--P.--.- - - -..--...-...-- WV -...-...-..-- . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
--P.--.- -- -..--...-...-- WV -...-...-..--. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
DISEÑO DE MAQUINARIA CONTENIDO
2.92.102.112.12
2.13
2.142.15
2.16
2.172.18
Transformación de eslabonamientos .............................................................. 43Movimiento intermitente ................................................................................... 46Inversión ............................................................................................................... 48La condición de Grashof .................................................................................. 49
Clasificación del eslabonamiento de cuatro barras ....................... ,54Eslabonamientos de más de cuatro barras ................................................... 56
Eslabonamientos con engranaje de cinco barras ........................... 56Eslabonamientos de seis barras ........................................................... 57Criterio de rotabilidad de tipo Grashof para
eslabonamientos de orden superior ............................................. .58Los resortes como eslabones ........................................................................... 59Consideraciones prácticas ............................................................................... 60
Juntas de pasador versus correderas y semijuntas .......................... ,60¿ Viga en voladizo o viga en doble voladizo? ................................... 63Eslabones cortos .................................................................................... .63Relación de apoyo ............................................................................... .63Eslabonamientos versus levas ............................................................... 65
Motores e impulsores ......................................................................................... 65Motores eléctricos ................................................................................. ,65Motores neumãticos e hidráulicos ....................................................... 71Cilindros neumáticos e hidráulicos ...................................................... 71Solenoides ............................................................................................... 71
Referencias ......................................................................................................... 72Problemas ............................................................................................................ 73
Capítulo 3 Síntesis gráfica de eslabonamientos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..*...... 83
3.03.13.23.33.4
3.5
3.63.7
3.8
3.9
Introducción ........................................................................................................ 83Síntesis .................................................................................................................. 83Generación de función, trayectoria y movimiento ...................................... 86Condiciones límite .............................................................................................. 87Síntesis dimensional ............................................................................................ 90
Síntesis de dos posiciones ..................................................................... 91Síntesis de tres posiciones con pivotes móviles especificados ....... ,97Síntesis de tres posiciones con pivotes móviles alternos . . , , , . , , , , . . , . . , , , , 98Síntesis de tres posiciones con pivotes fijos especificados ............. 10 1Síntesis posicional para más de tres posiciones ............................... 105
Mecanismos de retorno rápido ..................................................................... 106Mecanismo de retorno rápido de cuatro barras ............................ 106Mecanismo de retorno rápido de seis barras .................................. 108
Curvas de acoplador ...................................................................................... 112Cognados ......................................................................................................... 122
Movimiento paralelo ............................................................................. 127Cognados de cinco barras con engranaje de un
eslabonamiento de cuatro barras ................................................. 129Mecanismos para movimiento rectilíneo ..................................................... 130
Diseño óptimo para eslabonamientos decuatro barras en línea recta .......................................................... 132
Mecanismos con detenimiento ................................ . .................................... 137Eslabonamientos con un solo detenimiento .................................... 137Eslabonamientos con doble detenimiento ...................................... 140
C O N T E N I D O 1.
