02 máquinas, mecanismos y gdl ok

Escuela Profesional de Ingeniería Agroindustrial

Diseño de Maquinaria Agroindustrial Ing. John Walther Charca Condori

TEMA : MÁQUINAS Y MECANISMOS



TEMA : MÁQUINAS Y MECANISMOS

GRADOS DE LIBERTAD TIPOS DE MOVIMIENTO

ESLABONES, JUNTAS Y CADENAS CINEMÁTICAS

DETERMINACIÓN DEL GRADO DE LIBERTAD

MECANISMOS Y ESTRUCTURAS

EJEMPLOS

TRABAJO ENCARGADO



MÁQUINAS Y MECANISMOS



El ser humano necesita realizar trabajos que sobrepasan susposibilidades: mover rocas muy pesadas, elevar coches pararepararlos, transportar objetos o personas a grandesdistancias, hacer trabajos repetitivos o de gran precisión, etc.

Para solucionar este problema se inventaron lasMÁQUINAS. La función de las máquinas es reducir elesfuerzo necesario para realizar un trabajo.

Ejemplos de máquinas son la grúa, la excavadora, labicicleta, el cuchillo, las pinzas de depilar, los montacargas,las tejedoras, los robots, etc.




De forma sencilla, se puede decir que una máquina estáformada por tres elementos principales:

1. Elemento motriz: dispositivo que introduce la fuerza o elmovimiento en la máquina (motor, esfuerzo muscular, etc.).2. Mecanismo: dispositivo que traslada el movimiento delelemento motriz al elemento receptor.3. Elemento receptor: recibe el movimiento o la fuerza pararealizar la función de la máquina (un ejemplo de elementosreceptores son las ruedas).




Para poder utilizar adecuadamente la energía proporcionadapor el motor, las máquinas están formadas internamente porun conjunto de dispositivos llamados MECANISMOS.

Los mecanismos son las partes de las máquinas encargadasde transmitir o transformar la energía recibida del elementomotriz (una fuerza o un movimiento), para que pueda serutilizada por los elementos receptores que hacen que lasmáquinas funcionen.




Dependiendo de la función que el mecanismo realiza en lamáquina, podemos distinguir dos categorías:

1. Mecanismos de transmisión del movimiento.2. Mecanismos de transformación del movimiento.





GRADOS DE LIBERTAD

Un sistema mecánico puede clasificarse de acuerdo con elnumero de grados de libertad (GDL) que posee.El GDL de un sistema es el numero de parámetrosindependientes (medidas) que necesitan para definir suposición en el espacio.En la figura se muestra un lápiz colocado sobre una hoja depapel en un plano y que tiene un sistema coordenado deXY. Si este lapiz permanece en el plano del papel, serequieren tres parametros (GDL) para definircompletamente la posicion del lápiz en el papel. Este lápizen un plano tiene tres GDL.



GRADOS DE LIBERTAD



TIPOS DE MOVIMIENTO

ROTACIÓN PURAEl cuerpo posee un punto (centro de rotación) que no tienemovimiento con respecto al marco de referencia. Todos losdemás puntos del cuerpo describen arcos respecto a estecentro.

TRASLACIÓN PURATodos los puntos en el cuerpo describen trayectoriasparalelas (curvas o rectas).

MOVIMIENTO COMPLEJOEs una combinación simultánea de rotación y traslación.



ESLABONEs un cuerpo rígido que posee al menos dos nodos, que sonlos puntos de unión con otros eslabones.




JUNTAEs una conexión entre dos o más eslabones (en sus nodos),la cual permite algún movimiento, entre los eslabonesconectados. Las juntas son llamadas también parescinemáticos.










CADENA CINEMÁTICASe define como un ensamble de eslabones y juntasinterconectados de modo que proporcionen un movimientode salida controlado en respuesta a un movimiento deentrada proporcionado.





El concepto de grado de libertad (GDL) es fundamentalpara la síntesis y el análisis de los mecanismos, el GDL es elnumero de entradas que se necesita proporcionar a fin deoriginar una salida predecible, así mismo es el numero decoordenadas independientes requerido para definir suposición.Para determinar los GDL totales de un mecanismo, se debetener en cuenta el numero de eslabones y juntas, así comolas interacciones entre ellos. Los GDL de un ensamblepueden predecirse a partir de una investigación de lacondición de GRUEBLER.




