DISENO DE MAQUINARIA SINTESIS Y ANALISIS

CONTENIDO Prefacio de la quinta edición XVII Prefacio de la primera edición XIX PARTE I CINEMÁTICA DE MECANISMOS 1 Capítulo 1 Introducción 3 1.0 Propósito 3 1.1 CINEMÁTICA y cinética 3 1.2 Mecanismos y maquinas 4 1.3 Una breve historia de la CINEMÁTICA 4 1.4 Aplicaciones de la CINEMÁTICA 5 1.5 El proceso de diseño 6 Diseño, invención, creatividad 6 Identificación de la necesidad 7 Investigación preliminar 7 Planteamiento de objetivos 8 Especificaciones de desempeño 8 Generación de ideas e invención 9 Análisis 10 Selección 10 Diseño detallado 11 Creación de prototipos y pruebas 11 Producción 11 1.6 Otros enfoques al diseño 12 ¦ Diseño axiomático 12 1.7 Soluciónes múltiples 13 1.8 Factores humanos en la ingeniería 13 1.9 El reporte en ingeniería 13 1.10 Unidades 14 1.11 Un estudio de caso de diseño 16 Educación para la creatividad en ingeniería 16 1.12 Lo que viene 20 1.13 Recursos que acompañan el texto 20 Programas 20 Videos 20 1.14 Referencias 21 1.15 Bibliografía 21 Capítulo 2 Fundamentos de CINEMÁTICA 24 2.0 Introducción 24 2.1 Grados de libertad (gdl) o movilidad 24 2.2 Tipos de movimiento 25 2.3 Eslabones, juntas y cadenas CINEMÁTICAS 25 2.4 Dibujo de diagramascinemáticos 28 2.5 Determinación del grado de libertad o movilidad 29 Grado de libertad (movilidad) en mecanismos pianos 30 Grado de libertad (movilidad) en mecanismos espaciales 31 2.6 Mecanismos y estructuras 31 2.7 Síntesis de número 32 2.8 Paradojas 34 2.9 Isómeros 35 2.10 Transformación de eslabonamientos 36 2.11 Movimiento intermitente 39 2.12 Inversión 39 2.13 La condición de Grashof 41 Clasificación del eslabonamiento de cuatro barras 44 2.14 Eslabonamientos de más de cuatro barras 45 Eslabonamientos de cinco barras engranados 45 Eslabonamientos de seis barras 46 Criterios de rotatibilidad tipo Grashof para eslabonamientos de orden alto 46 2.15 Los resortes como eslabones 47 2.16 Mecanismos flexibles 48 2.17 Sistemásmicroelectromecanicos (MEMS, por sus siglas en ingles) 49 2.18 Consideraciones practicas 50 Juntas de pasador contra correderas y semijuntas 50 ¿En voladizo o en doble voladizo? 52 Eslabones cortos 52 Relación de apoyo 53 Correderas comerciales 53 Eslabonamientos contra levas 53 2.19 Motores y propulsores 54 Motores eléctricos 54 Motores neumáticos e hidráulicos 58 Cilindros neumáticos e hidráulicos 58 Solenoides 59 2.20 Referencias 59 2.21 Problemas 59 Capítulo 3 Síntesis grafica de eslabonamientos 69 3.0 Introducción 69 3.1 Síntesis 69 3.2 Generación de función, trayectoria y movimiento 71 3.3 Condiciones Límite 72 3.4 Síntesis dimensional 74 Síntesis de dos posiciones 74 Síntesis de tres posiciones con pivotes móviles especificados 77 Síntesis de tres posiciones con los pivotes móviles alternos 78 Síntesis de tres posiciones con pivotes fijos especificados 79 Síntesis de posición para más de tres posiciones 82 3.5 Mecanismos de retorno rápido 82 Mecanismo de retorno rápido de cuatro barras 82 Mecanismo de retorno rápido de seis barras 83 3.6 Curvas del acoplador 85 3.7 Cognados 92 Movimiento paralelo 94 Cognados de cinco barras engranados del mecanismo de cuatro barras 95 3.8 Mecanismos de Línea recta 97 Diseño óptimo de