa. 2.
CLASE II mecanismos de balancín !:
#inguna de las barras de entrada y salida de movimiento que conforman el mecanismo puede realizar una rotación completa, e$cepto el acoplador.
CLASE I Mecanismo manivela balancín
%l mecanismo manivela balancín se obtiene a partir de la cadena cinemática de & barras y necesariamente la barra más corta '(! tendrá que ser la manivela. %n este mecanismo, dic)a barra más corta realiza giros completos mientras que la otra barra articulada a tierra posee un movimiento de rotación alternativo balancín!. %s decir el mecanismo manivela balancín tiene la función de convertir el movimiento rotacional de entrada en la manivela en movimiento oscilatorio de salida en el balancín.
%l mecanismo manivela balancín debe cumplir las siguientes condiciones: L* + L - L + L& '( ⇒ barra menor (D ⇒ barra mayor
"' ⇒ barra fi/a o soporte
"lgunas aplicaciones comunes del mecanismo manivela balancín son: el mecanismo de la máquina de coser, el mecanismo de las bombas de posos de petróleo, el mecanismo de las máquinas elípticas, etc. %n la siguiente imagen podemos observar una bomba de un pozo de petróleo, donde se incluye un mecanismo de manivela balancín, aunque en este caso el eslabón que opera como balancín se e$tiende en su parte posterior.
Motor. Equilibrio contrario. Brazo del pitman. Viga que camina. Cabeza del caballo. Barra polaca. Manantial. Pipa del aceite. Fundaciones concretas. Cubierta. Barra de lechón. Tubera. Bomba. V!l"ulas. #renas del aceite. 0ara dise1ar un mecanismo manivela balancín se puede emplear el m2todo de 'rodell y 3oni
$
Síntesis del mecanismo manivela-balancín Procedimien
a. 4nicialmente se deben definir las posiciones e$tremas del balancín como se muestra en la siguiente imagen.
b. 3e traza una recta 5 cualquiera, que pase por ' .
c. 3e traza 6, pasando por ' *, formando un ángulo α con 5. %l punto de corte de las líneas 5 y 6, en el punto 7 *, se toma como centro de la manivela.
d. La longitud r * se obtiene de ' *(, pues '*(8*r *.
e. La longitud r se calcula a partir de 7*'8r *+r .
f. 9inalmente se obtiene el mecanismo manivela balancín ilustrado en trazo más oscuro.
Mecanismo doble manivela
%l mecanismo doble manivela se obtiene a partir de la cadena cinemática de & barras cuando la barra más corta "'! es la barra fi/a o bastidor. %n este caso, las dos barras articuladas a la barra fi/a pueden realizar giros completos manivelas!. %l mecanismo de doble manivela tiene la función de convertir un movimiento rotacional a otro rotacional pero con diferentes características en su movilidad, en algunas ocasiones el dise1o del mecanismo incluye posiciones especificas del acoplador, lo cual predetermina que el eslabón fi/o 0untos " y '!, sean convergentes a un punto común otopolo!, por lo que a medida que dic)os puntos est2n más cerca del
%l mecanismo doble manivela debe cumplir las siguientes condiciones: L + L - L* + L& "' ⇒ barra menor (D ⇒ barra mayor "' ⇒ barra fi/a o soporte
"lgunas aplicaciones comunes del mecanismo doble manivela son: mecanismos de maquinarias transportadoras, máquinas de e/ercicio, etc. %l dise1o de un mecanismo doble manivela puede iniciar con la necedad de obtener dos posiciones específicas de un acoplador, esta condición implica que se defina las posiciones predeterminadas del acoplador en el plano. %s importante mencionar que este mecanismo será en este caso producto de seleccionar dos puntos " y ' pró$imos al rotopolo, lo que garantizara que el eslabón "' sea el de menor longitud y con esto se cumplirá que el bastidor sea la barra más peque1a y de esta forma se configure un mecanismo doble manivela. Síntesis del mecanismo doble manivela Procedimien
a. 4nicialmente trace las posiciones deseadas del eslabón (D ( D y (*D*!.
b. ;na los puntos ( y (* y los puntos D y D*.
c.
d. 3eleccionar arbitrariamente dos puntos " y ' sobre las mediatrices, estos dos puntos conformaran el eslabón inmóvil o bastidor.
e. 0ara )allar los eslabones móviles, es decir las dos manivelas se deben unir los puntos " y D y los puntos ' y (.
f.
9inalmente se obtiene el mecanismo de doble manivela.
3e compruebe el principio de =ras)of
CLASE II Mecanismo doble balancín
%l mecanismo doble balancín se obtiene a partir de la cadena cinemática de & barras cuando la barra más corta (D! es el acoplador. %ste mecanismo está formado por dos balancines articulados a la barra fi/a y un acoplador que puede dar vueltas completas. %l mecanismo doble balancín tiene la función de convertir el movimiento oscilatorio de entrada en otro movimiento oscilatorio de salida. %l mecanismo doble balancín debe cumplir las siguientes condiciones: L + L - L* + L& (D ⇒ barra menor "' ⇒ barra mayor "' ⇒ barra fi/a o soporte %n el dise1o de un mecanismo doble balancín se pueden obtener múltiples soluciones puesto que en el dise1o )ay dimensiones que se asumen para obtener una solución a los requerimientos de dise1o. 0ara iniciar con el dise1o deben estar definidos los ángulos de apertura del balancín de entrada & y el balancín de salida ' y se debe tambi2n definir el sentido de rotación )orario o anti )orario!.