Un eslabón cualquiera en un plano tiene tres GDL, porconsiguiente un sistema de L eslabones no conectados en elmismo plano tendrá 3L GDL, como se muestra en la figura(a), en la que los dos eslabones no conectados tienen en totalseis (6) GDL.

Cuando estos dos eslabones están conectados por una juntacompleta, figura (b), entonces las componentes DY1 y DY2se combinan como DY y DX1 y DX2 se combinan comoDX. Esto elimina dos GDL y deja cuatro.







Este razonamiento conduce a la ecuación de GRUEBLER.

GDL = 3L – 2J – 3G

DondeGDL = numero de grados de libertadL = numero de eslabonesJ = numero de juntasG = numero de eslabones fijados




En un mecanismo real aun si mas de un eslabón esta fijo enel efecto neto será crear un eslabón fijo mayor y de ordensuperior, ya que solo hay un plano de sujeción. Por tanto, Ges siempre igual a uno y la ecuación de Gruebler queda.

GDL = 3(L - 1) - 2J

El valor de J en las dos ecuaciones anteriores debe reflejar elde todas las juntas en el mecanismo. Es decir, las semijuntasfuncionan como de 1/2 , debido a que solo eliminan unGDL. Esto es menos confuso si se utiliza la modificación deKUTZBACH para la ecuación de Gruebler en esta forma.




GDL = 3(L - 1) - 2J1 - J2

Donde.L = numero de eslabones.J1 = numero de juntas completas.J2 = numero de semijuntas.

El valor de J1 y J2 debe ser determinado cuidadosamentepara considerar todas las juntas completas, semijuntas yjuntas múltiples en cualquier eslabonamiento. Las juntasmúltiples cuentan en una unidad menos que el número deeslabones conectados en la junta y se agregan a la categoríade completas.




Los grados de libertad de un ensamble de eslabonespredicen por completo su carácter.Existe solo tres posibilidades. Si el GDL es positivo se tendráun mecanismo y los eslabones tendrán movimiento relativo.Si el GDL es exactamente igual a cero, entonces se tendráuna estructura y ningún movimiento es posible.Si el GDL es negativo, entonces se tendrá una estructuraprecargada, lo que significa que ningún movimiento esposible y algunos esfuerzos pueden estar también presentesen el momento del ensamble. En la figura adjunta semuestran ejemplos de estos tres casos.






EJEMPLO 01CALCULE LOS GRADOS DE LIBERTAD DEL MECANISMO QUE SEMUESTRA EN LA FIGURA.



EJEMPLO 01SOLUCIÓN :



EJEMPLO 02CALCULE LOS GRADOS DE LIBERTAD DEL MECANISMO QUE SEMUESTRA EN LA FIGURA.



EJEMPLO 02SOLUCIÓN :



TRABAJO ENCARGADOIDENTIFIQUE LOS DISPOSITIVOS COMO MECANISMOS,ESTRUCTURAS O ESTRUCTURAS SOBRECARGADAS.



TRABAJO ENCARGADOIDENTIFIQUE LOS DISPOSITIVOS COMO MECANISMOS,ESTRUCTURAS O ESTRUCTURAS SOBRECARGADAS.



TRABAJO ENCARGADOTRACE CUIDADOSAMENTE DIAGRAMAS CINEMATICOS YHALLE SUS GRADOS DE LIBERTAD TOTALES.

Un mecanismo de limpia parabrisas. Un mecanismo de volcar de camion de volteo. Un mecanismo compactador de un camion de basura. Un mecanismo de levantamiento de un automovil Un mesilla de planchar plegadiza.

DESCRIBA EL MOVIMIENTO DE LOS SIGUIENTES DISPOSITIVOSCOMO ROTACION PURA, TRASLACION PURA O MOVIMIENTOCOMPLEJO.

Una rueda de molino de viento. Las teclas en el teclado de la computadora. La manecilla de un reloj. Una ficha para hockey sobre hielo.



TRABAJO ENCARGADOCUANTOS GRADOS DE LIBERTAD TIENEN LAS SIGUIENTES ARTICULACIONES HUMANAS

La rodilla. El tobillo. El hombro. La cadera. El nudillo de un dedo.



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