MECANICA DE MAQUINARIAS

PRESENTACION

Desde que asumimos la cátedra del curso EH-613 Mecanismos, en la Facultad de Ingeniería Mecánica de la Universidad Nacional de Ingeniería, decepcionamos la necesidad e inquietud de los estudiantes, cual era, contar con un texto didáctico que se adaptara al programa analítico del curso; desarrollado en un periodo de 14 semanas efectivas ce clases en la formación académica de los futuros ingenieros mecánicos; siendo el texto: "KINEMATICS AND DYNAMICS OF PLA NE MECHANISMS" de JEREMY HIRSCHHORN; profesor asociado de Ingeniería Mecánica de la Universidad de NEW SOUTH NALES SYDNEY N.S.W. -AUSTRALIA; el más adecuado. Es así que decidimos traducir los capítulos III, IV, VI, VII y VIII de la obra mencionada, los que corresponden al presente texto a los capítulos I, II, III, IV y V -respectivamente y de acuerdo a la nueva curricular abarca aproximadamente un poco más de la mitad del nuevo curso denominado MECANI CA  DE MAQUINAS.

Conscientes de la importancia de la interrelación de los elementos de un sistema real que tiene una máquina y su correspondiente diagrama de configuración (esquema del mecanismo), que generalmente es empleado en las aulas de clase por simplicidad, esperamos que en el futuro se puedan adjuntar a la presente una colección de mecanismos y sus respectivos diagramas de configuración como complemento a este trabajo inicial.

Destacamos que el método empleado en la solución de problemas de análisis cinemático y dinámico de mecanismos, es el clásico método Físico-Geométrico (inadecuadamente denominado método gráfico) que se seguirá utilizando como concepto fundamental y comprobación de cualquier otro método, no obstante que la computadora ha revoluciona do la ciencia y la tecnología, no obvia dicho método.

Debido a que esta obra corresponde a un estudio autodidacta de los autores; para impartir conocimientos en los cursos anteriormente indicados y desarrollados en la FIM-UNI; queda prohibida su reproducción y comercialización fuera del Campus Universitario.

Agradecemos a todos los ex-alumnos del mencionado curso de las -secciones 1, 2 y 3 del ciclo 88-1, quienes efectuaron el mecanografié do inicial de los manuscritos traducidos, así como algunos dibujos -que hicieron posible  la diagramación y el procesamiento final para la impresión definitiva del presente texto.

EDHIN ASENCION ABREGU LEANDRO OSVIALDO FERNANDO VIDAL TCLENTINO

ÍNDICE

PRESENTACION.

CAPITULO I. Cinemática del Movimiento Plano de un Cuereo Rígido.

1.1 Definiciones y Conceptos Básicos.

1.2 Tipos de Movimiento Plano.

1.3 El Polo de Velocidad o Centro Instantáneo de Rotación,

1.4 Determinación de Velocidades por el Método de Polo de Velocidad.

1.5 Determinación de Velocidades por el Método del Vector Velocidad Ortogonal.

1.7 Movimiento Relativo de Partículas Conectadas Físicamente

1.8 Movimiento General como una Superposición de la Rotación y la traslación.

1.9 Imagen de Velocidades.

1.10 Imagen de Aceleraciones.

1.11 Solución Gráfica de las Ecuaciones de la Velocidad y Aceleración.

1.12 El-Polo de Aceleración o Centro Instantáneo de Aceleración.

1.13 Aceleración del Polo de Velocidad.

1.14 Aceleración del Centro de curvatura del Polodo Móvil.

CAPITULO II. Cinemática de Mecanismos simples.

2.1 Definiciones.

2.2 Grado de Libertad de un Mecanismo.

2.3 Inversión de Cadenas Cinemáticas.

2.4 Movimiento Relativo de dos Pianos, el Polo de Velocidad Relativa.

2.5 Movimiento Relativo de tres Planos. Teorema de Kennedy.

2.6 Polos de Velocidad en Mecanismos.

2.7 Análisis de Velocidad en Mecanismos mediante Polos de Velocidad.

2.8 Análisis de Velocidad mediante Velocidades Ortogonales.

2.9 Análisis de Velocidad mediante Velocidades Relativas.

2.19 Comparación de los tres Métodos de Análisis de Velocidades.

2.11 Análisis de Aceleraciones de Mecanismos mediante Aceleraciones Relativas.

2.12 Análisis de Mecanismos con Pares Rodantes.

2.13 Análisis de Mecanismos con Pares Deslizantes (Par. Traslatorio) y Rodante Deslizante (Par de Arrastre) en Movimiento; Componente de Coriolis.