mecanismos de cuatro barras de Línea recta 99 3.9 Mecanismos con detenimiento 102 Mecanismos con detenimiento simple 103 Mecanismos con doble detenimiento 104 3.10 Otros mecanismos útiles 105 Movimientos del pistón de velocidad constante 105 Movimiento de balancín con excursión angular grande 106 Movimiento circular con centro remoto 108 3.11 Referencias 108 3.12 Bibliografía 109 3.13 Problemas HO 3.14 Proyectos 117 Capítulo 4 Análisis de posición 121 4.0 Introducción 121 4.1 Sistemas de coordenadas 122 4.2 Posición y desplazamiento 123 Posición 123 Transformación de coordenadas 123 Desplazamiento 123 4.3 Traslación, rotación y movimiento complejo 124 Traslación 125 Rotación 125 Movimiento complejo 125 Teoremas 125 4.4 Análisis grafico de la posición de mecanismos articulados 126 4.5 Análisis algebraico de posición de mecanismos 126 Representación en configuración de lazo vectorial de mecanismos 127 Números complejos como vectores 127 Ecuación de lazo vectorial para un mecanismo de cuatro barras 128 4.6 Solución de posición de un mecanismo de cuatro barras de manivela-corredera 132 4.7 Solución de posición de un eslabonamiento de cuatro barras corredera-maniveia 134 4.8 Solución de posición de un mecanismo de manivela-corredera invertido 136 4.9 Eslabonamientos de más de cuatro barras 138 Eslabonamiento de cinco barras engranado 138 Eslabonamientos de seis barras 140 4.10 Posición de cualquier punto en un eslabonamiento 141 4.11 Ángulos de transmisión 142 Valores extremos del ángulo de transmisión 142 4.12 Posiciones Límite de cambio 143 4.13 Circuitos y ramas en mecanismos 144 4.14 Método de Solución de Newton-Raphson 145 Determinación de una raíz unidimensional (Método de Newton) 146 Determinación de raíces multidimensional (Método de Newton-Raphson). ... 147 Solución de Newton-Raphson para el mecanismo de cuatro barras 148 Herramientas para la solución de ecuaciones 148 4.15 Referencias 149 4.16 Problemas 149 Capítulo 5 Síntesis analítica de mecanismos 158 5.0 Introducción 158 5.1 Tipos de Síntesis CINEMÁTICA 158 5.2 Síntesis de dos posiciones para salida de balancín 159 5.3 Puntos de precisión 160 5.4 Generación de movimiento de dos posiciones mediante Síntesis analítica 160 5.5 Comparación de Síntesis analítica y grafica de dos posiciones 164 5.6 Solución de ecuaciones simultaneas 165 5.7 Generación de movimiento de tres posiciones mediante Síntesis analítica 167 5.8 Comparación de Síntesis analítica y grafica de tres posiciones 170 5.9 Síntesis para la localización de un pivote fijo especificado 173 5.10 Círculos con punto en el círculo y punto en el centro 176 5.11 Síntesis analítica de cuatro y cinco posiciones 177 5.12 Síntesis analítica de un generador de trayectoria con temporización prescrita 178 5.13 Síntesis analítica de un generador de función de cuatro barras 178 5.14 Otros Métodos de Síntesis de mecanismos 180 Métodos de puntos de precisión 182 Métodos de ecuación de curva del acoplador 183 Métodos de optimización 183 5.15 Referencias 186 5.16 Problemas 187 Capítulo 6 Análisis de la velocidad 193 6.0 Introducción 193 6.1 Definición de velocidad 193 6.2 Análisis gráfico de la velocidad 195 6.3 Centros instantáneos de velocidad 198 6.4 Análisis de velocidad con centros instantáneos 202 Relación de velocidad angular. 