UNIVERSIDAD DON BOSCOFACULTAD DE INGENIERIA

PROYECTO DE CATEDRA

Catedrtico: Ing. Carlos AzucenaAlumnos: Chanchan Melndez, Rubn Alfonso CM110039Rivas Lpez, Walter Jos RL110013Flores Godoy, Oscar Fernando FG110882Argueta Moran, Ricardo Alexander AG110038Estrada Torres, Ernesto ET100429

Asignatura: Teora de Mecanismos y MaquinasSoyapango, 20 de febrero del 2014INDICEINTRODUCCINi

OBJETIVOSii

ANTECEDENTES3

PROPUESTA DE DISEO5

JUSTIFICACIN9

ALCANCES10

LIMITANTES Y DELIMITANTES11

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS12

INTRODUCCINEn la ingeniera es de vital importancia estudiar el movimiento de los cuerpos (cinemtica y dinmica) ya que esto, estudiado desde distintas perspectivas juega un papel importantsimo a la hora de disear o analizar algn mecanismo, maquinaria, estructura, etc. El diseo es un componente universal en la prctica de la ingeniera, es por esto que para la materia de Teora de Mecanismos y Mquinas de la Universidad Don Bosco, se nos ha propuesto a los estudiantes la elaboracin de un proyecto de diseo, donde podamos aplicar los conocimientos adquiridos en la materia. Dicha materia explora temas de cinemtica y dinmica de maquinarias en relacin con la sntesis de mecanismos con objeto de lograr tareas o movimientos deseados, y tambin estudiar el anlisis de mecanismos para determinar su comportamiento dinmico de cuerpo rgido.El primer paso para el proceso de un diseo, es la identificacin de la necesidad, este paso con frecuencia lo hace otra persona, un cliente un jefe o alguien que necesita resolver algn problema. De manera general esto es un enunciado breve y carente de detalles, sin embargo, por para propsitos didcticos se nos ha brindado un enunciado ms elaborado con algunos requerimientos tcnicos de funcionamiento.El segundo paso es la investigacin preliminar. Este documento es un primer avance investigativo, en el cual se incluyen generalidades acerca del proyecto, incluye una recopilacin histrica, patente de apoyo, describimos adems nuestra propuesta a desarrollar en la cual tomaremos como base un mecanismo llamado mecanismo de Stephenson. El documento incluye tambin una justificacin del porque consideramos que es importante el proyecto a desarrollar, nuestros alcance o meta hasta donde pretendemos llegar y las limitaciones de proyecto.Sabemos que por la naturaleza del proceso de diseo no existe una respuesta correcta nica para un problema de diseo. Hay tantas soluciones potenciales como diseadores deseosos de aplicarlas, por eso como grupo planteamos una propuesta de solucin y la nica manera de verificar el xito o fracaso de nuestra propuesta ser mediante el anlisis con el prototipo construido.

OBJETIVOSObjetivo general Aplicar los conocimientos adquiridos en el diseo de un mecanismo para un juego para nios que genere novedosos movimientos, que sea seguro para el usuario y que sea lo suficientemente pequeo para que pueda ser transportado por un camin de reparto.Objetivos especficos Obtener el mecanismo ms adecuado para mover a un nio en un juego Investigar sobre mecanismos ya existentes para tomarlos como ejemplo en la elaboracin de nuestro mecanismo Delimitar por medio de clculos, las dimensiones necesarias para la elaboracin de un prototipo. Implementar medidas de seguridad para evitar accidentes

iv

ANTECEDENTES

Los juegos mecnicos para nios conocidos comnmente como Kiddie Ride, han estado presentes durante mucho tiempo ya sea supermercados, centros comerciales, almacenes entre muchos otros. Estos dispositivos se presentan como una forma sencilla de entretener a los nios despus de una larga sesin de comprar o como un incentivo por buen comportamiento, tambin han existido ocasiones en las que se han empleado exitosamente para labores de marketing como el caso de la compaa Well Fargo.

