Universidad Catlica de Santa Mara Programa Profesional de Ingeniera Mecnica ,Mecnica Elctrica y Mecatrnica ASIGNATURA: DISEO DE MECANISMOS CLASE Nro. 5: Anlisis de Fuerzas en Maquinaria FASE: 1Ing. Fernando David Siles NatesCIP: 139515

ANLISIS DE FUERZASSi una maquina ejecuta una funcin descrita de una manera satisfactoria , sus partes deben ser diseadas como para resistir las cargas impuestas con seguridad y sin ninguna deformacin .

Fuerzas Transmitidas por los miembros de una maquina Fuerzas EstticasFuerzas DinmicasCargas ActuantesPeso de los miembrosFuerzas ocasionadas por la Inercia de las partes en movimiento

PRINCIPIOS DE ANLISIS ESTTICOAnlisis del movimiento teniendo en cuenta la accin de las fuerzas.Se considera el slido indeformable (Diseo).Aplicacin de las Leyes de Newton.

LEYES DE NEWTON

ANLISIS DE FUERZAS

PRINCIPIOS DE ANLISIS ESTTICO

Tipos de fuerzas: Con contacto fsico y Sin contacto fsico

Clasificacin de las fuerzas: Internas y Externas

Tipos de fuerzas externas : -Peso.-Fuerza Motriz (de valor positivo, aporta energa)-Fuerza de Inercia-Fuerza Resistente (se opone al movimiento). til: Realiza trabajo til (corte de chapa)Pasiva: Provoca prdidas (rozamiento)

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ANLISIS DE FUERZASTRANSMISIN DE ESFUERZOS

Conocidos F2 y la direccin de E

CARACTERSTICAS DE LA TRANSMISIN DE ESFUERZO.

F2: Fuerza Motriz que aporta energa.R: Fuerza Transmitida en C causada por F2 CEl aplicar F2 en P es igual que aplicar R en C.Para equilibrar estticamente el sistema, el hombre tiene que hacer una fuerza E en C llamada Equilibrante de manera que:

TRANSMISIN DE ESFUERZOS El mismo comportamiento ocurre si se aplica un par M2:

M2 : es el par de entradaME : es el par de equilibrio.MR : es el par transmitido.

El par M2 substituye a la fuerza cuya accin est en el mismo sentido de F.

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ANLISIS DE FUERZASDETERMINACIN DE LA FUERZA EQUILIBRANTEReglas a cumplir:Las Fuerzas aplicadas a un mismo miembro del mecanismo pueden componerse o descomponerse siguiendo las reglas de la esttica grfica.

Una fuerza slo puede transmitirse a otro miembro o a un apoyo si pasa por el punto de contacto y es perpendicular a la superficie de contacto.

En una articulacin pueden transmitirse fuerzas de un miembro a otro en cualquier direccin con tal de que pase por el centro de la articulacin.

DETERMINACIN DE LA FUERZA QUE F2 TRANSMITE AL PUNTO C.

Trazar Lnea de Prolongacin de F2 y de la barra 3. En la interseccin esta el punto I.Unir O2 con I.Trazar paralelas a las rectas O2I y AI y que pasen por el extremo de F2.Trasladar la magnitud de F2 al punto I.En las intersecciones estn las componentes FA y FO 2.La fuerza FA en la barra 3 es la misma en A y en B..Prolongacin la direccin y magnitud de FBEn la interseccin de la direccin de FB y la direccin de R esta el punto II.Trasladar la fuerza resultante transmitida R al punto C.Unir O4 con II.Trazar paralelas a las rectas O4 II y C II y que pasen por el extremo de FB.En las intersecciones estn las componentes R y FO 4.La fuerza Equilibrante en C es igual a R pero de sentido opuesto.Las componentes que se transmiten hacia los apoyos se anulan con las reacciones.

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DETERMINACIN DE LA FUERZA EQUILIBRANTE.

