Programa - Ingeniería Mecánica Aplicada y Computacional

Transcripción

Departamento de Ingeniería
Mecánica,
Energética y de Materiales
Mekanika, Energetika eta Materialen
Ingeniaritza Saila
Universidad Pública
de Navarra
Nafarroako
Unibertsitate Publikoa
TEORÍA DE MÁQUINAS - (35303)
Asignatura Troncal de 3º de I.I. - 6 créditos
(3 Teoría y 3 Prácticas)
Descriptores: Cinemática y Dinámica de Mecanismos y Máquinas.
Página WEB: www.imac.unavarra.es
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA, ENERGÉTICA Y DE MATERIALES
EQUIPO DOCENTE: JESÚS Mª PINTOR, JOSÉ M. JIMÉNEZ, EDUARDO AZANZA, ENNEKO
GAMBOA, XABIER IRIARTE, JORGE BIERA
CURSO: 2008-2009
PRERREQUISITOS
Ninguno. Es conveniente tener aprobadas la mayor parte de las asignaturas
troncales y obligatorias de primer y segundo curso; especialmente las
asignaturas de Matemáticas (Fundamentos Matemáticos I - II y Ampliación
de Matemáticas) y de Mecánica.
OBJETIVOS




Conseguir que el estudiante alcance los conocimientos mínimos para
poder abordar el problema cinemático de un mecanismo plano desde la
perspectiva tanto del análisis como de la síntesis.
Introducir al estudiante en el campo del análisis cinemático
computacional.
Conseguir que el estudiante alcance los conocimientos mínimos para
poder abordar el problema dinámico, directo e inverso, de un
mecanismo plano desde la perspectiva del análisis.
Introducir al estudiante en la cinemática y dinámica de levas,
engranajes y trenes de engranajes.
METODOLOGÍA
DOCENCIA EN AULA:
La asignatura es cuatrimestral, impartiéndose cuatro horas semanales de
clase magistral en el aula asignada. La clase magistral incluirá tanto los
TM-programa08-09.doc
Campus de Arrosadía
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31006 Pamplona Iruñea
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contenidos teóricos del temario, como clases prácticas de resolución en la
pizarra de problemas asociados a la teoría que se esté explicando.
La impartición de la docencia teórica se apoyará con el uso de
transparencias y de simulaciones con ordenador. La docencia práctica de
problemas en la pizarra se desarrollará con la colaboración-participación de
los estudiantes presentes en el aula a la hora de la resolución de los citados
problemas. Los estudiantes dispondrán, semanalmente, de la oferta de una
colección de problemas, de resolución voluntaria, a entregar en el plazo de
quince días con el compromiso, por parte del profesor, de su devolución con
las correcciones oportunas.
DOCENCIA EN LABORATORIO:
La docencia práctica de problemas se complementará con la realización,
fuera de horario, de prácticas de laboratorio. Las prácticas se llevarán a
cabo en grupos reducidos de diez estudiantes. Las mismas se desarrollarán
en:
 el Laboratorio de Ingeniería Mecánica y de Mecanismos (tres
prácticas de una hora de duración dedicadas, respectivamente, al
estudio de mecanismos planos, levas y engranajes)
 el Aula Informática del Departamento de Ingeniería Mecánica,
Energética y de Materiales (cinco prácticas de dos horas de duración
dedicadas a la simulación de mecanismos planos con Design View,
introducción a Matlab, simulación de mecanismos planos con Matlab y
estudio de singularidades con Matlab).
Para aprobar la asignatura es necesario (pero no suficiente) asistir a las
prácticas. Existe la posibilidad de permutar, justificadamente, con otro
estudiante la realización de la práctica, avisando con antelación a los
profesores de la asignatura. Si el cambio se realiza sin previo aviso se
considerará esa práctica como no realizada.
 Los repetidores que hayan aprobado las prácticas no tienen la
obligación de volverlas a realizar. La decisión se debe comunicar a
cualquiera de los profesores de la asignatura y además deberá figurar
en la ficha del alumno cuando la rellene.
 Listas de Grupos de Prácticas:
+ Serán expuestas en el tablón de clase el 8 de octubre.