Entrando de lleno a la parte estructural de estos dispositivos poseen tres secciones importantes, el sistema de control que se acciona por lo general al insertar una moneda. Se encuentra constituido por un motor que al accionarse el sistema pone en marcha el mecanismo. El mecanismo en si es un arreglo mecnico que permite movientes oscilatorios y por ltimo se encuentra la carcasa, que usualmente posee dibujos llamativos y asemeja a barcos, aviones o similares para atraer la atencin de los infantes a los que est destinado el juego. Un detalle que usualmente se encuentra presente, pero que no es un requisito para estos dispositivos es la inclusin de msica para hacer ms grata la experiencia, as como luces o cualquier otro detalle que pueda servir para llamar la atencin.

En lo referido al mecanismo, se espera que sea uno de cuando menos 4 barras, Esto con la finalidad que la estructura logre mantener los movimientos oscilatorios y que a su vez logre sostener la cabina donde estara el nio a la hora que se accione el mismo. A su vez proporcione un movimiento llamativo manteniendo la seguridad para el ocupante. Lo anterior implica que el mecanismo tiene ciertos movimientos restringidos, tales como golpes bruscos y giros de ms de 90 grados entre otros que podran terminar en lesiones para el ocupante. Como ltimo detalle debe ser capaz de montarse en la caja de un camin de reparto.

Existe una diversidad de mecanismo que se podran tomarse como base para generar los movimientos solicitados. Entre los que se pueden mencionar se encuentran el mecanismo de Kann, los tres mecanismos de Stephenson y el mecanismo de Watt. De estos se podra apreciar que algunos de ellos no cumplen los requisitos ya sea del movimiento llamativo o de la seguridad por lo que se irn descartando acorde se hagan las evaluaciones respectivas.Adems de mecanismo, existen patentes de todo la estructura del Kiddie Ride que pueden dar una idea clara de cmo pueden ser ejecutado este proyecto. Un ejemplo se muestra continuacin:

PROPUESTA DE DISEOPara denotar una buena propuesta de diseo se debe replantear el problema propuesto el cual es el siguiente:"Las mquinas mecedoras de nios operadas con monedas que se encuentran afuera de los supermercados por lo general proporcionan al ocupante un movimiento oscilante mecnico. Se requiere una mecedora superior que produzca movimiento ms interesantes al mismo tiempo o que sea segura para los nios disee un dispositivo para montarlo sobre la caja de un camin de reparto mantenga las fuerzas de sacudimiento al mnimo y la curva par de torsin/tiempo tan uniform como sea posibleAhora se desglosara el problema para poder dar una propuesta lo ms efectiva posible primeramente dice que el movimiento debe ser oscilante mecnico y movimiento interesante, en segunda instancia que sea segura para los nios, tercero que pueda ser montado sobre un camin, cuarto que las fuerzas de sacudimiento deben ser mnimas y la curva de torsin/ tiempo uniforme.Movimiento oscilatorio e interesante:Debido a que el movimiento debe ser de una manera oscilatoria parcial y no completa para que el nio no pueda dar vueltas, se baso en un mecanismo ya existente que cumple con las necesidades de la estructura a disear el cual se llama Mecanismo de stephenson 1.El mecanismo de stephenson es un mecanismoque cuenta con 6 eslabones unidos por articulaciones y fueron descubiertos George Stephenson (1781-1848). Los mecanismos de Stephenson se caracterizan por que los dos eslabones ternarios (eslabones con 3 articulaciones) no estn conectados directamente uno al otro (es decir, no poseen una articulacin en comn).

Fig. 1 Diseo estndar del mecanismo de stephenson 1Posteriormente se mostrara mediante una serie de imgenes el movimiento de este mecanismo y se explicara el porqu de su eleccin entre tantos mecanismos existentes en la actualidad.