PRINCIPIO DE SUPERPOSICINEl principio de superposicin dice: Si dos o ms sistemas de fuerzas son capaces por separado, de mantener en equilibrio un mismo conjunto de slidos rgidos, el sistema que resulta de superponerlos, tambin lo mantendra en equilibrio.

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ANLISIS DE FUERZASDETERMINACIN DE LA FUERZA EQUILIBRANTE.MTODO NEWTONIANO

Aplicamos las Condiciones de Equilibrio

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H.1.

ANLISIS DE FUERZASFUERZA DE INERCIA DEL MECANISMO

Principios de Anlisis Dinmico Todas sus piezas estn en un plano comn de simetra o un plano comn de inercia.Todas las fuerzas que actan sobre l han de estar en ese plano y si no debe estarlo su resultante.Se ha de tener en cuenta la masa de los elementos del mecanismo debido a que la aceleracin que alcanzan las masas generan otras fuerzas.

FUERZA DE INERCIA DEL MECANISMO

CRITERIO DE NEWTON Plantea la ecuacin para el equilibrio dinmico de una partcula o slido rgido, cuya masa est concentrada en G.

CRITERIO DE DALEMBERT Plantea la ecuacin para el equilibrio dinmico de una partcula o slido rgido, cuya masa est concentrada en G.

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FUERZA DE INERCIA DEL MECANISMO

El Criterio de DAlembert trata la dinmica bajo los principios de la esttica (no se generan esfuerzos sino que solo se transmiten).Si sobre un slido actan unas fuerzas y un par se puede considerar que:

Existe una fuerza Fi igual y contraria que se opone a su avance.Existe un Par de Inercia Mi igual y contrario que se opone a que gire.

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FUERZA DE INERCIA DEL MECANISMO

La masa m indica la resistencia que tiene un slido a no dejarse acelerar linealmente.El momento de Inercia I indica la resistencia de este a no dejarse acelerar angularmente.

POR LO QUE: A mayor MASA del SLIDO y mayor Momento de Inercia:

Es necesario aplicar mayor par de rotacin para acelerarlo, sin embargo mayor energa cintica se acumula. Por ejemplo al utilizar un Martillo.

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Criterio de DALEMBERT

FUERZA DE INCERCIAMOMENTO DE TORSIN DE INERCIADALENBERT

ANLISIS DINMICO DE UN MECANISMO MANIVELA BIELA PISTNEn la figura se muestran los vectores que representan las fuerzas que actan en un mecanismo manivela biela pistn, de acuerdo con su forma de trabajo.La fuerza de gas esttico P sobre el pistn, se obtiene del producto de la presin del gas (p), por el rea de la cabeza del pistn (A), siendo sta suecuacin:

P = (p) (A) [ N]

Las fuerzas F3 y F4 que actan en la biela y el pistn, respectivamente se conocen como dinmicas y la fuerza de inercia F2 en el cigeal es igual a cero debido a que es usual balancear el cigeal de manera que el centro de masa (g2)est en el eje de rotacin O2.

En consecuencia, el propio cigeal esta balanceado nominalmente para que Ag2 sea cero. Las fuerzas de gravedad tambin actan en el mecanismo, aunque debido a que los pesos de las partes mviles son pequeos, comparados con las cargas principales, generalmente no se toman en cuenta.

En la figura se muestran los vectores que representan todas las fuerzas que se desarrollan en el mecanismo manivela biela pistn, considerando el mtodo de masas puntuales.

