Introducción a los mecanismos

Yi Zhang
con
Susan Finger
Stephannie Behrens

Tabla de contenidos

Capítulo 8. Otros mecanismos

8.1 Mecanismos de trinquete

Una rueda provista de dientes de forma adecuada, que recibe un movimiento circular intermitente de un miembro oscilante o recíproco, se denomina rueda de trinquete. Una forma simple de mecanismo de trinquete se muestra en la figura 8-1.

Figura 8-1 Trinquete

A es la rueda de trinquete, y B es una palanca oscilante que lleva el trinquete de accionamiento, C. Un trinquete suplementario en D impide el movimiento hacia atrás de la rueda.

Cuando el brazo B se mueve en el sentido contrario a las agujas del reloj, el trinquete C forzará la rueda a través de una parte fraccional de una revolución que depende del movimiento de B. Cuando el brazo se mueve hacia atrás (en el sentido de las agujas del reloj), el trinquete C se deslizará sobre las puntas de los dientes mientras la rueda permanece en reposo debido al trinquete fijo D, y estará listo para empujar la rueda en su movimiento hacia adelante (en el sentido contrario a las agujas del reloj) como antes.

La cantidad de movimiento hacia atrás posible varía con el paso de los dientes. Este movimiento podría reducirse utilizando dientes pequeños, y elexpediente se utiliza a veces colocando varios trinquetes uno al lado del otro en el mismo eje, siendo los trinquetes de diferentes longitudes.

Las superficies de contacto de la rueda y el trinquete deben estar inclinadas para que no tiendan a desengancharse bajo presión. Esto significa que la normal común en N debe pasar entre el trinquete y los centros de la rueda de trinquete. Si esta normal común pasara fuera de estos límites, el trinquete se vería forzado a salirse del contacto bajo carga, a menos que se mantenga por fricción. En muchos mecanismos de trinquete, el trinquete se mantiene contra la rueda durante el movimiento por la acción de un muelle.

La forma habitual de los dientes de una rueda de trinquete es la que se muestra en la figura anterior, pero en los mecanismos de avance como los que se utilizan en muchas máquinas-herramienta, es necesario modificar la forma de los dientes para que el trinquete sea reversible, de modo que el accionamiento pueda ser en cualquier dirección.El siguiente ejemplo de SimDesign de un trinquete también incluye un enlace de cuatro barras.

Si prueba este mecanismo, puede girar la manivela del mecanismo de enlace. El balancín accionará el trinquete de arrastre para impulsar la rueda de trinquete. El archivo de datos de SimDesign correspondiente es:

/afs/andrew.cmu.edu/cit/ce/rapidproto/simdesign/ratchet.sim

8.2 Embrague por adelantado

Una forma especial de trinquete es el embrague por adelantado. ¿Has pensado alguna vez qué tipo de mecanismo acciona el eje trasero de la bicicleta? Se trata de un mecanismo de rueda libre que es un embrague por adelantado. La figura 8-2 ilustra un modelo simplificado. A medida que el conductor entrega el par al miembro conducido, los rodillos o las bolas se encajan en los huecos cónicos. Esto es lo que proporciona el accionamiento positivo. Si el miembro conducido intenta conducir el conductor en las direcciones mostradas, los rodillos o las bolas se liberan y no se transmite ningún par.

Figura 8-2 Embrague por adelantamiento

8.3 Engranaje intermitente

Un par de miembros giratorios puede diseñarse de manera que, para la rotación continua del conductor, el seguidor ruede alternativamente con el conductor y permanezca estacionario. Este tipo de disposición se conoce con el término general de engranaje intermitente. Este tipo de engranaje se produce en algunos mecanismos de conteo, máquinas de movimiento-imagen, mecanismos de alimentación, así como otros.

Figura 8-3 Engranaje intermitente

La forma más simple de engranaje intermitente, como se ilustra en la figura 8-3, tiene el mismo tipo de dientes que los engranajes ordinarios diseñados para la rotación continua. Este ejemplo es un par de engranajes de 18 dientes modificados para cumplir el requisito de que el seguidor avance un noveno de vuelta por cada vuelta del conductor. El intervalo de acción es el ángulo de dos pasos (indicado en ambos engranajes). El diente simple del impulsor engrana con cada espacio del seguidor para producir el movimiento requerido de una novena vuelta del seguidor. Durante el resto de una vuelta del conductor, el seguidor se bloquea contra la rotación de la manera mostrada en la figura.

Para variar los movimientos relativos del conductor y del seguidor, los dientes de la malla pueden ser dispuestos de varias maneras para adaptarse a las necesidades. Por ejemplo, el conductor puede tener más de un diente, y los períodos de descanso del seguidor pueden ser uniformes o pueden variar considerablemente. Los mecanismos de conteo suelen estar equipados con engranajes de este tipo.

8.4 La rueda de Ginebra

Un ejemplo interesante de engranaje intermitente es la rueda de Ginebra que se muestra en la figura 8-4. En este caso, la rueda conducida, B, hace un cuarto de vuelta por una vuelta del conductor, A, el pasador, a, trabajando en las ranuras, b, causando el movimiento de B. La parte circular del conductor, entrando en contacto con las partes circulares huecas correspondientes de la rueda conducida, la mantiene en posición cuando el pasador o diente a está fuera de acción. La rueda A se corta cerca de la clavija a como se muestra, para proporcionar espacio para la rueda B en su movimiento.