Capítulo 4 Análisis de posición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
4.0 I n t r o d u c c i ó n , . . , . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.1 Sistemas de coordenadas ~~~~.~~~~~~,~~~~~~~~~~~~~~~~~~,~~,~~~~~~~,~~~~~,,,~~~~~~~~~~,...,,,~~~~~~~~~~. 1604.2 Posición y desplazamiento . . . . ..I..I....................,,............I,,,,...I....,I,I,,,,.,....,.,,,., 160
Posición .I............I.I.............,....,.....~.....,.......,.,,..............,,,,,.....,...,,,,,,,,,,, 160Desplazamiento . . . . . . . . . . . . . . . . ..~.~~.~............~.................................... I . . . . . . . . . . 161
4.3 Traslación, rotación y movimiento complejo .,.~~~~~~~~~~~~.,,,~~~~~,~~~...,.,,,~~~~,~~,~,~ 163Traslación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..~..~.I.............~I.................................................... 163Rotación . . . . . . . ..tI.............I...............I.......................................................163Movimiento complejo.. . . , , . . . . . . . . . . . . , , , , . . , . , . . . . , . . , . . . . , . . . . . . . . . . , . . . . . . . . . , . . . . . . . . . . . . . 164Teoremas, ., . , . . . . . . . . , , . . , . . . . . . . . . . . . . . . . ., . . . . , . . . . , , . ,. . . . . . . . . . . , , . . ., . . . . . . . . . . . , . . . . . . . . . . . . , . . . . . 165
4.4 Análisis gráfico de posición de eslabonamientos ,< ~~~~~~~~~~...~.~~~,~~~~~~~.~~~~,~~~~~ 1654.5 Análisis algebraico de posición de eslabonamientos I,,,....I....I,,I,,,,.........,. 167
Representación del lazo vectorial de eslabonamien tos , . , . . , . . . . . , . . . 168Los números complejos como vectores . . . . , . . . . . . . . . . , . ., . , . . . . ,. . , . . , . . . . . . . . . . . 169La ecuación de lazo vectorial para
un eslabonamiento de cuatro barras .,........,. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . , 1704.6 La solución de posición en el eslabonamiento de
la manivela-corredera de cuatro barras *< . . . . . . . . ..I.I........I....<....................<*... 1744.7 Solución de posición con
manivela-corredera invertida ,,,,..I..I,I,,,,,I,,,,I....,.,,,,,,,I,.,.,,,I,.,,I,,I,I..,,,,,I,,,,,I,,, 1764.8 Eslabonamientos con más de cuatro barras ,~~~~.~~~~..~,~~.~~~~~~~..~,~,~~,~~~~~~.~~.,~,~ 179
El eslabonamiento de cinco barras con engranaje . ..,.. . . . . . . . . . . . . . . . . . 179Eslabonamientos de seis barras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .,,....,.......,................., 182
4.9 Posición de un punto cualquiera en un eslabonamiento ~.~~~~~~~~~~~~~....~~,~,~ 1834.10 Ángulos de transmisión . . . . . . . . .. . ..~............~..~..~.<...............~..~....<.......~...... 184
Valores extremos del ángulo de transmisión , , , , , , . , , . . . . , . , ., , , , , . , , , . . . . . . , , , . 1854.1 1 Posiciones de agarrotamiento ,~~~~~~.,.~,~,~~,~~,~~,...~,~,~~,~~~.,.,,,~~~~~~~~~~..,,,,,,~,~~,~,,~~, 1874.12 Circuitos y ramas en eslabonamientos ~~,~~,~~,,,~~~~,~~,~~,,,,,,,~~~,~~,~~..,,,,,,,~~~~~~~.,~, 1884.13 Método de solución de Newton-Raphson ~~~~...,.~~~~~~~~~~~,~.~~~~~,~~,~,~.~.,,~,~~~~~~~,~ 189
Determinación unidimenslonal de raíces (métodode Newton) ..~~...I...~..~..~. .I . . ..~~.~~~~..~..........~.~..........~..I.~..........~.~..~...... 190
Determinación multidimensional de raíces(método de Newton-Raphson) ,,,.,.., ,.,,, ,,.,, ,,,..,,,.,,,,,., ,,. ,..,,.,.,,.,,,, . 192
Solución de Newton-Raphson paraun eslabonamiento de cuatro barras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193 *
Resolvedores de ecuaciones . . . . . . . . . . . . . . . . ..I.......................................... 1944.14 Referencias . . . * I *. . , I II . * * *. . . . I . *. I . * I . . . . . . , . . . *. I *. . . *. , . , . *, *. I * I . I . . , *. , * *. *. * * . . . . . . . . . *, . *, *. * *. . . . . . . . . 1944.15 Problemas . . . . ..I..I I . ..*..*.. I...I . ..I..I..I........I..II.........I..I....I....<..,..I....<....,,.,.......~....,... 194
Capítulo 5 Síntesis analítica de eslabonamientos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
