.,..¡
CONTENIDOPrefaciode la cuarta edición ...................................................Prefaciode la primera edición """"""" '...........
PARTEI CINEMÁTICADEMECANISMOS .
Capítulo1 Introducción........................................1.0 Propósito............................................................1.1 Cinemáticaycinética................................................1.2 Mecanismosymáquinas """"'"
1.3 Unabrevehistoriadelacinemática.....................................1.4 Aplicacionesdelacinemática.........................................1.5 Elproceso de diseño .................................................
Diseño,invención creatividad. ........Identificacióndelanecesidad..........................................Investigaciónpreliminar................................................Planteamientodeobjetivos... ........Especificacionesdedesempeño .......Ideacióneinvención..................................................Análisis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Selección............................................................Diseñodetallado......................................................Creacióndeprototiposypruebas... ......Producción..........................................................
1.6 Otrosenfoquesaldiseño..............................................Diseñoaxiomático....................................................
1.7 Solucionesmúltiples..................................................1.8 Factoreshumanosenlaingeniería......................................1.9 Elreporteeningeniería................................................1.10 Unidades...........................................................1.11 Unestudiodecasodediseño..........................................
Educaciónparalacreatividadeningeniería .1.12 Loqueviene........................................................1.13 Recursosqueacompañaneltexto......................................
Programas...........................................................Videos.................._...........................................
1.14 Referencias.........................................................1.15 Bibliografía..........................................................
Capítulo2 Fundamentos de cinemática ..........................2.0 Introducción........................................................2.1 Gradosdelibertad(gdl)omovilidad '..
2.2 Tiposdemovimiento..................................................2.3 Eslabones,juntasycadenascinemáticas................................2.4 Dibujodediagramascinemáticos......................................2.5 Determinación del grado de libertado movilidad.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Grado de libertad (movilidad) en mecanismos planos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Grado de libertad (movilidad) en mecanismos espaciales. . . . : . . . . . . . . . . . . .
2.6 Mecanismosyestructuras.............................................2.7 Síntesisdenúmero...................................................2.8 Paradojas...........................................................2.9 Isómeros............................................................2.10 Transformacióndeeslabonamientos....................................2.11 Movimientointermitente...............................................2.12 Inversión............................................................2.13 LacondicióndeGrashof..............................................
Clasificación del eslabonamiento de cuatro barras. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
XIXXXI
1
3
334467788899
10111112121313131414151717212122222223
27
2727282932333436363841414546474953
XI
CONTENIDO
2.14 Eslabonamientosdemásdecuatrobarras...............................Eslabonamientosde cinco barrasengranados. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Eslabonamientosdeseisbarras... ...............Criteriosde rotatibilidadtipoGrashofpara eslabonamientos de orden alto. . . . .
2.15 Losresortescomoeslabones...........................................2.16 Mecanismosflexibles.................................................2.17 Sistemas microelectromecánicos (MEMS.por sus siglas en inglés) . . . . . . . . . . . .2.18 Consideraciones prácticas ............................................
Juntas de pasador contracorrederasy semijuntas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .¿Envoladizooendoblevoladizo? .Eslabonescortos......................................................Relacióndeapoyo ,...Correderascomerciales ..............Eslabonamientoscontralevas .................
2.19 Motoresypropulsores.................................................Motoreseléctricos.....................................................Motoresneumáticosehidráulicos. ...Cilindrosneumáticosehidráulicos... ...............Solenoides...........................................................
2.20 Referencias ...............................-..........................2.21 Problemas...........................................................
Capítulo 3 Síntesis gráfica de eslabonamientos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3.0 Introducción ,.........3.1 Síntesis ,....3.2 Generación de función, trayectoria y movimiento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3.3 Condiciones límite ..............3.4 Síntesis dimensional ,......
Síntesis dedos posiciones ...............Síntesis de tres posiciones con pivotes móviles especificados. . . . . . . . . . . . . . . . .Síntesis de tres posiciones con los pivotes móviles alternas . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Síntesis de tres posiciones con pivotes fijosespecificados. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Síntesis de posición para más de tres posiciones. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.5 Mecanismosderetornorápido.........................................Mecanismo de retorno rápido de cuatro barras. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Mecanismoderetornorápidodeseisbarras .
3.6 Curvasdelacoplador ,....3.7 Cognados..........................................................
Movimientoparalelo...................................................Cognados de cinco barras engranados del mecanismo de cuatro barras. . . . .