+ Para constar en las listas se debe haber entregado la ficha de la
asignatura al profesor, ANTES DEL 5 DE OCTUBRE.
 Guiones de Prácticas:
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de Navarra
Nafarroako
-
Con cada práctica se entregará un guión de la misma, con una breve
introducción teórica, una descripción del desarrollo de la práctica y,
cuando haya lugar, los datos que hayan de obtenerse.
Plazo de entrega :
+ Prácticas realizadas en el laboratorio: Se presentarán, al final de
cada sesión, las tablas correspondientes a la realización de la
práctica debidamente cumplimentadas.
+ Prácticas realizadas con el software Design view: Hoja impresa de
los resultados obtenidos y problemas resueltos con escuadra y
cartabón.
+ Prácticas realizadas con Matlab: No se exige la entrega de
resultados.
1.2
1.3
1.4
1.5
La Teoría de Máquinas. Concepto y Objetivos.
Análisis y Síntesis.
Programa de la asignatura.
Metodología docente.
2.
ANÁLISIS
2.1
Definiciones: máquina, mecanismo, eslabón, par cinemático, cadena
cinemática
Clasificación de los elementos de un mecanismo.
Clasificación de los pares cinemáticos.
Movilidad de un mecanismo. Criterio de Grübler.
Inversión de una cadena cinemática.
El cuadrilátero articulado. Leyes de Grashof.
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
EVALUACIÓN
Habrá un único EXAMEN FINAL EN ENERO-FEBRERO. Constará de dos partes, teoría (4
puntos) y problemas (6 puntos). Para OBTENER EL APROBADO en la asignatura será
necesario:
- una puntuación de 5.0 en la suma de ambas partes.
- no haber puntuado con 0 puntos en alguno de los problemas.
El examen de Septiembre será de similares características.
PROGRAMA
DE
TEORÍA
0.
PRESENTACIÓN
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
Definición en el Plan de Estudios de Ingeniería Industrial.
Profesores.
Programa de Teoría.
Programa de Pácticas de Laboratorio/Computador.
Bibliografía recomendada.
Cuestiones prácticas para el desarrollo del curso.
1.
INTRODUCCIÓN
1.1
Introducción histórica.
DE LA
A LA
ASIGNATURA
TEORÍA
DE
Y
SÍNTESIS ESTRUCTURAL. CONCEPTOS GENERALES
Unidad Temática 2 – La Cinemática de Mecanismos
PLanos
3.
ANÁLISIS CINEMÁTICO
3.1
3.2
Cinemática del punto.
Cinemática del sólido indeformable.
3.2.1 Movimiento de arrastre y relativo.
Particularización al caso del movimiento plano.
3.3.1 Campo de velocs. y aceleraciones del sólido indeformable:
cálculo gráfico.
3.3.2 Centro instantáneo de rotación. Teorema de los tres centros.
Cálculo de velocidades y aceleraciones en mecanismos articulados
planos (probls).
3.4.1 Métodos generales para mecanismos simples.
3.4.2 Métodos particulares: método del punto auxiliar y método de
Goodman.
Conceptos básicos del análisis computacional.
3.5.1 Coordenadas dependientes e independientes.
3.5.2 Ecuaciones de restricción.
3.5.3 Coordenadas dependientes: relativas y cartesianas.
3.5.4 Modelización de mecanismos planos y tridimensionales.
3.3
Unidad Temática 1 – Introducción a la Teoría de
Máquinas
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Tfno. 948 16 9651
Fax 948 16 9099
E-mail:
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3.4
3.5
MÁQUINAS
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DE
MECANISMOS PLANOS
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Mecánica,
Ingeniaritza Saila
de Navarra
Nafarroako
3.6
Análisis cinemático computacional.
Problema de posición.
Problema de desplazamientos finitos.
Problema de velocidad.
Problema de aceleración.
5.3
3.6.1
3.6.2
3.6.3
3.6.4
5.4
4.
SÍNTESIS CINEMÁTICA
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
Concepto de Síntesis.
Clases de síntesis: de tipo, de número y dimensional.
Tipos “clásicos” de síntesis dimensional.
Errores en la síntesis.
