MONOGRAFÍA DE MECANISMOS

MECANISMO:

DOBLE BIELA-MANIVELA

INTRODUCCIÓN

El mecanismo de biela - manivela es un mecanismo que transforma un movimiento circular 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 convierte en movimiento circular en el cigüeñal.

TIPO DE ACCIONAMIENTO:

Accionamiento Muscular, se trata de un mecanismo de accionamiento manual.

Esta invención es aplicable a la función de transformar un movimiento de accionamiento muscular giratorio en el movimiento traslacional de dos pistones mediante un mecanismo de doble BIELA-MANIVELA.

El elemento que da energía al sistema es el manubrio cigüeñal que es accionado manualmente

TIPO DE MOVIMIENTO DE CADA ESLABON: Esto se va a detallar más adelante, luego de realizar la representación esquemática del mecanismo mencionado.

Pero podemos adelantar que los movimientos más importantes, en todo caso serían los eslabones de salida que serían los dos pistones, que realizan un movimiento de traslación únicamente.

Los brazos de biela (detallados más adelante) realizan un movimiento circular y básicamente sirven como eslabón de entrada en la representación esquemática ya que en dicha representación no se detalla el manubrio cigüeñal.

PLANOS DE ENSAMBLE Y DESPIECE:

A continuación se presentan los prototipos del mecanismo analizado, tanto el mecanismo real como el prototipo virtual para poder hacer una comparación

En la fig.1 se muestra el prototipo Real (fotografia de la maqueta), esta fabricado siguiendo los planos de ensamble y despiece utilizando una escala de 1:1

Fig.1 PROTOTIPO REAL

En la fig.2 se muestra el prototipo virtual creado con software de Ingeniería (Autodesk Inventor), presentándose los planos y animaciones correspondientes en datos adjuntos al informe, asi como los análisis de velocidades y aceleraciones

Fig.2 PROTOTIPO VIRTUAL

ENSAMBLE:

Fig.3 ENSAMBLE del Mecanismo

Las partes más representativas se muestran en el gráfico anterior, siendo las piezas más importantes:

1. SOPORTE (de acrílico transparente)2. 2 PISTONES (material aluminio)3. 2 BIELAS 4. CORREDERA (de aluminio)5. 2 Brazos de Biela (SAE 1020)6. SOPORTE DE CORREDERA (de madera)7. MANUBRIO CIGÜEÑAL (de aluminio)8. PINES DE SUJECIÓN 9. BASE (de madera)10. PERNOS (para ajustar el mecanismo a la base y a los soportes)

PLANOS DE DESPIECE:

A continuación se representan los planos de las piezas del mecanismo (planos de despiece), utilizando una tolerancia de ±0.5mm

1. SOPORTE

1 soporte de material acrílico transparente (de preferencia), para poder observar mejor el mecanismo y su funcionamiento

Fig.4 Plano del Soporte

2. PISTONES

2 pistones de material aluminio preferentemente para no hacer el prototipo muy pesado y facilitar su desplazamiento

Fig.5 Plano de los PISTONES

3. BIELAS

2 Bielas de acero para mayor resistencia pues es uno de los elementos más importantes del mecanismo.

Fig.6 Plano de Bielas

4. CORREDERAS

2 correderas de material aluminio, es por donde se va a desplazar los pistones

Fig.7 Plano de las Correderas

5. BRAZOS DE BIELA

2 Brazos de biela, estas son las piezas más importantes del mecanismo pues se encargan de trasmitir la velocidad de rotación al mecanismo, por lo tanto, deben ser fabricadas de un material resistente, son hechas de acero SAE 1020

Fig.8 Plano de Bielas

6. SOPORTE DE CORREDERA

Es de madera, no importa mucho el material del que está hecho, solo soporta las correderas que si son importantes por lo tanto se debe tomar en cuenta en su fabricación.

Fig.9 Plano de Soporte de correderas

7. MANUBRIO CIGÜEÑAL

Material SAE 1020, pieza de mucha importancia, pues es el eslabón de entrada o eslabón motor

Fig.10 Plano de Manubrio Cigüeñal

8. BASE

MESA de espesor 1”, de madera, su única función es básicamente sostener el mecanismo así q no importa mucho el material solo que pueda soportar el peso.