3.8 Mecanismosdelínearecta ,..Diseño óptimo de mecanismos de cuatro barras de línea recta. . . . . . . . . . . . . .
3.9 Mecanismoscondetenimiento.........................................Mecanismoscondetenimientosimple. ...Mecanismoscondobledetenimiento ............
3.10 Otrosmecanismosútiles...............................................Movimientos del pistón de velocidad constante. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Movimientodebalancínconexcursiónangulargrande .Movimientocircularconcentroremoto .
3.11 Referencias..........................................................3.12 Bibliografía..........................................................3.13 Problemas..........................................................3.14 Proyectos...........................................................
Capítulo4 Análisisdeposición..................................4.0 Introducción........................................................4.1 Sistemas de coordenadas ............4.2 Posiciónydesplazamiento ,....
Posición ,......Transformacióndecoordenadas .Desplazamiento...'...................................................
4.3 Traslación,rotación y movimientocomplejo ,.............
COt.
555556565858606161636464646566667070717172
87
87878990 e93939899
101105105105107110118122124125128131131133134135137137139140141152
155
155156157157157157159
~
CONTENIDO
Traslación 159Rotación 159Movimientocomplejo 160Teoremas 161
4.4 Análisisgráficodelaposicióndemecanismosarticulados : 1614.5 Análisis algebraico de posición de mecanismos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
Representación en configuración de lazo vectorial de mecanismos. . . . , . . . . . . 163Númeroscomplejoscomovectores 164Ecuación de lazo vectorial para un mecanismo de cuatro barras. . . . . . . . . . . . . 165
Solución de posición de un mecanismo de cuatro barras de manivela-corredera 168Solución de posición de un mecanismo de manivela-corredera invertido. . . . . 170Mecanismosdemásdecuatrobarras 172
Mecanismodecincobarrasengranado 172Mecanismosdeseisbarras 174
4.9 Posición de cualquier punto en un mecanismo. . . . . . . . .0.. . . . . . . . . . . . . . . . . 1754.10 Ángulosde transmisión """"""""""""""""""""""'" 176
Valoresextremosdelángulodetransmisión 1774.11 Posicionesdeagarrotamiento 1784.12 Circuitosyramas~nmecanismos 1804.13 Método de solución de Newton-Raphson 180
Determinaciónde una raízunidimensional(método de Newton) . . . . . . . . . . . . . 181Determinaciónde raícesmultidimensionales(método de Newton-Raphson).. . . 182Soluciónde Newton-Raphsonpara el mecanismo de cuatrobarras. . . . . . . . . . . 183Resolvedoresdeecuaciones 184
4.14 Referencias 1844.15 Problemas 185
4.64.74.8
Capítulo 5 Síntesis analítica de mecanismos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.0 Introducción........................................................5.1 Tiposdesíntesiscinemática ,....5.2 Síntesisde dos posiciones para salida de balancín. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.3 Puntosde precisión .............5.4 Generación de movimientode dos posiciones mediante síntesisanalítica. . . . .5.5 Comparación de síntesisanalítica y gráfica de dos posiciones. . . . . . . . . . . . . .5.6 Solucióndeecuacionessimultáneas....................................5.7 Generación de movimiento de tres posiciones mediante síntesisanalítica. . . . .5.8 Comparación de síntesisanalítica y gráfica de tres posiciones. . . . . . . . . . . . . .5.9 Síntesispara la localización de un pivote fijoespecificado. . . . . . . . . . . . . . . . . .5.10 Círculoscon punto en el círculo y punto en el centro. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.11 Síntesisanalítica de cuatro y cinco posiciones. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.12 Síntesisanalítica de un generador de trayectoria con temporización prescrita.5.13 Síntesisanalítica de un generador de función de cuatro barras. . . . . . . . . . . . . .5.14 Otrosmétodos de síntesisde mecanismos ...............................
Métodosde puntos de precisión ........................................Métodosdeecuacióndecurvadelacoplador .Métodosdeoptimización ..............................................
5.15 Referencias .........................................................5.16 Problemas..........................................................
(o
Capítulo6 Análisisdelavelocidad...............................