Fig. 2 Descripcin de movimiento del mecanismo de stephenson 1Como se puede observar el movimiento del mecanismo de stephenson genera un movimiento oscilatorio un poco complejo en sus eslabones superiores, debido a ese movimiento particular es que se decidi por este mecanismo ya que simula en primera instancia un movimiento hacia atrs con una decada, posteriormente un acenso no muy pronunciado hacia adelante y volviendo luego a su posicin media y de esta manera cclicamente.El movimiento generado al ser similar a la montura de un animal generara satisfaccin y una buena sensacin por el usuario.Seguridad para los nios:Actualmente este factor debe ser muy tomado en cuenta ya que es el que define la calidad de nuestra maquina y la apertura en el mercado para la obtencin del producto y su fabricacin en masa por ende se ha pensado en los siguientes parmetros para su seguridad: Posicin del asiento Velocidad Mxima de movimiento Dimensin adecuada de eslabones Materiales del mecanismo

Posicin del asiento:

El asiento debe ser colocado estratgicamente de tal manera que los movimientos del mecanismo no le permitan volcar, o las fuerzas y velocidades en el mismo no sean capaces de daar o asustar al nio por lo que se decidi colocarse en la siguiente posicin:

Velocidad de movimiento:

La velocidad de movimiento no debe ejercer una mayor a la norma que los rige su velocidad debe oscilar entre los 5 a 10 km/h sin sufrir sancin debido a que el usuario puede salir gravemente lastimado por lo que nuestro mecanismo se espera que no llegue a trabajar a mas de las velocidades premeditadas.

Dimensin de los eslabones:

Los eslabones deben estar diseados de tal manera que al hacer el movimiento deseado el torque de los eslabones donde reposa el asiento no sean muy abruptos es ms que sean pequeos de tal manera que las probabilidades de volcar o de generar movimientos con pendientes muy grandes sean nulas.

Materiales de mecanismo:

El material propuesto debe cumplir con ciertas caractersticas bsicas, como poder soportar el peso de una persona ubicada sobre el asiento, ser de un material que su fatiga no sea muy grande para usos prolongados y que sea aislante trmico y elctrico para que si sucede algn desperfecto de carcter mecnico o elctrico el usuario no se vea lastimado y pueda salir del mecanismo sin problema alguno.

Espacio fsico:

Debido a que lo que se desea es que pueda ser ubicado de manera fcil sobre un camin se debe tomar en cuenta las medidas estndares de los mismos las cuales son:

Fig.4 dimensiones de camin de carga

Notando las dimensiones de los camiones estndar sabemos que nuestro mecanismo no debe sobrepasar los 4.38m de altura y los 2.07 metros de largo, debido a que el aguante de los camiones es de toneladas el peso no es un factor relevante a la hora de montarlo pero se espera disearlo de la manera ms liviana posible.

Fuerzas de sacudimiento y la curva de torsin/ tiempo .

Debido a que las fuerzas de sacudimiento de nuestro mecanismo no deben ser muy grandes se deben delimitar los parmetros que permiten la manipulacin de estas fuerzas las cuales son el peso del mecanismo ya considerando el peso promedio de los usuarios, la velocidad de movimiento y los eslabones que funcionan como brazos de palanca para ciertos momentos de torsin, por ende a menor velocidad y a materiales ms ligeros pero consistentes se reducirn estas fuerzas pero no podrn eliminarse ya que son fuerzas incentricas en este tipo de mecanismo.

Para que la curva de torsin y tiempo se mantenga homognea que es lo que deseamos en este caso ya que no se busca en ningn momento aumentar o disminuir la velocidad del mismo la relacin de oscilacin de los puntos de apoyos deben ser tal que uno gire completamente con una velocidad uniforme y el otro oscile en un intervalo que no pueda generar cambios y por ende un movimiento brusco que desequilibre su velocidad nominal.