Métodos grafoanalíticos:
4.5.1 Síntesis del mecanismo biela-manivela.
4.5.2 Síntesis del mecanismo manivela-balancín.
4.5.3 Problemas “clásicos” de síntesis dimensional:
4.5.3.1Generación de función.
4.5.3.1.1 Elección de los puntos de precisión.
Chebychev.
4.5.3.1.2 Síntesis para 3 puntos de precisión. Método
analítico: Ecuación de Freudenstein.
4.5.3.2Guiado de sólido. 2 y 3 posiciones de precisión.
4.5.3.3Generación de trayectoria.
4.5.3.3.1 Generación de trayectoria con 3 puntos de
precisión. Aprovechamiento de la síntesis de
guiado de sólido.
4.5.3.3.2 Mecanismos afines: teorema de RobertsChebychev.
4.5.4 Defectos: defecto de rama, defecto de orden, defecto de
Grashof.
DE
MECANISMOS
Unidad Temática 3 – La Dinámica de Mecanismos
5.
ANÁLISIS DINÁMICO
5.1
5.2
Introducción.
Conceptos básicos. Centro de gravedad. Momentos de inercia.
DE
MECANISMOS
5.5
5.6
5.7
5.8
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Problemas en la dinámica de mecanismos: Problema dinámico
directo e inverso.
Problema estático.
5.4.1 Fuerzas estáticas en mecanismos.
5.4.1.1Fuerzas aplicadas y de restricción.
5.4.1.2Equilibrio del mecanismo. Diagramas de sólido libre.
5.4.1.3Transmisión de esfuerzos en pares inferiores sin
rozamiento.
5.4.2 Equilibrio de elementos.
5.4.2.1Elemento sometido a dos fuerzas, tres fuerzas, dos
pares.
5.4.2.2Elemento sometido a cuatro fuerzas.
Problema dinámico inverso.
5.5.1 Fuerzas de Inercia. Principio de D’Alembert.
5.5.2 Métodos de resolución.
5.5.2.1Método de superposición.
5.5.2.2 Método matricial.
5.5.2.3Método de las Potencias Virtuales.
El fenómeno del rozamiento.
5.6.1 El contacto de dos sólidos: deslizamiento, rodadura.
5.6.2 Coeficiente de fricción y de adherencia.
5.6.3 La fricción en los pares cinemáticos.
Sistemas dinámicamente equivalentes.
5.7.1 Descomposición de un elemento plano en dos masas.
5.7.2 Centro de percusión.
Energía cinética en un mecanismo. Reducción a un punto o a un eje.
5.8.1 Masa reducida a un punto. Fuerza reducida a un punto.
5.8.2 Ecuación general de la dinámica con fuerzas y masas
reducidas.
Unidad Temática 4 – Mecanismos de Contacto Directo
6.
MECANISMOS
6.1
6.2
6.3
Introducción. Función, elementos.
Clasificación.
Análisis y síntesis cinemática de levas.
6.3.1 Diagramas de desplazamiento.
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DE
CONTACTO DIRECTO: LEVAS
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de Navarra
Nafarroako
6.4
7.
6.3.2 Síntesis gráfica de levas de disco.
6.3.3 Análisis cinemático de levas.
6.3.4 Movimientos estándar de las levas.
6.3.5 Socavación.
6.3.6 Angulo de presión.
Análisis dinámico de levas.
6.4.1 Sistemas de levas de sólidos rígidos y elásticos.
6.4.2 Análisis de una leva excéntrica.
6.4.3 Efecto del rozamiento de deslizamiento.
6.4.4 Análisis de una leva de disco con seguidor alternativo de
rodillo.
6.4.5 Desequilibrio, sobretensión del resorte y torsionado.
MECANISMOS
DE
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8.
TRENES
8.1
8.2
8.3
Introducción.
Clasificación.
Trenes ordinarios simples y compuestos.
8.3.1 Relación de transmisión, criterio de signos.
8.3.2 Potencias y pares transmitidos. Rendimiento.
Trenes epicicloidales simples.