6.0 Introducción """""','6.1 Definicióndevelocidad...............................................6.2 Análisisgráficodelavelocidad.........................................6.3 Centros instantáneos de velocidad .....................................6.4 Análisisde velocidad con centros instantáneos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Relacióndevelocidadangular ....Ventajamecánica .............Utilizaciónde loscentros instantáneosen el diseño de mecanismos. . . . . . . . . . .
6.5 Centrodas..........................................................Mecanismo"sineslabonesU.............................................Cúspides............................................................
6.6 Velocidad de deslizamiento ...............
197197197198199200205207209213217222224225225228230231232234236
245
245245247251257259260262264266267268
.CONTENIDO
6.7 Soluciones analíticas para el análisis de velocidad. . . . . . . . . . . . . . . . . ... . . . . . .Mecanismo de cuatrobarrascon juntas de pasador. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Manivela-correderadecuatrobarras .Mecanismo de cuatrobarrasmanivela-correderainvertido. . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.8 Análisisde velocidad del mecanismo de cinco barras engranado. . . . . . . . . . .6.9 Velocidad de cualquier punto de un mecanismo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6.10 Referencias .........................................................6.11 Problemas..........................................................
Capítulo7 Análisisdelaaceleración.............................7.0 Introducción ........................................................7.1 Definicióndelaaceleración...........................................7.2 Análisisgráficodelaaceleración.......................................7.3 Soluciones analítieas para el análisis de la aceleración. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Mecanismo de cuatrobarrascon juntas de pasador. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Mecanismo de cuatrobarrasmanivela-corredera.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .AceleracióndeCoriolis................................................Mecanismo de cuatrobarrasmanivela-correderainvertido. . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.4 Análisisde aceleración del mecanismo de ciñco barras engranado. . . . . . . . .7.5 Aceleración de cualquier punto de un mecanismo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7.6 Toleranciahumanaalaaceleración ,........7.7 Sacudimiento.......................................................7.8 Mecanismosdenbarras..............................................7.9 Referencias.........................................................7.10 Problemas..........................................................7.11 Laboratoriovirtual....................................................
Capítulo8 Diseño de levas .....................................8.0 Introducción ........................................................8.1 Terminologíadelevas.................................................
Tipodemovimientodelseguidor.. .......Tipodecierredejunta.................................................Tipodeseguidor......................................................Tipodeleva ;...................Tipode restriccionesde movimiento .....................................Tipode programa de movimiento .......................................
8.2 DiagramasSVAJ.....................................................8.3 Diseño de levas con doble detenimiento: selección de las funciones S VA J . . . .
Leyfundamentaldediseñodelevas .'......................Movimientoarmónicosimple (MAS) """""""""""""""""'"
Desplazamientocicloidal...............................................Funcionescombinadas .FamiliaSCCA de funciones de doble detenimiento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Funcionespolinomiales................................................Aplicaciones de polinomios con doble detenimiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.4 Diseño de una leva con detenimiento simple: selección de las funciones S VA J. Aplicacionesde polinomiosa detenimiento simple. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Efecto de la asimetría en la solución polinomial al caso de subida-bajada. . . . .8.5 Movimiento de trayectoria crítica (CPM) .................................
Polinomios utilizados para movimiento de trayectoria crítica. . . . . . . . . . . . . . . . . .8.6 Dimensionamiento de la leva: ángulo de presión y radio de curvatura. . . . . . . .
Ángulo de presión: seguidores de rodillo trasladantes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Selección del radio de un círculo primario .Momento de volteo: seguidor de cara plana trasladante. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Radio de curvatura: seguidor de rodillotrasladante. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Radio de curvatura: seguidor de cara plana trasladante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.7 Consideraciones prácticas de diseño ,.........¿Seguidortrasladanteuoscilante?......................................¿Con cierre de forma o de fuerza? .¿Levaradialoaxial? """"""'"¿Seguidorderodilloodecaraplana? .¿Con detenimientoosin detenimiento? ..................................
271271273274276277279279
301
301301304308308310312314316317319321323323323342
343
343344344345346347348348349349352353354357361368369372375376380381387388390391392396400400400401401402
.,..
CONTENIDO
¿Rectificaronorectificar?.............................................¿Lubricaronolubricar?...............................................
8.8 Referencias.........................................................8.9 Problemas..........................................................8.10 Laboratoriovirtual....................................................8.11 Proyectos...........................................................
Capítulo9 Trenesde engranes ..................................
9.0 Introducción........................................................9.1 Cilindrosrodantes....................................................