Síntesis del mecanismo doble balancín Procedimien
a. "sumir un valor para
la longitud del elemento
o eslabón fi/o o bastidor.
b. %n cada uno de los puntos fi/os es decir el e$tremo del eslabón asumido, dibu/ar los ángulos de apertura & (' de los dos balancines.
c. "suma un valor para la manivela de salida, longitud "D, es decir asuma la ubicación de D* y una el punto ' con el punto D *.
d. (on referencia a la línea 'D *, trazar un ángulo igual a & , pero en sentido contrario, esta línea se denominara >. y con centro en ' y radio 'D *, trazar un arco )asta que corte la línea >, para )allar el punto Da*.
e. ?eniendo como referencia el punto " ubique la posición del punto D y una los puntos Da* y D, y )alle la mediatriz de dic)o segmento y determine la posición del punto ( en la intersección de la mediatriz con el eslabón '(, %l punto de corte de la mediatriz con el balancín '( , determinara su longitud.
f.
"l unir el podemo s acoplad or.
punto ( determi nar
c o n
el punto longitu d
D , d el
l a
g. 3in las líneas de construcción, el mecanismo se vera de la siguiente manera en sus dos posiciones denotadas con el sufi/o y *.
Mecanismo manivela deslizador
Elmecanismodemani"ela( deslizador tiene la capacidad de unmo"imiento trans)ormar rotacional alternati"o mecanismo mo"imiento mo"imiento puedeser en lineal. En este la mani"ela realiza un circular o rotacional ( constituidaporuna simple barra o una "olante pi"otada en el punto central u origen* este elemento es solidario con la biela la cual se articula con el elemento que describe el mo"imiento l
%ste tipo de mecanismo es muy común a nivel práctico, dado que gran cantidad de máquinas se alimentan con movimientos rotacionales y lo transforman en movimiento alternativo. %ste sistema tambi2n puede funcionar a la inversa es decir el mecanismo tiene la capacidad de convertir el movimiento lineal alternativo en movimiento rotacional.
0ara mencionar e/emplos de ambos casos podemos describir el funcionamiento de una bomba de pistones y un motor de combustión interna. %n el caso de la bomba de pistones el movimiento entra por la manivela y proporciona el movimiento de los pistones deslizador! que tiene la función de comprimir el fluido y forzar su desplazamiento en la zona de descarga.
%n un motor de combustión interna el mecanismo transforma la energía generada en la combustión en desplazamiento lineal del pistón deslizador! y se trasmite a la manivela y se genera movimiento rotacional en el cig@e1al.
Los mecanismos manivela deslizador se suele dise1ar con e$centricidad cero ó con un valor determinado que se definen en el dise1o, para los casos donde la manivela rota libremente sobre el pivote fi/o, caso especifico de máquinas alternativas el valor de e$centricidad se acostumbra fi/ar en cero para garantizar un equilibrio dinámico y evitar que el deslizador traba/e recostado a una zona especifica de la pared que guía su recorrido, lo cual incrementaría los desgastes en dic)a zona. %n estos casos el dise1o se basa en la posición de los puntos muertos de la manivela que a su vez serán el punto muerto superior 0A3 del deslizador y punto muerto inferior 0A4.
?eniendo entonces claro que )a barias metodologías de dise1o en función de las necesidades o requerimientos que se requieran plasmar en el dise1o de determinada máquina, abordaremos el dise1o de un mecanismo en el cual se requiere que el deslizador realice una carera limitada S12, que el deslizador tenga una e$centricidad del pivote fi/o e y que la manivela tenga una ángulo de recorrido definido en θ12. 0ara el dise1o del mecanismo manivela deslizador se deben tener como valores iníciales el ángulo ɵ de entrada de la manivela, la e$centricidad e y el desplazamiento S12. Síntesis del mecanismo manivela deslizador Procedimien
a.
%l dise1o del mecanismo inicia trazando dos líneas paralelas entre si y separadas un distancia e, es decir la e$centricidad que se define inicialmente como parámetro de dise1o.
+%
b. 3obre la línea L*, se selecciona un punto arbitrariamente y este será el pivote fi/o A. para este caso se selecciona el e$tremo de la línea L *.
c. 0or el punto " trazar una línea # B L indefinida y perpendicular a L *.
d. " partir de la línea # B L trazar una línea paralela 0C6, a un distancia 3**. #ota: (uando el deslizador se ale/a la línea paralela 0C6 se dibu/a al lado izquierdo de # B L. (uando el deslizador se acerca la línea paralela 0C6 se dibu/a al lado derec)o de # B L.
e. (on referencia a la línea #C L trazar la línea ECA a un ánguloF **, en sentido contrario al movimiento natural de la manivela. 0ara este caso el deslizador se ale/a, es decir la manivela se mueve en sentido )orario, por lo que el ángulo de dibu/ara en sentido anti )orario. %l punto de corte de las líneas 0C6 y EC A será el polo relativo *.
+%
f. 0arado en * trazar en posición arbitraria dos líneas con una separación angular de F ** y en sentido de giro de la manivela, sentido )orario porque el deslizador se ale/a. %stas líneas se denominaran > " 6 >'. %l punto de corte de la línea > ', con L, será el punto ' .
g. 3obre la línea * B > ", seleccione un punto arbitrario que será el punto " . Dibu/e la manivela " B " .
). ?eniendo el eslabón " B " de referencia y v2rtice en ", trazar una línea con un ángulo F * en sentido del movimiento de la manivela. 0arado en " y radio " B " dibu/ar un arco que corte la línea anterior y )allar "*.
+%
i. (onocida la longitud del eslabón " C', pararse en "* y dibu/ar un arco que corte L para )allar el punto ' *.
/. Dibu/ar complet o e$trem as.
finalme nte en sus
e l d o s
mecanis mo posicion es
