Diseño de maquinaria : una introducción a la síntesis y al análisis de mecanismos y máquinas / Robert L. Norton.

Incluye diskette, nº inv. RE0260

CONTENIDO
PARTE I. CINEMATICA DE MECANISMOS 1
1. INTRODUCCION 3
Objetivo 3
Cinemática y cinética 3
Mecanismos y máquinas 4
Breve historia de la cinemática 5
El proceso de diseño 7
Diseño, invención y creatividad 7
Identificación de la necesidad 8
Investigación de fondo 9
Planteamiento de la meta 9
Especificaciones de tarea 10
Ideación e invención 11
Análisis 12
Selección 12
Diseño detallado 13
Elaboración de prototipos y pruebas 14
Producción 14
Soluciones múltiples 15
Factores humanos en la ingeniería 16
El reporte de ingeniería 16
Unidades de medida 17
Lo que viene 21
2. FUNDAMENTOS DE CINEMATICA 23
Grados de libertad (GDL) 23
Tipos de movimiento 25
Eslabones, juntas y cadenas cinemáticas 26
Determinación del grado de libertad 30
Mecanismos y estructuras 34
Síntesis numérica 35
Paradojas 39
Isómeros 40
Transformación de eslabonamientos 42
Movimiento intermitente 45
Inversión 47
La condición de Grashof 44
Eslabonamientos de más de cuatro barras 54
Los resortes como eslabones 54
Consideraciones prácticas 56
3. SINTESIS GRAFICA DE ESLABONAMIENTOS 66
Síntesis 66
Generación de función, trayectoria y movimiento 69
Condiciones límite 71
Síntesis dimensional 74
Síntesis de dos posiciones 74
Síntesis de tres posiciones con pivotes móviles especificados 79
Síntesis de tres posiciones con pivotes móviles alternos 82
Síntesis de tres posiciones con pivotes fijos especificados 84
Síntesis posicional para más de tres posiciones 89
Mecanismos de retorno rápido 89
Eslabonamiento de retorno rápido de cuatro eslabones 90
Eslabonamiento de retorno rápido de seis eslabones 92
Curvas de acoplador 95
Cognados 103
Mecanismos para movimiento rectilíneo 107
Mecanismos con detenimiento (o paro) 108
Eslabonamientos con un solo paro 110
Eslabonamientos con doble paro o detenimiento 112
4. ANALISIS DE POSICIONES 121
Sistemas coordenados 123
Posición y desplazamiento 124
Posición 124
Desplazamiento 124
Traslación, rotación y movimiento complejo 126
Traslación 126
Rotación 127
Movimiento complejo 128
Teoremas 128
Los números complejos como vectores 129
Análisis de posición en eslabonamientos 131
Análisis gráfico 131
La ecuación de lazo vectorial para un eslabonamiento de cuatro barras 131
La solución de posición en el eslabonamiento de cuatro barras de manivela-corredera 137
Una solución de posición con manivela-corredera Invertida 139
Eslabonamientos con más de cuatro barras 141
El eslabonamiento de cinco barras con engrane 141
Eslabonamiento de seis barras 144
Posición de un punto cualquiera en un eslabonamiento 145
Angulos de transmisión 147
Valores extremos del ángulo de transmisión 148
Posiciones de agarrotamiento 149
5. SINTESIS DE ESLABONAMIENTOS 157
Tipos de síntesis cinemática 157
Puntos o posiciones de precisión 158
Generación de movimiento de dos posiciones por síntesis analítica 159
Comparación de síntesis biposicional analítica y gráfica 166
Solución por ecuaciones simultáneas 169
El programa 173
Generación de movimiento de tres posiciones por síntesis analítica 174
Comparación de las síntesis analítica y gráfica para tres posiciones 180
Síntesis para una localización específica de pivote fijo 185
Círculos de punto central y de punto circunferencial 192
Síntesis analítica de cuatro y cinco posiciones 196
Síntesis analítica de un generador de trayectoria con temporización prescrita 197
Síntesis analítica de un generador de función para un eslabonamiento de cuatro barras 198
6. ANALISIS DE VELOCIDAD 206
Definición de velocidad 206
Análisis gráfico de la velocidad 209
Centros instantáneos de velocidad 214
Análisis de velocidad con centros instantáneos 222
Relación de velocidad angular 224
Ventaja mecánica 227
Utilización de los centros instantáneos en el diseño de eslabonamientos 228
Céntrodos (o centródicas) 231