203 Ventaja mecánica 204 Utilización de los centros instantáneos en el Diseño de mecanismos 205 6.5 Centro das 206 Mecanismo "sin eslabones" 208 Cúspides 208 6.6 Velocidad de deslizamiento 209 6.7 Soluciones analíticas para el Análisis de velocidad 211 Mecanismo de cuatro barras conjuntas de pasador 211 Manivela-corredera de cuatro barras 213 Mecanismo corredera-manivela de cuatro barras 215 Mecanismo de cuatro barras manivela-corredera invertido 216 6.8 Análisis de velocidad del mecanismo de cinco barras engranado 217 6.9 Velocidad de cualquier punto de un mecanismo 218 6.10 Referencias 219 6.11 Problemas 219 Capítulo 7 Análisis de la aceleración 233 7.0 Introducción 233 7.1 Definición de la aceleración 233 7.2 Análisis grafico de la aceleración 235 7.3 Soluciones analíticas para el Análisis de la aceleración 238 Mecanismo de cuatro barras con juntas de pasador 238 Mecanismo de cuatro barras manivela-corredera 241 Mecanismo corredera-manivela de cuatro barras 243 Aceleración de Coriolis 245 Mecanismo de cuatro barras manivela-corredera invertido 246 7.4 Análisis de aceleración del mecanismo de cinco barras engranado 249 7.5 Aceleración de cualquier punto de un mecanismo 250 7.6 Tolerancia humana a la aceleración 251 7.7 Sacudimiento 253 7.8 Mecanismos de N barras 255 7.9 Referencias 255 7.10 Problemas 255 7.11 Laboratorio virtual 268 Capítulo 8 Diseño de levas 269 8.0 Introducción 269 8.1 Terminología de levas 269 Tipo de movimiento del seguidor 270 Tipo de cierre de junta 270 Tipo de seguidor 271 Tipo de leva 272 Tipo de restricciones de movimiento 272 Tipo de programa de movimiento 273 8.2 Diagramas SVA J 273 8.3 Diseño de levas con doble detenimiento: selección de las funciones SVA J 274 Ley fundamental de diseño de levas 276 Movimiento armónico simple (MAS) 276 Desplazamiento cicloidal 278 Funciones combinadas 280 Familia SCCA de funciones de doble detenimiento 281 Funciones polinomiales 287 Aplicaciones de polinomios con doble detenimiento 288 8.4 Diseño de una le
va con detenimiento simple: selección de las funciones SVAJ 290 Aplicaciones de polinomios a detenimiento simple 293 Efecto de la asimetría en la solución polinomial al caso de subida-bajada 294 8.5 Movimiento de trayectoria crítica (CPM) 297 Polinomios utilizados para movimiento de trayectoria crítica 297 8.6 Dimensionamiento de la leva: ángulo de presión y radio de curvatura 302 Ángulo de presión: seguidores de rodillo trasladantes 303 Selección del radio de un círculo primario 305 Momento de volteo: seguidor de cara plana trasladante 306 Radio de curvatura: seguidor de rodillo trasladante 306 Radio de curvatura: seguidor de cara plana trasladante 309 8.7 Consideraciones prácticas de diseño 312 ¿Seguidor trasladante u oscilante? 312 ¿Con cierre de forma a de fuerza? 313 ¿Leva radial o axial? 313 ¿Seguidor de rodillo o de cara plana? 313 ¿Con detenimiento o sin detenimiento? 314 ¿Rectificar o no rectificar? 314 ¿Lubricar o no lubricar? 