9.2 Leyfundamentaldeengranaje.........................................
Laformadeinvolutaendientesdeengrane .Ángulo depresión ....................................................Cambio de la distancia entre centros ...
Juegoentredientes...................................................
9.3 Nomenclaturadedientedeengrane....................................
9.4 Interferenciaysocavado..............................................
Formasdedientedecabezadesigual.. ......9.5 Relacióndecontacto.................................................
9.6 Tiposdeengranes....................................................
Engranes rectos, helicoidales y de espina de pescado. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Tornillossinffnyengranesdetornillosinffn.................................
Cremalleraypiñón....................................................
Engranescónicosehipoidales.. ...,.. .......Engranesnocirculares.................................................
Transmisionesde banda y cadena ......................................
9.7 Trenesdeengranessimples............................................
9.8 Trenesdeengranescompuestos........................................Diseñodetrenescompuestos... .......
Diseñodetrenescompuestosrevertidos .Un algoritmo para el diseño de trenes de engranes compuestos. ............
9.9 Trenes de engranes epicíclicos o planetarios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Métodotabular.......................................................
Métododelafórmula..................................................
9.10 Eficienciadelostrenesdeengranes.....................................9.11 Transmisiones........................................................
9.12 Diferenciales........................................................
9.13 Referencias .........................................................
9.14 Bibliografía..........................................................9.15 Problemas..........................................................
PARTE11 DINÁMICADEMAQUINARIA..............................
Capítulo 10 Fundamentosdedinámica...........................10.0 Introducción........................................................
10.1 Leyes del movimiento de Newton .......................................10.2 Modelosdinámicos..................................................
10.3 Masa..............................................................
10.4 Momentodemasaycentrodegravedad................................
10.5 Momento de inercia de masa (segundo momento de masa) . . . . . . . . . . . :. . .
10.6 Teorema de ejes paralelos (teorema de transferencia) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.7 Determinacióndelmomento de inerciade masa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Métodosanalíticos ,"......................................Métodosexperimentales...............................................
10.8 Radiodegiro........................................................10.9 Modeladodeeslabonesrotatorios......................................10.10 Centrodepercusión..................................................10.11 Modelos dinámicos con parámetros concentrados. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Constantederesorte..................................................Amortiguamiento.....................................................
413
413413415416417418419420422423423426426427427428429430431432433434437438441446447450454456457457
467
402402403403407408
469
469469470470471473474474475475476476477479480480
~
CONTENIDO COI
10.12 Sistemasequivalentes.................................................
Amortiguadorescombinados .Combinación de resortes ..............................................Combinacióndemasas...............................................Relacionesdepalancayengranes .
10.13 Métodos de solución .................................................10.14 Principioded'Alembert """""""
10.15 Métpdosdeenergía:trabajovirtual.....................................10.16 Referencias """""""""""""""""""""""""""...10.17 Problemas..........................................................
Capítulo 11 Análisis de fuerzas dinámicas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11.0 Introducción........................................................11.1 Métododesoluciónnewtoniano .......................................11.2 Unsoloeslabónenrotaciónpura.......................................11.3 Análisisde fuerzas de un mecanismo articulado de tres barras de
manivela-corredera...................................................11.4 Análisisde fuerzas de un mecanismo de cuatro barras. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11.5 Análisisde fuerzas de un mecanismo de cuatro barras de manivela-corredera11.6 Análisisde fuerzas del mecanismo de manivela-corredera invertido. . . . . . . . . .11.7 Análisisde fuerzas: mecanismos con más de cuatro barras. . . . . . . . . . . . . . . . .11.8 Fuerza y momento de sacudimiento ....................................11.9 Programas FOURBAR,FIVEBAR,SIXBARySUDER"""""""""""""""'"
11.10 Análisis de fuerzas en mecanismos mediante métodos de energía. ..........
11.11 Control del par de torsión de entrada: volantes ...........................11.12 índice de transmisión de fuerza en un mecanismo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11.13 Consideraciones prácticas '.............11.14 Referencias .........................................................11.15 Problemas ..........................................................11.16 Laboratoriovirtual....................................................
11.17 Proyectos...........................................................
Capítulo12 Balanceo .........................................12.0 Introducción........................................................12.1 Balanceoestático....................................................12.2 Balanceodinámico """"""12.3 Balanceosdemecanismosarticulados..................................