ANLISIS DINMICO DE UN MECANISMO MANIVELA BIELA PISTN

ANLISIS DINMICO DE UN MECANISMO MANIVELA BIELA PISTNDe la figura anterior, se describe cada una de las fuerzas actuantes en el mecanismo:P: es la fuerza del gas que acta sobre el pistn.FN: es la fuerza normal del pistn sobre la pared de la cmara.FMq: es la fuerza de la masa puntual Mq, segn su magnitud y direccin de aceleracin.FP: es la fuerza de la masa del pistn, segn su magnitud y direccin de aceleracin.FPR1: es la fuerza que acta en el perno de la biela y el pistn, su magnitud y direccin son desconocidas. FR1: es la fuerza de la parte inferior de la biela, que acta sobre la parte superior. FR2: es la fuerza de la parte superior de la biela, que acta sobre la parte inferior.FMp: es la fuerza de la masa puntual Mp, segn su magnitud y direccin deaceleracin.FPR2: es la fuerza que acta en el perno de la biela y el cigeal, su magnitud y direccin son desconocidas.FCJ: es la fuerza que acta en el cojinete del cigeal, su magnitud y direccin son desconocidas.FC: es la fuerza de reaccin del cigeal con respecto a FMp.Para conocer el valor de estas fuerzas actuantes, es necesario determinar la velocidad y por consiguiente la aceleracin de algunas de ellas, por lo que necesitamos hacer un anlisis de velocidades y aceleraciones.

ANLISIS DINMICO DE UN MECANISMO MANIVELA BIELA PISTNEn la figura se muestran los vectores que representan las velocidades lineales de las masas puntuales y las velocidades angulares de los eslabones de un mecanismo manivela biela pistn, para una posicin determinada.Aceleracin de Mp (aMP)

ANLISIS DINMICO DE UN MECANISMO MANIVELA BIELA PISTN

Por lo que:

donde, mP es la masa del pistn y aP es la aceleracin del pistn

aP = aMp

por lo tanto:

FP = mP aMq

Para obtener las fuerzas restantes del mecanismo, se tiene que analizar cada punto en particular donde se aplican estas fuerzas, descomponiendo cada una de ellas en sus componentes i y sus componentes j, para hacer la sumatoriacorrespondiente.ANLISIS DINMICO DE UN MECANISMO MANIVELA BIELA PISTN

ANLISIS DINMICO DE UN MECANISMO MANIVELA BIELA PISTNFUERZAS DESARROLLADAS EN EL PISTN

ANLISIS DINMICO DE UN MECANISMO MANIVELA BIELA PISTNFUERZAS DESARROLLADAS EN LA PARTE SUPERIOR DE LA BIELA

ANLISIS DINMICO DE UN MECANISMO MANIVELA BIELA PISTNFUERZAS DESARROLLADAS EN LA PARTE INFERIOR DE LA BIELA

FUERZAS DESARROLLADAS EN LA PARTE INFERIOR DE LA BIELA

ANLISIS DINMICO DE UN MECANISMO MANIVELA BIELA PISTN

FUERZAS DESARROLLADAS EN EL CIGEAL

ANLISIS DINMICO DE UN MECANISMO MANIVELA BIELA PISTN

Universidad Catlica de Santa Mara Programa Profesional de Ingeniera Mecnica ,Mecnica Elctrica y Mecatrnica ASIGNATURA: DISEO DE MECANISMOS CLASE Nro. 6: DISEO DE LEVASFASE: 2Ing. Fernando David Siles NatesCIP: 139515

DEFINICIONES PREVIAS

CLASIFICACIN DE LAS LEVAS Y SUS SEGUIDORES

CLASIFICACIN DE LAS LEVAS DE PLACA-SEGN LA FORMA BSICA DEL SEGUIDOR

CLASIFICACIN DE LAS LEVAS DEACUERDO AL MOVIMIENTO DE SALIDA CARACTERSTICOTRASLACIN

ROTACIN CLASIFICACION SEGN LA LINEA CENTRAL DEL VASTAGO DEL SEGUIDOR EXCENTRICO EN RELACION CON EL CENTRO DE LA LEVA RADIAL EN RELACION CON EL CENTRO DE LA LEVA

RESTRINGIDO POR LA RANURA LEVA DE ANCHURA CONSTANTE-RESTRICCION PUNTOS DE CONTACTO DE LA LEVALEVA DUALES / CONJUGADAS (DOS RODILLOS Y UN SOLO SEGUIDOR)

DIAGRAMA DE DESPLAZAMIENTOS

DIAGRAMA DE DESPLAZAMIENTOS