Un eslabonamiento "sin eslabones" 234
Cúspides (o picos) 235
Velocidad de deslizamiento 236
Soluciones analíticas para análisis de velocidad 240
El eslabonamiento articulado de cuatro barras 240
Eslabonamiento de cuatro barras de manivela-corredera 243
Eslabonamiento de cuatro barras de manivela-corredera invertida 245
Análisis de velocidad del eslabonamiento de cinco barras con engranaje 247
Velocidad de un punto cualquiera en un eslabonamiento 248
Referencias 250
Problemas 250
7. ANALISIS DE ACELERACION 258
Definición de aceleración 258
Análisis gráfico de la aceleración 262
Soluciones analíticas para el análisis de aceleración 267
El eslabonamiento de cuatro barras con juntas de pasador 267
El eslabonamiento de cuatro barras de manivela-corredera 270
Aceleración de Coriolis 272
El eslabonamiento de cuatro barras de manivela-corredera 275
Análisis de aceleración del eslabonamiento de cinco barras con engranaje 279
Aceleración de un punto cualquiera en un eslabonamiento 280
Tolerancia humana a la aceleración 283
Rapidez de aceleración (sacudida) 285
Eslabonamientos de N barras 288
8. PROGRAMAS DE COMPUTADORA 294
Operación de un programa 299
Diferencias en el FIVEBAR 317
Datos de entrada del FIVEBAR 318
Otros elementos del menú principal del FIVEBAR 321
Diferencias en el SIXBAR 321
Datos de entrada del SIXBAR 321
Otros elementos del menú principal del SIXBAR 323
Ecuaciones utilizadas en los programas 324
9. DISENO DE LEVAS 327
Terminología de un mecanismo de leva 328
Tipo de movimiento de seguidor 330
Tipo de cierra de junta 331
Tipo de seguidor 332
Tipo de leva 333
Tipo de restricciones de movimiento 334
Tipo de programa de movimiento 334
Los diagramas SVAJ 335
Diseño de una leva con dos detenimientos-selección de las funciones SVAJ 336
Ley fundamental del diseño de levas 340
Movimiento armónico simple (MAS) 341
Desplazamiento cicloidal 344
Funciones combinadas 348
Diseño de una leva con un detenimiento-selección de las funciones SVAJ 362
Funciones polinomiales 367
Aplicaciones de polinomios en el caso de doble detenimiento 367
Aplicaciones de polinomios en el caso de un solo detenimiento 372
Movimiento de ruta crítica (CPM) 375
Polinomios utilizados para el movimiento en trayectoria crítica 377
Funciones de la familia de armónicas de medio periodo 385
Dimensionado de la leva-ángulo de presión y radio de curvatura 390
Ángulo de presión -Seguidores de rodillos 391
Elección de un radio de círculo primario 395
Momento de volteo -Seguidor de cara plana 396
Radio de curvatura -Seguidor de rodillo 397
Radio de curvatura -Seguidor de cara plana 403
Consideraciones para la fabricación de levas 407
Generación geométrica 408
Maquinado manual o NC según coordenadas de levas (corte con empuje) 408
Control numérico continuo con interpolación lineal 409
Control numérico continuo con interpolación circular 412
Duplicación (o reproducción) analógica 413
Funcionamiento real de una leva comparado con el funcionamiento teórico 415
Consideraciones prácticas de diseño 418
¿Un seguidor traslatorio u oscilatorio? 419
¿Cierre de fuerza o de forma? 419
¿Leva radial o axial? 420
¿Seguidor de rodillo o de cara plana? 420
¿Usar detenciones o no? 421
¿Rectificar o no? 421
¿Lubricar o no? 422
El programa DYNACAM 422
10. TRANSMISIONES DE ENGRANES O ENGRANAJES 437
Cilindros rodantes en contacto 438
Ley fundamental del engranaje 440
El perfil de involuta para dientes de engrane 441
Cambio de la distancia entre centros 443
Ángulo de presión 444
Juego 445
Nomenclatura de los engranes 446
Interferencia y rebaje entre dientes 449
Engranes y transmisiones de banda y cadena 450
Engranes rectos, helicoidales y espirales 450
Mecanismos de gusano (o sinfín) 452
Mecanismos de piñón y cremallera 453
Engranes cónicos o hipoidales 453
Engranes no circulares 455
Transmisiones de banda y de cadena 456
Trenes de engranes de tipo simple 458
Trenes de engranes de tipo compuesto 459
