Teoria de Màquines

ENGINYERIA INDUSTRIAL
TEORIA DE
MÀQUINES I
MECANISMES
Guia de l’assignatura
ENGINYERIA INDUSTRIAL
25015 Teoria de Màquines i Mecanismes. Guia de l’assignatura
Aprovada en C.A.A de data 8/06/05
Modificada en data 16/07/07
1
Crèdits: 9 ( 6 teoria + 3 pràctiques)
Crèdits ECTS: 7,2
Tipus: Troncal Ampliada
Coordinador:
Munir Khamashta (munir.khamashta@upc.edu)
Altres Professors: Javier Freire (javier.freire@upc.edu)
Javier Gutierrez (javier.gutierrez@upc.edu)
Beatriz Puras (beatriz.puras@upc.edu)
Ana Marañon (ana.maranon@upc.edu)
Departament: Enginyeria Mecanica (712)
Presentació
Coneixements previs
El desenvolupament de l’assignatura demana l’alumne alguns coneixements bàsics:
•
Mecànica: cinemàtica i dinàmica de la partícula.
•
Matemàtiques: vectors, càlcul diferencial e integral bàsic.
Camps professionals
Tots els camps relacionats amb la mecànica. Exemples: Disseny de màquines, Hidràulica,
Pneumàtica, Robòtica, Industria de l’automòbil.
Relació amb altres assignatures
S’estudien les nocions mecàniques fonamentals, que seran aplicables a les assignatures:
•
Càlcul i Disseny Mecànic.
•
Transmissió de Potència.
•
Projectes Mecànics.
Objectius generals
Els objectius generals es poden classificar en tres àmbits:
• Objectius conceptuals:
Coneixement del moviment, de les masses i de les forces als mecanismes.
• Objectius procedimentals:
ENGINYERIA INDUSTRIAL
25015 Teoria de Màquines i Mecanismes. Guia de l’assignatura
Aprovada en C.A.A de data 8/06/05
Modificada en data 16/07/07
2
Adquisició d’una metodologia que permeti solucionar problemes mecànics bàsics.
• Objectius actitudinals:
Fomentar la iniciativa i la responsabilitat del treball, tant personal com cooperatiu.
Temari
Mòdul 1. CINEMÀTICA DE MECANISMES
Tema 1: Geometria del moviment pla.
Duració: 8 hores.
Contingut: Anàlisis i Síntesis. Parells cinemàtics. Cadenes cinemàtiques. Inversions cinemàtiques.
Màquines, mecanismes i estructures. Graus de llibertat i mobilitat. Criteri de Grübler. Grups d’Assur.
Llei de Grashof. Angle de transmissió i avantatge mecànica.
Tema 2: Anàlisi de velocitats i acceleracions
Duració: 8 hores.
Contingut: Moviment pla d’un sòlid rígid: translació, rotació, roto-translació. Centre instantani de
rotació. Velocitats projectades. Acceleracions al moviment pla. Polo d’acceleracions. Mètodes
analítics i gràfics. Teorema de Kennedy.
Tema 3: Teoria de Curbatura
Duració: 7 hores
Contingut: Base i ruleta. Velocitat de successió del CIR. Mètode de Hartman. Envolvent d’una corba
mòbil. Equacions d’Euler-Savary. Moviment cicloïdal equivalent. Circumferències de Bresse.
Acceleració del CIR.
Tema 4: Cinemàtica de lleves planes
Duració: 4 hores
Contingut: Rodadura i lliscament a les lleves planes. Estudi cinemàtic del mecanisme lleva-seguidor.
Mecanismes equivalents.
Tema 5: Trens d'engranatges
Duració: 8 hores.
Contingut: Nomenclatura. Trens d’engranatges ordinaris, compostos i recurrents. Relació de
transmissió. Trens epicicloïdals. Fórmula de Willis. Trens diferencials, aplicació als automòbils.
Reductors de velocitat.
Mòdul 2. ESTÀTICA I DINÀMICA DE MECANISMES
Tema 6: Estàtica de mecanismes
Duració: 8 hores.
Contingut: Forces i treballs, tipus de forces i treballs. Rendiments. Forces reduïdes. Treballs virtuals.
Mètodes gràfics. Reaccions. Equilibri estàtic.
Tema 7: Dinàmica directa
Duració: 8 hores.
Contingut: Energia cinètica i massa reduïda. Relació força – massa reduïda. Moment d’inèrcia
generalitzat. Equació generalitzada del moviment. Equacions de Lagrange. Sistemes conservatius.
Equacions de Lagrange per número de graus de llibertat.
ENGINYERIA INDUSTRIAL
25015 Teoria de Màquines i Mecanismes. Guia de l’assignatura
Aprovada en C.A.A de data 8/06/05
Modificada en data 16/07/07
Tema 8: Dinàmica inversa (cinetoestàtica).
3
Duració: 6 hores.