5.0 Introducción ,,,,,,..,,,,,....,..<I a ..,,.,,......,.,,..,.. < ..,....<,....<..,..,..,.,..~.~.....,..,.,..,..~....,.... 2055.1 Tipos de síntesis cinemática ~~,,~,~~~,..,~~~,~~,~~,~.,.,~,,,~~~~,,~,. < ,.,,,,~~,~~,~~~.~..~,,,~,~~,~~~.., 205
DISEfiO DE MAQUINARIA CONTENIDO
5.25.35.45.55.65.75.85.9
5.105.11
5.12
5.13
5.145.15
Puntos de precisión . . . . . ..I..................<.....<..........<..I..........<...I...*.....................,,, 206Generación de movimiento de dos posiciones por síntesis analítica ,,,,. 206Comparación de síntesis de dos posiciones analítica y gráficaSolución por ecuaciones simultáneas
I..,.......... 213..I................II..........I...........<.....I,...<.., 216
Generación de movimiento de tres posiciones por síntesis analítica , ,, , . ,2 18Comparación de síntesis analítica y gráfica para tres posiciones , ,. , . . ,,, , 224Síntesis para una localización específica de pivote fijoCírculos de punto central y de punto circunferencia1
<............,............... 228
Síntesis analítica de cuatro y cinco posiciones. . . . . . . . a . . . . ..<............... 235
. . ..I....I.I......I....<I....I...........,,Síntesis analítica de un generador de trayectoria con
237
temporización prescrita . . . . . . . . ..I..........<......I...........I..<.II....<..................,,,,.,,,,,,~Síntesis analítica de un generador de función para un
238
eslabonamiento de cuatro barras 8s.. ee..... . ..I... I...< . ...<......,,....,....,<.......,....,,,,. 239Otros métodos de síntesis de eslabonamientos
Métodos de punto de precisión. . ..I..I......I.....<I.I.............<..., 242
.,..,.......,..I..~....,.,..,,,...,..........,,,,...,.,,
Capítulo 6 Análisis de velocidad ................................................................ 2606.0 Introducción6.1
......................................................................................................Definición de velocidad
260
6.2..................................................................................
Análisis gráfico de velocidad260
6.3.........................................................................
Centros instantáneos de velocidad263
6.4..............................................................
Análisis de velocidad con centros instantáneos268
Relación de velocidad angular......................................... 276
Ventaja mecánica....................................................... ..27 8
...............................................................................Uso de los centros instantáneos en el diseño de
279
eslabonamientos6.5 Céntrodos
............................................................................. 282..........................................................................................................
Un eslabonamiento “sin eslabones”284
Cúspides................................................. ,287
................................................................................................6.6 Velocidad de deslizamiento
288
6.7...........................................................................
Soluciones analíticas para análisis de velocidad288
........................................Eslabonamiento de cuatro barras con juntas de pasador
293........... ,293
Eslabonamiento de cuatro barras de manivela-corredera , , , . , , , , , ,296Eslabonamiento de cuatro barras de
manivela-corredera invertido6.8
........................................................Análisis de velocidad del eslabonamiento de cinco barras
298
con engranaje6.9
..................................................................................................Velocidad de un punto cualquiera en un eslabonamiento
300
6.10 Referencias..................... 301
6.11 Problemas....................................................................................................... 303
.......................................................................................................... 303
Capítulo 7 Análisis de aceleración ....................................................... ..- .. 3247.0 Introducción .. ....................................................................................................7.1 Definición de aceleración
324
7.2..............................................................................
