Download - Laboratorio n°5
Ingeniería del Vehículo
Lab. N°5
“Eslabonamiento: Manivela Corredera”
Integrantes:
- Oscar Daga Caravantes
- Franz cabezas Echevarría
- Luigui Arzapalo Salvador
- Chávez Machacuay Alexis
Profesor:
- Latorre Boza, Juan
Ciclo:
- Sección-5to – B
2013
2
I. INTRODUCCIÓN ............................................................................................................... 3
II. OBJETIVO GENERAL ....................................................................................................... 4
III. FUNDAMENTO TEÓRICO ............................................................................................. 5
IV. MATERIALES Y EQUIPOS DE TRABAJO................................................................................. 6
V. DESCRIPCIÓN DEL PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL ...................................... 7
5.1 Modelamiento en 3D
5.2 Generación de las funciones de trayectoria y movimiento
5.3 Evaluar posiciones de agarrotamiento y valores extremos del ángulo de
transmisión
5.4 Graficar curvas de posición del mecanismo
5.5 Desarrollo del análisis de velocidad.
VI. OBSERVACIONES .......................................................................................................... 19
VII. CONCLUSIONES ............................................................................................................ 19
VIII. RECOMENDACIONES .............................................................................................. 20
XI. BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................................. 21
Tabla de contenido
3
1- INTRODUCCION
En este laboratorio se abordara la representación de lazo vectorial de eslabonamiento de
manivela-corredera de una bomba. Este tipo de mecanismo se utiliza en muchos inventos de
la ingeniería mecánica, este tipo de mecanismo convierte el movimiento rotativo de un
eslabón en un movimiento lineal que se aprovecha en forma de energía mecánica, pero para
el diseño de todo este mecanismo se tiene que definir las medidas a emplear mediante un
diseño algebraico y trigonométrico entonces podríamos decir que ya no solo es cinemática
sino también cinética, en la carrera de maquinaria pesada podemos ver este tipo de
mecanismos ya que es un mecanismo convencional como por ejemplo un motor de
combustión interna , el mecanismo de un poso, una máquina de gimnasio , etc.
En el presente laboratorio se desarrolló el modelamiento 3D del mecanismo biela corredera,
para tener una mejor experiencia, además se realizará los cálculos necesarios para hallar la
gráfica de posición del mecanismo.
4
2- OBJETIVOS:
- Modelamiento en 3D
- Generación de las funciones de trayectoria y movimiento
- Evaluar posiciones de agarrotamiento y valores extremos del ángulo de
transmisión
- Graficar curvas de posición del mecanismo
- Desarrollo del análisis de velocidad.
5
3- FUNDAMENTO TEÓRICO
Los sistemas (biela-manivela y excéntrica biela) permiten convertir el movimiento giratorio
continuo de un eje en uno lineal alternativo en el pie de la biela. También permite el proceso
contrario: transformar un movimiento lineal alternativo del pie de biela en uno en giratorio
continuo en el eje al que está conectada la excéntrica o la manivela. Este mecanismo es el
punto de partida de los sistemas que aprovechan el movimiento giratorio de un eje o de un
árbol para obtener movimientos lineales alternativos o angulares, pero también es
imprescindible para lo contrario: producir giros a partir de movimientos lineales alternativos u
oscilantes.
El mecanismo manivela corredera. Es un mecanismo que transforma un movimiento
rotacional en un movimiento de traslación, o viceversa. El ejemplo actual más común se
encuentra en el motor de combustión interna de un automóvil, en el cual el movimiento lineal
del pistón producido por la explosión de la gasolina se trasmite a la biela y se con-vierte en
movimiento circular en el cigüeñal.
Imagen. Biela – Manivela - Pistón
6
4- MATERIALES Y EQUIPOS DE TRABAJO
Laptop Programa AutoCAD 2010
Regla, escuadras y transportador Software Inventor Autodesk
7
5- DESCRIPCIÓN DEL PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Datos para el desarrollo del mecanismo:
- Manivela : 2 m (r2)
- Biela : 3 m (r3)
- Descentrado : 1 m
- Angulo descentrado : 180º
- Velocidad r2 : 31.41 m/s
8
Fig. 1 Mecanismo biela - manivela ( bosquejo )
A. Modelamiento 3D
El desarrollo del modelamiento 3D se realizó en el software Inventor para cual se tuvo que
realizar antes el desarrollo del mecanismo desarrollado en clase para analizar el
funcionamiento biela – manivela en el programa Inventor.
Fig. 2 Modelado
9
Fig. 3- Posición1 Fig.4 Posición 2
B. Generación de las funciones de trayectoria y movimiento
Primera ecuación realizada:
( )
Segunda ecuación realizada:
( )
[ ( )
]
[
]
C. Evaluación de posiciones de agarrotamiento y valores extremos del
ángulo de transmisión.