Balanceo completo de fuerzas de mecanismos articulados. . . . . . . . . . . . . . . . .12.4 Efecto del balanceo en fuerzas de sacudimiento y fuerzas en pasadores. . . . . .12.5 Efecto del balanceo en el par de torsión de entrada. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12.6 Balanceo del momento de sacudimiento en mecanismos. . . . . . . . . . . . . . . . . .12.7 Mediciónycorreccióndeldesbalanceo """"""
12.8 Referencias..........................................................12.9 Problemas..........................................................12.10 Laboratoriovirtual....................................................
Capítulo13 Dinámica de motores ...............................
13.0 Introducción........................................................
13.1 Diseñodelmotor :.............
13.2 Cinemática del mecanismo de manivela-corredera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13.3 Fuerzasdelgasyparesdetorsióndegas ;.............
13.4 Masasequivalentes..................................................
13.5 Fuerzasdeinerciaydesacudimiento ..:.................................13.6 Paresdetorsióndeinerciaydesacudimiento..., ;..............13.7 Pardetorsióntotaldelmotor...........................................13.8 Volantes """""""
13.9 Fuerzas de pasador en un motor de un cilindro. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13.10 Balanceodelmotordeuncilindro......................................
Efecto del balanceo del cigüeñal en las fuerzas de los pasador es ............
13.11 Cambiosyrelacionesdediseño........................................
482483483484484489490492493494
Cc
499
499499500
502507513515518518519520521527528529529540541
(
543
543543546550551554555556559561562568
569
569569575580582585588589589591597600601
~
CONTENIDO
Relaciónbiela/manivela...............................................
Relacióndiámetrointernodel cilindro/carrera.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Materiales...........................................................
13.12 Bibliografía..........................................................13.13 Problemas..........................................................13.14 Proyectos...........................................................
Capítulo14 Motoresmu!ticilindros.".."..,..,.".."..".".."14.0 Introducción........................................................14.1 Diseñosdemotoresmulticilindros.......................................14.2 Diagramadefasedemanivelas........................................14.3 Fuerzasde sacudimiento en motores en línea. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14.4 Pardetorsióndeinerciaenmotoresenlínea.............................14.5 Momento de sacudimiento en motores en línea. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14.6 Encendidouniforme..................................................
Motorconunciclodedostiempos.. .........Motordecuatrotiempos...............................................
Configuraciones de motores en V ..........Configuraciones de motores opuestas ...........Balanceodemotoresmulticilindros .....................................
Balanceosecundario en motoresde cuatrocilindrosen línea. . . . . . . . . . . . . . . .Motorde dos cilindrosperfectamente balanceado. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
14.10 Referencias .........................................................14.11 Bibliografía..........................................................14.12 Problemas...........................................................
14.13 Proyectos ~.......................
14.714.814.9
Capítulo15 Dinámicadelevas." "..,..,...................
15.0 Introducción........................................................15.1 Análisisde fuerzas dinámicas del sistema leva-seguidor con cierre de fuerza. . .
Respuestanoamortiguada.. ...Respuestaamortiguada...............................................
Resonancia.........................................................Análisisde fuerzas cinetostáticas del sistema seguidor-leva con cierre de fuerzaAnálsisisde fuerzas cinetostáticas del sistema de leva-seguidor con cierredeforma ...........................................................
15.5 Parde torsión cinetostático en un árbol de levas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15.6 Mediciónde fuerzas dinámicas y aceleraciones. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15.7 Consideraciones prácticas ,.....................................15.8 Referencias ":"......................................15.9 Bibliografía..........................................................15.10 Problemas..........................................................15.11 Laboratoriovirtual....................................................
15.2
15.3
15.4
Apéndice A Programas de computadora. . . . . . . . . . . . . . . . . , . . . . . . . .
ApéndiceB Propiedadesdemateriales...........................
ApéndiceC Propiedadesgeométricas............................
Apéndice D Características de resortes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ~ .
ApéndiceE Atlasdecurvasdeacoplador.........................
Apéndice F Respuestas de problemas seleccionados. . . . . . . . . . . . . . .
Apéndice G Ecuaciones para motores multicilindrossubbalanceadososobrebalanceados ...........................................
índicetemático................................................
CatálogodeIDVD., , ,..........
609
609609612616617618620621622630638638642644644645645647
649
649649650652658660
601601602602603607
663666670672672672673676
677
679
683
685
689
691
705
709
722