Análisis gráfico de aceleración324
..................................................................... 327
CONTENIDO
7.3
7.4
Soluciones analíticas para el análisis de aceleración .*....*. * . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333El eslabonamiento de cuatro barras con juntas de pasador . . ., , . ,333Eslabonamiento de cuatro barras de manivela-corredera , . . . . . . . . .336Aceleración de Coriolis ,.,.....,.....,.....,...I,..,........I.~.......,.....,,,....,..I....,.,Eslabonamiento de cuatro barras de
338
manivela-corredera invertido . . . . . * . . . . . * . . . . . . * . ., . . . . . . . . . . . . . . . ,. I I I ., . , *. ,. . . . *, ,340Análisis de la aceleración del eslabonamiento de cinco barrascon engranaje <...........I.....<..I...I...<..........................,.....,,,.....,,,...,,,,,.,,,,,,,,,,.,,,,, 343Aceleración de un punto cualquiera en un eslabonamiento ~~~~,,,~~~~~~~~~.. 345Tolerancia humana a la aceleraciónRapidez de aceleración
I <....II~.I.I...,.~...........,...........,...,,,...,,,,,. I 347.I...I..... . . . . . .I . . . ..I.........I...I.....I..<.......<............I,,,,..,,.,,,. 349
Eslabonamientos de n barrasReferencias
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..<.............................~ 352
Problemas. . . . . . . ..II.......I................ . . . . .I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..<.....<.... 352
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352
7.57.67.77.87.9
7.10
Capítulo 8 Diseño de levas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ................................................... 372
8.08.1
8.28.3
8.4
8.5
8.6
8.7
8.8
Introducción ......................................................................................................Terminología de los mecanismos de leva
372
Tipo de movimiento del seguidor.................................................... 373
Tipo de cierre de junta..................................................... .374
Tipo de seguidor........................................................................ 375
Tipo de leva................................................................................... 375
...........................................................................................Tipos de restricciones de movimiento
376
Tipo de programa de movimiento.............................................. ,378
Diagramas s v a j..................................................... 379
..............................................................................................Diseño de levas con doble detenimiento. Selección de
379
las funciones s v aj ...........................................................................................Ley fundamental del diseño de levas
381
Movimiento armónico simple (MAS)............................................... 384
Desplazamienfo cicloidal................................................ ,384
Funciones combinadas................................................................... ,387
.......................................................................Diseño de una leva con detenimiento simple. Selección de
390
las funciones s v a j ...........................................................................................Funciones polinomiales
403...................................................................................
Aplicaciones de polinomios con doble detenimiento406
.................. ,407Aplicaciones de polinomios con un solo detenimiento . , , , , , . , , . , . . , , , ,4 1 1
Movimiento de trayectoria crítica (MTC) .....................................................Polinomios utilizados en el movimiento de trayectoria crítica ., , , , , ,4 15
414
Funciones de la familia de armónicas de semiperiodo , ,, , . , , . , , , , , , , . ,423Dimensionado de la leva: ángulo de presión y radio de curvatura
Angulo de presión: seguidores de rodillo....... ,426
.... ... .......... ......Elección de un radio de círculo primitivo
.................. ,428
Momento......................................... 431
de volteo: seguidor de cara plana..Radio de curvatura: seguidor de rodillo
.............................. ,433...........................................
Radio de curvatura: seguidor de cara plana434
Consideraciones en la fabricación de levas.................................. 438
Generación geométrica............................................... 443
.....................................................................Mecanizado manual o NC según coordenadas de levas
443
(corte por empuje) ......................................................................... 444
DISEÑO DE MAQUINARIA CONTENIDO
Control numérico continuo con interpolación lineal .................... ,445Control numérico continuo con interpolación circular ................ .447Duplicación analógica ....................................................................... 448Funcionamiento real de una leva comparado con
ei funcionamiento teórico ............................................................. ,4508.9 Consideraciones prácticas de diseño .......................................................... 453
¿ Un seguidor traslatorio u oscilatorio? .............................................. 453¿Cierre de fuerza o de forma?............................................................ 454¿ Leva radial o axial? ............................................................................ 455LSeguidor de rodillo o de cara plana7..............................................455¿ Usar detenciones o no? .................................................................... 456¿ Rectificar o no? .................................................................................. 456¿ Lubricar o no? ..................................................................................... 456
8.10 Referencias ....................................................................................................... 4578.11 Problemas .......................................................................................................... 4578.12 Proyectos ........................................................................................................... 462
Capítulo 9 Trenes de engranes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4669.09.19.2
9.39.4
9.59.6
9.79.8
9.109.119.12
CONTENIDO
P ARTE II DI NÁ M I C A D É M A Q U I N A R I A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 529
Capítulo 10 Principios de dinámica ........................................................... 531
10.010.110.210.310.410.510.610.710.810.9
10.10
10.1110.1210.1310.1410.15
Capítulo ll Análisis de fuerzas dinámicas . . . . . . . . . . . . . . ..*............................... 564ll .011.111.211.3
11.4ll .5
11.6ll.711.811.9
11.1011.1111.1211.1311.14
DISEÑO DE MAQUINARIA CONTENIDO
Capítulo 12 Equilibrio .................................................................................... 61712.0 Introducción ......................................................................................................12.1 Equilibrio estático
617. .