JUSTIFICACINPrimeramente creemos que para fines didcticos nuestro proyecto tiene mucha importancia, a travs de este proyecto vamos a poder aplicar los temas que se analicen en clase, desde aplicar los pasos para un proceso de diseo hasta llegar a un anlisis de velocidades y de aceleraciones en nuestro mecanismo. Ser de mucha utilidad el analizar movimientos que queramos obtener para el mecanismo ya que ampliar nuestros conocimientos a travs de la investigacin y el descubrimiento de mecanismos que normalmente se utilizan para aplicaciones variadas. Este proyecto pondr a prueba nuestro ingenio como estudiantes, para que a la hora de tener un problema real en nuestro mbito laboral sea ms fcil disear o crear un mecanismo con cierto movimiento requerido.El diseo de un mecanismo podra ser la solucin a un problema de produccin en una empresa donde se necesite desplazar o levantar cargas. Esta teora sobre mecanismos es aplicable en muchos casos como podra ser locomocin de robots, maquinas con movimientos muy sincronizados, procesos de produccin repetitivos y otros casos. En la medida que logremos diversidad de movimientos con mecanismos simples de pocos eslabones, ser un aporte tambin a la sociedad de la optimizacin de recursos en un proceso y de la importancia de la ingeniera en la industria que se pueda traducir en una reduccin de costos.

ALCANCESNuestro proyecto est basado en un mecanismo de 6 barras el cual generara un movimiento plano general en el eslabn donde el usuario estar sobre el mecanismo, este movimiento ser generado por la rotacin continua de un eslabn ternario y este a su vez ser movido por un motor elctrico.El usuario estar sentado sobre una silla unida con el eslabn con movimiento plano general siendo esta silla esttica la velocidad de este eslabn ser pequea por seguridad. Para propsitos de aprendizaje el mecanismo ser fabricado de eslabones de madera ya que solo desea demostrar el movimiento que tendr el usuario al momento de usar el juego y del mismo modo se realizara en una escala menor lo suficientemente grande para que se pueda montar sobre una mesa o escritorio

LIMITANTES Y DELIMITANTES

Como todo proyecto en etapa de pre diseo no se tienen todos los recursos necesario en primera instancia para decir que el diseo es perfecto, es mas se denomina un prototipo en primer lugar que pese a ser un primer bosquejo del mecanismo est lejos de ser el final y por ello posee una serie de limitantes que de momento no tienen solucin inmediata.

Las limitantes se reflejan en nuestros objetivos y metas ya que son los que deseamos alcanzar y los cuales son los siguientes:

Primeramente ya que se necesita un mecanismo adecuado para el movimiento del nio mientras esta en el juego optamos por el mecanismo de stephenson el cual si resuelve nuestro problema de un movimiento no es el ms eficiente entre los mecanismos pero mediante una serie de mas investigaciones se espera mejorar este mecanismo o sustituirlo por uno ms eficiente.

Debido a que los clculos hechos en primera instancia son 100% tericos con ciertas idealizaciones y parmetros aunque son verdicos no se sabe si el comportamiento real ser el mismo por lo que el primer prototipo no se espera que su movimiento sea el deseado sin embargo se espera que sea aceptable, se espera que durante el desarrollo de pruebas podamos obtener mejores dimensiones y tener buenos resultados.

Otra limitante presente es el material a utilizar, pues idealmente debe ser una construccin de algn acero resistente a la intemperie, sin embargo lo difcil que es conseguir las herramientas para manipular el acero, se decidi hacerlo de madera.

Se han implementado una serie de medidas de seguridad preliminares que fueron las consideradas bsicas para la realizacin del mecanismo no obstante hasta realizar las pruebas bsicas se sabr si nuestro prototipo es seguro y confiable, por el momento no se da una veracidad total sino parcial de la seguridad del mecanismo hasta haber hecho pruebas con el prototipo armado.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

http://fundamaqi.blogspot.com/2010/08/fuerzas-continuacion.html

http://www.mecapedia.uji.es/mecanismo_de_6_barras_de_Stephenson.htm

https://patentimages.storage.googleapis.com/pages/US3173686-0.png

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