Contingut: Forces d’inèrcia. Principi de d’Alembert. Forces internes i reaccions. Mètode matricial.
Aplicació potencies virtuals. Masses equivalents. Centre de percussió.
Tema 9: Volants d’inèrcia.
Duració: 6 hores.
Contingut: Reducció dinàmica d’una màquina. Aplicació del teorema de la energia cinètica. Equació
de permanència en el cicle. Objecte del volant. Càlcul aproximat. Aplicacions.
Tema 10: Equilibrat de màquines rotatives.
Duració: 6 hores.
Contingut: Equilibrat de màquines. Equilibrat estàtic i dinàmic. Equilibrat de masses giratòries
puntuals. Mètode analític i gràfic. Equilibrat “in situ”.
Tema 11: Equilibrat de motors
Duració: 6 hores
Contingut: Forces i moments de sacsejada. Equilibrat d’un motor monocilindric. Equilibrat de motors
multicilíndrics en línia.
Objectius específics dels mòduls
„
Mòdul 1
Cinemàtica.
„
Objectius de l’alumne:
1) ha de ser capaç d’avaluar els graus de llibertat d’una màquina, i la seva qualitat;
2) ha de ser capaç de calcular analíticament les velocitats i acceleracions dels mecanismes mes
comuns.
„
Mòdul 2
Estàtica i Dinàmica.
„
Objectius de l’alumne:
3) ha de ser capaç de escriure les equacions del moviment del sistemes mecànics;
4) ha de ser capaç de calcular les forces internes i les reaccions als mecanismes;
5) ha de conèixer les aplicacions mes comuns de la dinàmica: càlcul de forces impulsores, utilització
de volants d’inèrcia, equilibrat d’eixos, etc.
Metodologia de treball
Sessions teoria, problemes
„
4 Sessions presencials de teoria / setmana.
ENGINYERIA INDUSTRIAL
25015 Teoria de Màquines i Mecanismes. Guia de l’assignatura
Aprovada en C.A.A de data 8/06/05
Modificada en data 16/07/07
„
1 Sessió presencial problemes /setmana
„
1 Sessió presencial de pràctiques/quinzena
4
Pràctiques, laboratoris
„
„
3 Pràctiques de Laboratori de 2 hores. Les pràctiques disponibles son:
ƒ
Trens epicicloïdals: mesura i càlcul de la relació de velocitats i del rendiment estàtic d’un
tren epicicloïdal.
ƒ
Equilibrat de masses rotatives: es demana distribuir 4 masses de manera que estiguin
equilibrades dinàmicament.
ƒ
Mecanismes: mesura i càlcul de la relació de transmissió. Rendiment estàtic.
3 Pràctiques Informàtiques de 2 hores. Les pràctiques a realitzar son:
1) Simulació cinemàtica d’un mecanisme motor i/o quadrilàter articulat.
2) Simulació dinàmica d’un mecanisme motor i/o quadrilàter articulat.
3) Plantejament de les equacions de Lagrange de diferents mecanismes amb Maple.
Organització en mòduls i temps de dedicació de l’estudiant
Mòdul
Mòdul 1: Cinemàtica
Mòdul 2: Estàtica i Dinàmica.
Laboratori
Temps de
Classe
35
40
15
Temps
d’estudi
35
40
15
Temps
total
70 hores
80 hores
30 hores
Importància i dificultat dels mòduls
L’assignatura ha sigut plantejada com una unitat. El coneixement de la Cinemàtica es indispensable
per estudiar l’Estàtica i la Dinàmica.
Materials
Bibliografia bàsica
Norton,R. Diseño de Maquinaria 2ª Edición, McGraw-Hill (2000).
Paul,B Kinematics and Dynamics of Planar Machinery , Prentice-Hall (1979).
ENGINYERIA INDUSTRIAL
25015 Teoria de Màquines i Mecanismes. Guia de l’assignatura
Aprovada en C.A.A de data 8/06/05
Modificada en data 16/07/07
5
Bibliografia complementària
„
Mòdul 1
Khamashta,M.; Alvarez,L.; Capdevila,R. Problemas resueltos de Cinematica de Mecanismos Planos ,
Ed.UPC (1993).
„
Mòdul 2
Khamashta,M.; Alvarez,L.; Capdevila,R. Problemas resueltos de Dinámica de Mecanismos Planos ,
Ed.UPC (1995).
„
Material addicional
1. Quadern de pràctiques de laboratori
2. Quadern de pràctiques de simulació informàtica
3. Col·lecció de problemes proposats
4. Col·lecció de problemes resolts a ATENEA
Avaluació
N f = 0.3N1p + 0.5N2p + 0.1NpL + 0.1NpS
N1p : Nota primer parcial
N2p : Nota avaluació global.
NpL : Nota Pràctiques Laboratori. Son obligatòries.
NpS :Pràctiques Simulació. Son obligatòries.