12.2 Equilibrio dinámico........................................................................................... 618...........................................................................................
12.3 Equilibrio de eslabonamientos621
.......................................................................Equilibrio total de fuerzas de eslabonamientos
626
12.4..............................
12.5Efecto del equilibrio en fuerzas de sacudimiento y pasador
627.................... 631
12.6Efecto del equilibrio sobre el par de torsión de entrada ........................... 632
12.7Equilibrio de los momentos de sacudimiento en los eslabonamientos ,,, 634Medición y corrección del desequilibrio
12.8 Referencias...................................................... 638
12.9 Problemas....................................................................................................... 640
.......................................................................................................... 641
Capítulo 13 Dinámica de motores .............................................................. 648
13.0 Introducción13.1
......................................................................................................Diseño del motor
648
13.2..............................................................................................
Cinemática del mecanismo de manivela-corredera650
13.3 Fuerza del gas y par de torsión del gas............................... 655
13.4 Masas equivalentes........................................................ 660
13.5.........................................................................................
Fuerzas de inercia y de sacudimiento664
13.6..........................................................
Pares de torsión de inercia y de sacudimiento668
13.7 Par de torsión total del motor........................................... 671
13.8 Volantes......................................................................... 673
13.9.............................................................................................................
Fuerzas de pasador en un motor de un cilindro673
13.10 Equilibrio del motor de un cilindro......................................... 674
13.11.................................................................
Transacciones y relaciones de diseño681
Relación biela/manivela.......................................................... 686
.....................................................................Relación diámetro/carrera
686
Materiales................................................................. 686
13.12 Bibliografía.............................................................................................. 687
13.13 Problemas......................................................................................................... 687
13.14 Proyectos.......................................................................................................... 687
........................................................................................................... 690
Capítulo 14 Motores multicilíndricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ...*. 692
14.0 Introducción14.1
..~.~.....~....~~....~........~....~.~..... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 692Diseños de motores multicilíndrlcos
14.2 Diagrama de fase de la manivela. . , . . .< . . 8 . . . . . a . . . , . . 8 . . . , . . .< . . . . . . , . . . . , . . , . , , . , , . 693
14.3. ..I........I....I....I.II....I....III...I.I....,I....,,,...,,,,, 696
14.4Fuerzas de sacudimiento en motores con cilindros en línea . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 698
14.5Par de torsión de inercia en motores con cilindros en línea .~~~,.~~~,,.~..,~~~.~ 702Momento de sacudimiento en motores con cilindros en línea I...I,I,..,,,,,. 703
14.6 Encendido uniforme . . ..I..........I..I..I.I....<I.......I..I.I.................,,,<..,,,,,,.,,,,,.,,,,,.,,,Motor con un ciclo de dos tiempos
705
Motor con ciclo de cuatro tiempos. ..~...............~..........,..........,....,,,,706
14.7 Configuraciones de motores en V..,......,,.......................,..,........,,,, 708
14.8. . ..I....I..I..I.......I.......I....I...I....I..I......,I..,,,,.. 714
Configuraciones de motores con cilindros opuestos II....,.....,......,,...728
DISEÑO DE MAQUINARIA CONTENIDO
Apéndice D Datos de resortes . . . . . . . . . . . . . . . . ..*...........................................*..... 837
I Apéndice E Atlas de curvas del acoplador deeslabonamientos de cinco barras con engranaje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 841
Apéndice F Respuestas a los problemas seleccionados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 847
Indice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 861
Indice del CD-ROM . . ..*.................................................................................... 877