Figura 8-4 Rueda de Ginebra

Si una de las ranuras está cerrada, A sólo puede moverse a través de una parte de la revolución en cualquier dirección antes de que la clavija a golpee la ranura cerrada y por lo tanto detenga el movimiento. El dispositivo en esta forma modificada se utilizó en relojes, cajas de música, etc., para evitar el rebobinado. De esta aplicación recibió el nombre de Genevastop. Dispuesto como tope, la rueda A está fijada al eje del muelle, y B gira sobre el eje del barril del muelle. El número de ranuras o unidades de intervalo en B depende del número de vueltas deseado para el eje del muelle.

Un ejemplo de este mecanismo se ha realizado en SimDesign, como en la siguiente imagen.

El archivo de datos correspondiente de SimDesign es:

/afs/andrew.cmu.edu/cit/ce/rapidproto/simdesign/geneva.sim

8.5 La junta universal

El motor de un automóvil suele estar situado en la parte delantera. ¿Cómo se conecta al eje trasero del automóvil? En este caso, se utilizan juntas universales para transmitir el movimiento.

Figura 8-5 Junta universal

La junta universal que se muestra en la figura 8-5 también se conoce en la literatura más antigua como acoplamiento de Hooke. Independientemente de cómo se construye o proporcionado, para el uso práctico tiene esencialmente la forma mostrada en la figura 8-6, que consiste en dos horquillas semicirculares 2 y 4, pin-unida a una cruz de ángulo recto 3.

Figura 8-6 Forma general de una junta universal

El conductor 2 y el seguidor 4 hacen la revolución completa al mismo tiempo, pero la relación de velocidad no es constante durante toda la revolución. El siguiente análisis mostrará cómo se puede obtener información completa sobre los movimientos relativos del conductor y el seguidor para cualquier fase del movimiento.

8.5.1 Análisis de una junta universal

Figura 8-7 Análisis de una junta universal

Si el plano de proyección se toma perpendicular al eje de 2, la trayectoria de a y b será un círculo AKBL como se muestra en la figura 8-7.

Si el ángulo entre los ejes es , la trayectoria de c yd será un círculo que se proyecta como la elipseACBD, en la que

OC = OD = OKcos =OAcos
(8-1)

Si uno de los brazos del conductor está en A, un brazo delseguidor estará en C. Si el brazo del conductor se mueve a través del ángulo hasta P, el brazo del seguidor se moverá hasta Q. OQ será perpendicular a OP; por tanto: ángulo COQ = . Pero el ángulo COQ es laproyección del ángulo real que describe el seguidor. Qn es la componente real del movimiento del seguidor en dirección paralela a AB, y la línea AB es la intersección de los planos del conductor y del seguidor. El ángulo real descrito por el seguidor, mientras que el conductor describe el ángulo , se puede encontrar girandoOQ sobre AB como un eje en el plano del círculoAKBL. Entonces OR = la longitud verdadera de OQ, yROK = = el ángulo verdadero que se proyecta como ángulo COQ = .

Ahora

tan= Rm/Om

y

tan= Qn/On

Pero

Qn = Rm

Por lo tanto

Por tanto

tan=costan

La relación entre el movimiento angular del seguidor y el del conductor se encuentra como seguidor, diferenciando la ecuación anterior, recordando que es constante

Eliminando:

Del mismo modo, se puede eliminar :

De acuerdo con las ecuaciones anteriores, cuando el conductor tiene una velocidad uniformemente angular, la relación de velocidades angulares varía entre los extremos de cos y1/cos. Estas variaciones de velocidad dan lugar a fuerzas de inercia, pares, ruidos y vibraciones que no estarían presentes si la relación de velocidades fuera constante.

8.5.2 Junta universal doble

Utilizando una junta doble como la que se muestra a la derecha en la figura 8-7, se puede evitar por completo la variación del movimiento angular entre el conductor y el seguidor. Esta disposición compensatoria consiste en colocar un eje intermedio 3 entre el eje conductor y el eje seguidor. Las dos horquillas de este eje intermedio deben estar en el mismo plano, y el ángulo entre el primer eje y el eje intermedio debe ser exactamente el mismo que entre el eje intermedio y el último eje. Si el primer eje gira uniformemente, el movimiento angular del eje intermedio variará según el resultado deducido anteriormente. Esta variación es exactamente la misma que si el último eje gira uniformemente, impulsando al eje intermedio. Por lo tanto, el movimiento variable transmitido al eje intermedio por la rotación uniforme del primer eje se compensa exactamente por el movimiento transmitido del intermedio al último eje, el movimiento uniforme de cualquiera de estos ejes impartirá, a través del eje intermedio, un movimiento uniforme al otro.

Las juntas universales, especialmente en pares, se utilizan en muchas máquinas. Una aplicación común es en el eje de transmisión que conecta el motor de un automóvil al eje.

Tabla de contenidos

Tabla de contenidos completa1 Principios físicos2 Mecanismos y máquinas simples3 Más sobre máquinas y mecanismos4 Cinemática básica de cuerpos rígidos limitados5 Articulaciones planas6 Levas7 Engranajes8 Otros mecanismos8.1 Mecanismos de trinquete 8.2 Embrague por adelantado 8.3 Engranaje intermitente 8.4 La rueda de Ginebra 8.5 La junta universal 8.5.1 Análisis de una junta universal 8.5.2 Junta universal doble ÍndiceReferencias

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