8.4.1 Relación de velocidades.
8.4.2 Relación de pares. Rendimiento.
8.4
DE
ENGRANAJES
CONTACTO DIRECTO: ENGRANAJES
7.1 Introducción.
7.2 Función de los engranajes y relación de transmisión.
7.3 Clasificación de los engranajes según el axoide del movimiento.
7.4 Ley general de engrane. Perfiles conjugados.
7.5 Perfiles de los dientes. Perfil de evolvente.
7.6 Engranajes cilíndrico-rectos.
7.6.1 Nomenclatura.
7.6.2 Engranajes normalizados.
7.6.3 Relaciones fundamentales.
7.6.4 Generación de engranajes.
7.6.5 Interferencia de tallado y de funcionamiento.
7.6.6 Arco de conducción y relación de contacto.
7.6.7 Estudio analítico del perfil de evolvente. Espesor del diente.
7.6.8 Engranajes corregidos.
7.7 Engranajes cilíndrico-helicoidales.
7.7.1Características.
7.7.2Plano normal y plano aparente. Relaciones angulares.
7.7.3Relación de contacto.
7.7.4Generación por cremallera.
7.8 Dinámica de los engranajes.
7.8.1Esfuerzos de contacto.
7.8.2Rendimiento.
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Ingeniaritza Saila
de Navarra
Nafarroako
BIBLIOGRAFÍA
RECOMENDADA
TITULO: TEORÍA DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
Autor/es:
J.E. Shigley y J.J. Uicker, Jr.
Editorial:
McGraw-Hill, México, año 1994
TITULO: DISEÑO DE MECANISMOS. ANÁLISIS Y SÍNTESIS, 3/e
Autor/es:
A. G. Erdman y G. N. Sandor
Editorial:
Prentice-Hall, año 1998
TITULO: KINEMATICS AND DYNAMICS OF MACHINERY, 3/e
Autor/es:
Ch. E. Wilson and J. P. Sadler
Editorial:
Harper Collins College Publishers, año 2003
TITULO: MECHANISMS AND DYNAMICS OF MACHINERY
Autor/es:
H.H. Mabie and Ch.F. Reinholtz
Editorial:
Wiley, año 1987
TITULO: KINEMATICS. A GRAPHICAL APPROACH
Autor/es:
J.C. Lange
Editorial:
TITULO: MACHINES AND MECHANISMS. APPLIED KINEMATIC ANALYSIS
Autor/es:
D.H. Myszka
Editorial:
TITULO: FUNDAMENTOS DE MECANISMOS Y MÁQUINAS PARA INGENIEROS
Autor/es:
R.Calero Pérez y J.A. Carta González
Editorial:
McGraw-Hill, año 1999
TITULO: FUNDAMENTOS DE TEORÍA DE MÁQUINAS, 2/e
Autor/es:
A. Simón, A. Bataller, A.J. Guerra, A. Ortiz y J.A. Cabrera
Editorial:
Bellisco, Ediciones Técnicas y Científicas, año 2000
TITULO: ELEMENTOS DE MECANISMOS
Autor/es:
V. L. Doughtie y W. H. James
Editorial:
Cecsa, México, año 1986
TITULO: 134 PROBLEMAS DE TEORÍA DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
Autor/es:
P. Ramón Moliner
Editorial:
CPDA, ETSEI de Barcelona, año 1981
TITULO: MECHANISMS AND MECHANICAL DEVICES SOURCEBOOK, 2/e
Autor/es:
N. P. Chironis
Editorial:
McGraw-Hill, año 1996
HORARIOS
DE
TUTORÍAS
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CORREOS ELECTRÓNICOS
+ D. Jesús Mª Pintor Borobia: lunes a jueves de 15:30 a 17:00.
[email protected]
+ D. José Manuel Jiménez Bascones: martes de 9:00 a 11:00 y de 16:30 a
20:30.
[email protected]
+ D. Eduarzo Azanza Ladrón: lunes de 18:30 a 21:30 y viernes de 16:00 a
19:00
[email protected]
+ D. Enneko Gamboa Medarte: viernes de 16:00 a 18:00
[email protected]
+ D. Xabier Iriarte Goñi: martes y jueves de 15:30 a 18:30
[email protected]
+ D. Jorge Biera: miércoles de 18:30 a 20:00
[email protected]
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