--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