Cinematica de las maquinas

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Cinemática de las máquinas - Document Transcript
1. UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE SAN LUIS POTOSÍ FACULTAD DE INGENIERÍA Apuntes para la materia de CINEMÁTICA DE LAS MÁQUINAS ÁREA MECÁNICA Y ELÉCTRICA ING. ARTURO CASTILLO RAMÍREZ
2. PREFACIO El propósito de estos apuntes es presentar una exposición que cubra el contenido del programa de la materia de Cinemática de las Máquinas que se imparte en elÁrea Mecánica y Eléctrica de la Facultad de Ingeniería de la UASLP, como un requisito previo a estudios específicos y avanzados encaminados al diseño mecánico. En este texto se utiliza de forma amplia el método de análisis gráfico por considerarse que el cálculo gráfico es básico y fácil de usar y casi siempre resulta el método más rápido para verificar los resultados del cálculo de máquinas. Se haprocurado utilizar indistintamente unidades inglesas y del Sistema Internacional de Unidades (SI) para que el estudiante se familiarice con ambos sistemas. Algunos temas que se consideran relevantes, se ampliaron con información que no se contempla específicamente en el programa de la materia, pero que enriquece su contenido. Agradezco la aprobación de este proyecto a mis compañeros de la Academiade Mecánica del Área Mecánica y Eléctrica y el apoyo de las Autoridades de la Facultad de Ingeniería y del Fondo de Apoyo a la Docencia (FAD) de la UASLP, para la elaboración de este material didáctico. Arturo Castillo Ramírez Enero de 2005 Rev. jun-05
3. ÍNDICE Página 1. INTRODUCCIÓN GENERAL 1 1.1 Análisis y síntesis 1 1.2 Ciencia de la Mecánica 2 1.3 Terminologías 4 1.3.1 Definición de máquina,mecanismo y estructura. 4 1.3.2 Los componentes de las máquinas 6 1.3.3 La estructura de las máquinas 8 1.4 La actividad y formación del ingeniero en el campo de la maquinaría 9 2. ANÁLISIS TOPOLÓGICO DE MECANISMOS 12 2.1 Conceptos básicos topológicos 12 2.2 Par cinemático 14 2.3 Cadenas cinemáticas 19 2.4 Mecanismo 21 2.4.1 Ciclo, periodo, fase y transmisión de movimiento 25 2.4.2 Clasificaciónde los mecanismos en función de sus movimientos 25 2.4.3 Movilidad o número de grados de libertad de un mecanismo plano 28 2.4.4 Inversión cinemática. 33 3. MECANISMOS DE ESLABONES ARTICULADOS 36 3.1 Mecanismo de cuatro barras articuladas. 36 3.1.1 Ley de Grashof 37 3.1.2 Ventaja mecánica 39 3.1.3 Análisis de posición 41 3.1.4 Curvas del acoplador 44 3.2 Mecanismos de línea recta 45 3.3 Mecanismosde retorno rápido. 46 3.4 Ruedas de cámara. 50 3.5 Mecanismos de movimiento intermitente 51 4. CENTROS INSTANTÁNEOS 58 4.1 Generalidades 58 4.2 Localización de centros instantáneos. 59 4.3 Teorema de Kennedy 61 4.4 Número de centros instantáneos. 62 4.5 Cuadro articulado 62 4.6 Centros instantáneos para el mecanismo de corredera biela y manivela 63 4.7 Tabulación de centros instantáneos 64 4.8Centrodas o Curvas Polares 67 5. VELOCIDAD Y ACELERACION EN EL MOVIMIENTO COPLANARIO 72 5.1 Velocidades de los centros instantáneos 75 5.2 Velocidades lineales por resolución 80
4. 5.3 Velocidades angulares 83 5.4 Método de imagen 84 5.4.1 La imagen de velocidad 85 5.4.2 Imagen de aceleraciones 88 5.4.3 Construcción gráfica de la aceleración normal 90 5.5 Aceleración Coriolis 99 5.5.1 Procedimientogeneral para resolver problemas por la Ley de Coriolis 103 6. MECANISMOS DE CORREDERA, BIELA Y MANIVELA 113 6.1 Generalidades 113 6.2 Primera inversión. Cadena con par en deslizamiento 114 6.3 Segunda inversión 123 6.4 Tercera inversión. Mecanismo de limadora 124 6.5 Cuarta inversión. Cadena con corredera fija 127 7 LEVAS 131 7.1 Levas 131 7.2 Diseño del perfil 134 7.2.1 Velocidad constante 1357.2.2 Aceleración constante 136 7.2.3 Movimiento armónico simple 139 7.2.4 Movimiento cicloidal 140 7.3 Selección del movimiento 141 7.4 Construcción del perfil de la leva 143 7.5 Leva plana o disco 144 7.5.1 Varilla de punzón 144 7.5.2 Varilla con rodaja 146 7.5.3 Varilla con cara plana o plato 149 7.5.4 Ángulo de presión de la leva 152 7.5.5 Diámetro del círculo base 153 7.6 Leva de retorno...
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