Fig.11 Plano de la Base (MESA)

NOTA:Para realizar los cálculos de velocidades y aceleraciones, se debe conocer la velocidad angular del eslabón motor, como es un mecanismo de accionamiento muscular, se acciona el mecanismo y con un cronómetro se mide el tiempo de 10 revoluciones pudiendo así calcular

la velocidad angular ω2

ESQUEMATIZACIÓN DEL MECANISMO:

DIAGRAMA ESQUEMÁTICO:

Fig.12 Diagrama Esquemático del Mecanismo Doble Manivela

Consideramos una escala de dibujo de 1:1

Entonces las medidas están dadas en verdadera dimensión y asumiendo una velocidad angular de 0.12 rad/seg. Que es aproximadamente la velocidad que se le da al accionar el mecanismo manualmente.

HALLANDO EL D.V.V.

Fig.13 Cálculo de DVV

Para hallar las velocidades, como conocemos la velocidad angular de 2, entonces también podemos conocer la velocidad del eslabón 2, y de ahí partimos el cálculo de las demás velocidades utilizando los métodos geométricos, en este caso usaremos el método de Euler.

Entonces:

V A=ω2 xO2 A=45mmx 0.12 radseg .

=5.4 mmseg

Escogemos una escala conveniente para el DVV

Entonces ε 2=

5.4mmseg

54mm→ε 2=0.1

mmsegmm

Ahora trazando paralelas a las velocidades en el DVV, se puede calcular las velocidades multiplicando la dimensión por el factor de escala.

Entonces:

VB=59mm V C=29mm

Entonces:

V B=5.9mmseg

V C=2.9mmseg

Ahora calculamos las velocidades angulares de los demás eslabones:

→ω3=V BA

AB=

1.8mmseg

100mm=0.018 radseg

→ω4=V CAAC

=

5.3mmseg

100mm=0.053 radseg

Estas indican las velocidades angulares instantáneas en el punto de análisis.

Quiere decir que cada eslabón tiene una velocidad angular dada respecto al centro instantáneo de rotación.

METODO DE EULER:

RECORDARQUE AL TRAZAR LAS PARALELAS A LAS VELOCIDADES, SE HALLA LAS VELOCIDADES ABSOLUTAS EN LOS PUNTOS “B” Y “C” SIENDO CONOCIDA LA VELOCIDAD DEL PUNTO “A”.

V⃑ B=V⃑ A+ V⃑ BA

V⃑ C=V⃑ A+V⃑ CA

HALLANDO EL D.V.A.

Fig.14 Diagrama de Aceleraciones D.V.A.

Lo más importante de este grafico de aceleraciones es que nos va a servir como útil herramienta para calcular las aceleraciones en el punto “B” y en el punto “C”.

Utilizaremos de nuevo el método de Euler.

Calculando las aceleraciones en “B” y “C”

La aceleración angular en el punto “A” se considera cero, se considera que el manubrio es girado con una velocidad angular constante solo para efectos de cálculo.

α⃑ A=0

aN=ω22 xO2 A=0.122 x 45=0.648mm/seg2

a⃑ A= a⃑AT+ a⃑A

N=0+0.648=0.648mm/ seg2

Escogemos una adecuada escala de DVAEntonces ε 3=0.1mm /seg2

mm

Podemos conocer las aceleraciones normales en cada uno de los eslabones porque ya se conocen las velocidades angulares, puesto que ya han sido calculadas anteriormente.aBAN =ω3

2 x ( AB )=0.0324mmseg2

aCAN =ω4

2 x (AC )=0.2809mmseg2

Luego gráficamente se calculan las demás aceleraciones trazando paralelas a las aceleraciones tangenciales de las cuales conocemos su dirección.

→aA=6.48mm

→aBAT=5.1mm

Pero los datos que necesitamos son las aceleraciones en B y C

aC=76mm yaB=28mm

METODO DE EULER:

RECORDAR EL METODO DE EULER PARA CALCULAR ACELERACIONES, SABIENDO QUE LA ACELERACION ANGULAR DEPENDE DE LAS VELOCIDADES ANGULARES HALLADAS ANTERIORMENTE

a⃑B= a⃑A+ a⃑BA

a⃑C=a⃑A+a⃑CA

a⃑ A= a⃑AT+a⃑ A

N

Y multiplicando por el factor de escala

Entonces: aC=7.6mm

seg2y aB=

2.8mm

seg2