315 8.8 Referencias 315 8.9 Problemas 315 8.10 Laboratorio virtual 320 8.11 Proyectos 320 Capítulo 9 Trenes de engranes 324 9.0 Introducción 324 9.1 Cilindros rodantes 324 9.2 Ley fundamental de engranaje 325 La forma de involuta en dientes de engrane 326 Ángulo de presión 327 Cambio de la distancia entre centros 328 Juego entre dientes 329 9.3 Nomenclatura de diente de engrane 329 9.4 Interferencia y socavado 331 Formas de diente de cabeza desigual 332 9.5 Relación de contacto 332 9.6 Tipos de engranes 335 Engranes rectos, helicoidales y de espina de pescado 335 Tornillos sin fin y engranes de tornillo sin fin 335 Cremallera y piñón 336 Engranes cónicos e hipoidales 337 Engranes no circulares 337 Transmisiones de banda y cadena 338 9.7 Trenes de engranes simples 340 9.8 Trenes de engranes compuestos 340 Diseño de trenes compuestos 341 Diseño de trenes compuestos revertidos 341 Un algoritmo para el diseño de trenes de engranes compuestos 343 9.9 Trenes de engranes epicíclicos o planetarios 346 Método tabular 348 Método de la fórmula 351 9.10 Eficiencia de los trenes de engranes 352 9.11 Transmisiones 354 9.12 Diferenciales 358 9.13 Referencias 360 9.14 Bibliografia 360 9.15 Problemas 360 PARTE II DINÁMICA DE MAQUINARIA 369 Capítulo 10 Fundamentos de dinámica 371 10.0 Introducción 371 10.1 Leyes del movimiento de Newton 371 10.2 Modelos dinámicos 372 10.3 Masa 372 10.4 Momento de masa y centra de gravedad 373 10.5 Momento de inercia de masa (segundo momento de masa) 374 10.6 Teorema de ejes paralelos (teorema de transferencia) 375 10.7 Determinación del momento de inercia de masa 376 Métodos analíticos 376 Métodos experimentales 376 10.8 Radio de giro 377 10.9 Modelado de eslabones rotatorios 377 10.10 Centro de percusión 378 10.11 Modelos dinámicos con parámetros concentrados 380 Constante de resorte 380 Amortiguamiento 380 10.12 Sistemas equivalentes 382 Amortiguadores combinados 383 Combinación de resortes 384 Combinación de masas 384 Relaciones de palanca y engranes 384 10.13 Métodos de Solución 389 10.14 Principio de d'Alembert 390 10.15 Métodos de energía: trabajo virtual 391 10.16 Referencias 392 10.17 Problemas 393 Capítulo 11 Análisis de fuerzas dinámicas 398 11.0 Introducción 398 11.1 Método de Solución newtoniano 398 11.2 Un solo eslabón en rotación pura 399 11.3 Análisis de fuerzas de un mecanismo articulado de tres barras de manivela-corredera 401 11.4 Análisis de fuerzas de un mecanismo de cuatro barras 405 11.5 Análisis de fuerzas de un mecanismo de cuatro barras de manivela-corredera 410 11.6 Análisis de fuerzas del mecanismo de manivela-corredera invertido 412 11.7 Análisis de fuerzas: mecanismos con más de cuatro barras 414 11.8 Fuerza y momento de sacudimiento 415 11.9 Programa Linkages 415 11.10 Análisis de fuerzas en mecanismos mediante Métodos de energía 416 11.11 Control del par de torsión de entrada: volantes 418 11.12 Índice de transmisión de fuerza en un mecanismo 423 11.13 Consideraciones practicas 424 11.14 Referencias 425 11.15 Problemas 425 11.16 Laboratorio virtual 435 11.17 Proyectos 435 Capítulo 12 Balanceo 438 12.0 Introducción 438 12.1 Balanceo estático 438 12.2 Balanceo dinámico 441 12.3 Balanceos de mecanismos articulados 444 Balanceo completo de fuerzas de mecanismos articulados 445 12.4 Efecto del balanceo en fuerzas de sacudimiento y fuerzas en pasadores 447 12.5 Efecto