Diseño de trenes de tipo compuesto 460
Diseño de trenes de tipo compuesto revertidos 461
Trenes de engranes planetarios (o epicíclicos) 464
El método tabular 467
El método de fórmula 472
Transmisiones especiales 474
PARTE II. DINAMICA DE MAQUINARIA 483
11. PRINCIPIOS DE DINAMICA 485
Leyes de movimiento de Newton 485
Modelos dinámicos 486
Masa 487
Momento estático de masa (primer momento másico) y centro de gravedad 488
Momento de inercia de masa (segundo momento másico) 490
Teorema de los ejes paralelos (o de transferencia) 492
Radio de giro (o de inercia) 493
Centro de percusión 494
Métodos de resolución 496
El principio de d'Alembert 497
Métodos de energía -Trabajo virtual 498
12 ANALISIS DE FUERZAS DINAMICAS 504
Método de solución newtoniana 504
Un solo eslabón en rotación pura 505
Análisis de fuerzas de un eslabonamiento de tres barras de manivela y corredera 509
Análisis de fuerzas de un eslabonamiento de cuatro barras 515
Análisis de fuerzas de un eslabonamiento de manivela-corredera de cuatro barras 522
Análisis de fuerzas de la cadena de manivela-corredera invertida 524
Análisis de fuerzas de eslabonamientos con más de cuatro barras 527
Fuerzas y torque de sacudimiento o trepidación 528
El programa DYNAFOUR 529
Análisis de fuerzas de eslabonamiento por métodos de energía 535
Control del torque de entrada-volantes 537
13. EQUILIBRIO 557
Equilibrio (o balance) estático 558
Equilibrio dinámico 562
Balance estático de un eslabonamiento de cuatro barras 567
Efecto del equilibramiento sobre el torque de entrada 571
Equilibramiento con el programa DYNAFOUR 571
Medición y corrección del desequilibrio 576
14. DINAMICA DE LOS MOTORES DE COMBUSTION INTERNA 581
Diseño del motor 583
Cinemática del mecanismo de manivela-corredera 589
Fuerza y torque debidos a la expansión del gas 597
Masas equivalentes 600
Fuerzas de inercia y de sacudimiento 604
Torques de inercia y de sacudimiento 607
Torque total del motor 609
Volantes (o ruedas volantes) 609
Fuerzas de pasador en un motor de un cilindro 613
Equilibrado del motor de un cilindro 617
Transacciones y relaciones de diseño 621
Relación biela/manivela 622
Relación diámetro/carrera (o calibre/carrera) 622
15. MOTORES MULTICILINDRICOS 628
Diseños de motores multicilíndricos 630
Diagrama de fase de manivela 633
Fuerzas de sacudimiento en los motores con cilindros en línea 636
Torque de inercia en los motores de cilindros en línea 639
Momento no rotatorio de sacudimiento en motores en línea 640
Encendido o ignición uniforme o regular 643
Motor con ciclo de dos tiempos 644
Motor con ciclo de cuatro tiempos 647
Configuraciones de motores en "V" 656
Configuraciones de motor con cilindros opuestos 667
Equilibramiento de motores multicilíndricos 668
16. PROGRAMA ENGINE 677
Ecuaciones utilizadas en el programa 690
Algunas preguntas comunes 691
17. DINAMICA DE LAS LEVAS 693
Modelos dinámicos de parámetros concentrados o agrupados 693
Constante de fuerza de un resorte 695
Amortiguación 695
Sistemas equivalentes 697
Combinación de amortiguadores 700
Combinación de resortes 701
Combinación de masas 701
Relaciones de palanca y de engranaje 702
Análisis dinámico del mecanismo de leva y seguidor con cierre de fuerza 709
Respuesta sin amortiguamiento 709
Respuesta amortiguada 712
Resonancia 719
Análisis dinámico inverso de un mecanismo de leva con cierre de fuerza 722
Análisis dinámico inverso de un mecanismo de leva con cierre de forma 726
Torque del eje de levas 730
Levas polydyne (o polidínicas) 733
Medición de fuerzas dinámicas 737
Consideraciones prácticas 738
18 DISENO DE INGENIERIA 742
18.1 Estudio de un caso de diseño 743
APENDICES 751
A Propiedades de materiales 751
B Propiedades geométricas 753
C Datos de resortes 755
D Atlas de curvas de acoplador para eslabonamientos de cinco barras con engranaje 759
E Respuestas a problemas seleccionados 765
Instrucciones para el uso del disco de programas 777