CAPITULO III. Cinemática de los Mecanismos Complejos.

3.1 Mecanismos Complejos; Bajo y Alto Grado de Complejidad.

3.2 Análisis Indirecto de la Aceleración de goodman.

3.3 Método de la Aceleración Normal del Nudo o Método de hirschhorn.

3.4 Método de los Puntos Auxiliares o Método de hall y Hault.

3.5 Método de Cárter.

3.6 Comparación de Métodos.

CAPITULO IV. Principios Fundamentales de dinámica y Estática.

4.1 Dinámica dé una Partícula; Leyes del Movimiento.  

4.2 Dinámica del Movimiento Plano de un Cuerpo Rígido.

4.3 Sistemas de Masas Equivalentes.

4.4 Trabajo, Potencia, Energía; Conservación de la Energía: Trabajo Virtual.

4.5 Principio de D' AIembert; Fuerza de Inercia.

4.6 Algunos Problemas Simples de Estática.

4.7 Fricción.

CAPITULO V. Fuerzas en Mecanismos.

5.1 Introducción.

5.2 Diagrama de Cuerpo Libre.

5.3 Ejemplos Ilustrativos.

5.4 Fricción en Barras Conectadas.

5.5 Fuerzas en Cadenas Cinemáticas Asimétricas.

5.6 Determinación de Esfuerzos en Miembros en Movimiento.

5.7 Efectos Giroscópicos.

CAPITULO I

CINEMATICA DEL MOVIMIENTO PLANO DE UN CUERPO RIGIDO

1.1 Definiciones y Conceptos Básicos

El presente .capítulo introduce varios conceptos cinemáticos nuevos. Las definiciones fundamentales son las siguientes:

Cuerpo Rígido.- Es un cuerpo donde las distancias entre sus partículas no cambian (aun cuando los cuerpos reales no son absolutamente rígidos, las deformaciones elásticas encontradas en aplicaciones de ingeniería son generalmente insignificantemente pequeñas, por tanto despreciables desde el punto de vista cinemático:.

Movimiento plano.- Es un tipo de movimiento en el que   todas las partículas se mueven en planos paralelos.

Posición angular.- En el movimiento plano, la posición angular se define como el ángulo comprendido entre una línea fija al sistema de referencia y una línea dada sobre el cuerpo, siendo ambas líneas paralelas al plano de movimiento.

Desplazamiento angular.- Es un cambio de la posición   angular. Es una cantidad vectorial y se mide en radianes (rad).

π rad = 188*

El vector desplazamiento angular tiene la siguiente particularidad, mientras que en el movimiento plano la suma vectorial de un número   de  desplazamientos angulares finitos, es igual al desplazamiento angular  resultante real, en el movimiento tridimensional la suma vectorial de desplazamientos angulares finitos no tiene significado   físico. Esta limitación no se aplica a desplazamientos infinitesimales.

Velocidad angular.- Es la variación del desplazamiento angular respecto del tiempo. Es un vector cuya magnitud, llamada velocidad rotacional, se mide en radianes por segundo ( rad/s ). Una unidad alternativa, frecuentemente usada en ingeniería, son las revoluciones por minuto ( rpm ).

[pic 1]

Aceleración angular.- es la variación de la velocidad angular respecto del tiempo. Es una cantidad vectorial. y se mide en radianes por segundo al, cuadrado ( rad/s2 ).

Las consideraciones de rigidez' y movimiento plano tienen importantes corolarios:

í. En vista que a la cinemática le interesa simplemente los aspectos geométricos del movimiento, para propósito del análisis del movimiento cinemático es suficiente considerar una simple lámina del cuerpo, cortada paralelamente al plano del movimiento.

Es más, en vista que los reatos límites físicos del cuerpo no influyen en la geometría del movimiento, la lámina puede considerarse lo suficientemente extensa en área para contener cualquier punto deseado en el plano. Por lo tanto, en el análisis cinemático del movimiento plano de un cuerpo rígido, los términos: plano de movimiento, lámina o cuerpo son sinónimos.

2. El movimiento plano de un cuerpo rígido está completamente descrito por el movimiento de los puntos cualesquiera. En la figura. 1.1, la posición S* para el punto S es única, porque A’ S’= A° S°; A’ S’= A° S°  y la posición simétrica S* es incompatible con la condición de movimiento plano.

3. La rigidez asegura de que las partículas situadas sobre una línea recta tienen componentes (proyecciones) de velocidad iguales en la dirección de esta recta ( Fig. 1.2).

1.2 Tipos de Movimiento Piano.

Pueden distinguirse tres tipos de movimiento plano:

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