del balanceo en el par de torsión de entrada 449 12.6 Balanceo del momento de sacudimiento en mecanismos 450 12.7 Medición y corrección del desbalanceo 452 12.8 Referencias 454 12.9 Problemas 455 12.10 Laboratorio virtual 460 Capítulo 13 Dinámica de motores 461 13.0 Introducción 461 13.1 Diseño del motor 461 13.2 CINEMÁTICA del mecanismo de manivela-corredera 466 13.3 Fuerzas del gas y pares de torsión de gas 470 13.4 Masas equivalentes 472 13.5 Fuerzas de inercia y de sacudimiento 475 13.6 Pares de torsión de inercia y de sacudimiento 477 13.7 Par de torsión total del motor 479 13.8 Volantes 479 13.9 Fuerzas de pasador en un motor de un cilindro 480 13.10 Balanceo del motor de un cilindro 485 Efecto del balanceo del cigüeñal en las fuerzas de los pasadores 487 13.11 Cambios y relaciones de diseño 488 Relación biela/manivela 488 Relación diámetro inferno del cilindro/carrera 488 Materiales 489 13.12 Bibliografía 489 13.13 Problemas 489 13.14 Proyectos 493 Capítulo 14 Motores multicilindros 494 14.0 Introducción 494 14.1 Diseños de motores multicilindros 494 14.2 Diagrama de fase de manivelas 496 14.3 Fuerzas de sacudimiento en motores en línea 500 14.4 Par de torsión de inercia en motores en línea 501 14.5 Momento de sacudimiento en motores en línea 502 14.6 Encendido uniforme 503 Motor con un ciclo de dos tiempos 504 Motor de cuatro tiempos 506 14.7 Configuraciones de motores en V 510 14.8 Configuraciones de motores opuestas 517 14.9 Balanceo de motores multicilindros 517 Balanceo secundario en motores de cuatro cilindros en Línea 521 Motor de dos cilindros perfectamente balanceado 523 14.10 Referencias 523 14.11 Bibliografía 523 14.12 Problemas 524 14.13 Proyectos 525 Capítulo 15 Dinámica de levas 527 15.0 Introducción 527 15.1 Análisis de fuerzas dinámicas del sistema leva-seguidor con cierre de fuerza. . . 528 Respuesta no amortiguada 528 Respuesta amortiguada 529 15.2 Resonancia 534 15.3 Análisis de fuerzas cinetostáticas del sistema seguidor-leva con cierre de fuerza 535 15.4 Análisis de fuerzas cinetostáticas del sistema de leva-seguidor con cierre de forma 538 15.5 Par de torsión cinetostático en un árbol de levas 541 15.6 Medición de fuerzas dinámicas y aceleraciones 543 15.7 Consideraciones practicas 544 15.8 Referencias 545 15.9 Bibliografía 545 15.10 Problemas 545 15.11 Laboratorio virtual 548 Capítulo 16 Mecanismos impulsados por leva y servomecanismos 549 16.0 Introducción 549 16.1 Servomotores 550 16.2 Control de servomovimiento 550 Funciones de servomovimiento 550 16.3 Mecanismos impulsados por leva 551 16.4 Mecanismos servoaccionados 558 16.5 Otros mecanismos 562 16.6 Mecanismos impulsados por levas contra servoconducidos 562 Flexibilidad 562 Costo 562 Confiabilidad 562 Complejidad 563 Robustez 563 Empaque 563 Capacidad de cargo 563 16.7 Referencias 564 16.8 Bibliografía 564 16.9 Problemas 564 Apéndices 566 A Programas de computadora 566 B Propiedades de materiales 568 C Propiedades geométricas 571 D Características de resortes 573 E Atlas de curvas de acoplador 577 F Respuestas de problemas seleccionados 578 G Ecuaciones para motores multicilíndricos Sub balanceados o sobrebalanceados 589 Índice analítico 591 Catálogo del DVD 599