Tercera ecuación realizada:
Para saber si hay agarrotamiento
( ) ( )
( ) ( )
( ) ( )
( ) [( )]
10
[ ( ]
[ ( ]
( )[ ]
[
]
[
]
[
]
Nota: Para simplificar algunas ecuaciones hemos utilizado las siguientes reducciones
trigonométricas. Fórmulas trigonométricas
SEN(A+/-B)= SENA*COSB +/- COSA*SENB
COS(A+/-B)= COSA*COSB -/+ SENA*SENB
SEN (u) = u´ * COS (u)
COS (u ) = - u´ * COS (u)
Este valor nos indica que
para un ángulo de 104º
existirá agarrotamiento,
en otras palabras la
manivela y biela estarán
ubicadas en una misma
línea.
11
Por lo tanto reduciendo la ecuación quedaría de la siguiente forma:
[ ( )
]
[ ( )
]
[
]
D. Valores máximos y mínimos:
[ ( )
]
[ ( )
]
[ (
( )
√ ( ( )
)
]
[
( )
√ ( ( )
)
]
13
E. Graficas de curvas de posición del mecanismo
θ2(grados) θ2(rad) R2 (m) R3 (m) H (m) ángulo plano X θ3(rad) θ3(grado)
0 0 2 6 1 3.141592654 5.196152423 2.094395102 120
15 0.261799388
4.717268393 2.081328859 119.2513594
30 0.523598776
4.34190026 2.043552413 117.0869285
45 0.785398163
4.078652072 1.984899347 113.7263553
60 1.047197551
3.924803442 1.910633236 109.4712206
75 1.308996939
3.873040649 1.826513868 104.6515358
90 1.570796327
3.916079783 1.738244406 99.59406823
105 1.832595715
4.048727499 1.65127683 94.6111932
120 2.094395102
4.267949192 1.570796327 90
135 2.35619449
4.571471622 1.501705779 86.0414032
150 2.617993878
4.955174356 1.448483109 82.99196882
165 2.879793266
5.409557916 1.414856482 81.06530502
180 3.141592654
5.916079783 1.403348248 80.40593177
195 3.403392041
6.444834097 1.414856482 81.06530502
210 3.665191429
6.955174356 1.448483109 82.99196882
225 3.926990817
7.399898747 1.501705779 86.0414032
240 4.188790205
7.732050808 1.570796327 90
255 4.450589593
7.912430804 1.65127683 94.6111932
270 4.71238898
7.916079783 1.738244406 99.59406823
285 4.974188368
7.736743954 1.826513868 104.6515358
300 5.235987756
7.388905057 1.910633236 109.4712206
315 5.497787144
6.907079197 1.984899347 113.7263553
330 5.759586532
6.34190026 2.043552413 117.0869285
345 6.021385919
5.752544573 2.081328859 119.2513594
360 6.283185307
5.196152423 2.094395102 120
14
0
20
40
60
80
100
120
140
0 50 100 150 200 250 300 350 400
θ3(grad)
θ3(grad)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0 50 100 150 200 250 300 350 400
X
X
Gráfica N°1. Curva de posición
Gráfica N°2 Desplazamiento de la corredera
15
F. Desarrollo de análisis de velocidad
Descentrado = 1m
Fig.5 Bosquejo del mecanismo biela - manivela
17
Analizando:
VBA + VA = VB
Datos:
VA=34.41m/s
Θva =240º
VB=90º ó 270º
VBA=173º ó 353º
POLÍGONO DE VELOCIDAD
18
Fig.7 Determinación de ángulos - AutoCAD
Analizando: VA, VB, VBA
Analizando: VA con VB
LEY DE SENOS
19
6- OBSERVACIONES
Se observó que la gráfica de la posición resulta una sinusoidal.
Según la gráfica realizada en el programa Excel se observa que θ tiende a ser una
parábola.
7- CONCLUSIONES
Se pudo analizar el modelamiento 3D de “manivela – corredera” utilizando el
software Autodesk Inventor, esto nos ayudó a comprender mejor el movimiento del
mecanismo.
Se determinó la función de trayectoria y movimiento del mecanismo y se pudo
determinar la graficas correspondientes.
Para realizar los cálculos se aplicó teoremas geométricos como el de cosenos y el de
senos, ya que resulta un ahorro de tiempo en comparación con la resolución a través
de vectores. Cabe resaltar que los teoremas geométricos no consideran ángulos
trigonométricos; por esta razón, se debe tener siempre presente las propiedades
trigonométricas para los ángulos.
La posición de agarrotamiento, al analizar se halla que es cuando θ esta en la
posición de 104.48º.
20
8- RECOMENDACIONES
Para realizar el análisis en este laboratorio se debe de tener conocimiento de fórmulas
trigonometría, ángulos suplementarios.
Para obtener la velocidad se debe de derivar la ecuación de la posición, con eso se
llega a obtener la gráfica.
Para tener dimensiones correctas al realizar en el Excel, los ángulos se debe de
convertir a radianes.
Para determinar las velocidades se varia los ángulos de θ2 es más recomendable hacer
uso de Microsoft Excel, para facilitar los cálculos.
Este laboratorio requiere de las siguientes características como: Imaginación, intuición
creatividad, sentido común, y experiencia; para así poder alcanzar los objetivos.