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problema de exámen (cinemática - método gráfico)

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  • 1r ciclo problema de exámen (cinemática - método gráfico)

    wenas ... me quedé a medias en este problema de cinemática.
    La resolución de estos problemas es siempre la misma, primero se analizan las velocidades, y después las aceleraciones, utilizando en ambos el método gráfico. Pero este problema tiene la particularidad de que, antes de empezar con las velocidades, hay que ver si hay rodadura o no en alguno de sus elementos o eslabones.

    Ahí va el problema:

    En el mecanismo de la figura adjunta, el punto A del eslabón 2 permanece constántemente en contacto con el eslabón 1, siendo su velocidad de 5 m/s, hacia abajo y constante. A dicho eslabón está soldado un saliente, marcado en la figura como punto B. A su vez, el mencionado eslabón puede deslizar por la ranura diametral que tiene el eslabón 3, es decir, el disco, y en el instante expresado el extremo D coincide con el centro de dicho disco.
    Calcular, para el instante expresado, la aceleración angular del eslabón 4, sabiendo que la movilidad del conjunto es de 1. Realizar previamente el cálculo de dicha movilidad, razonando y expresando claramente el por qué de cada tipo de par.
    Nota: el dibujo está realizado a escala, y se conoce el diámetro del disco, siendo éste de 40 cm.


    ... weno, pues como he dicho, me quedé a medias, llegando a resolver la parte de velocidades, pero en la parte de aceleraciones tengo el problema de no saber cómo arrancar, porque, a pesar de que normalmente las ecuaciones de las aceleraciones siguen los mismos pasos que los de las velocidades, resulta que tengo más incógnitas que ecuaciones.
    Lo podría resolver si pudiera llegar a conocer la acelerción angular del eslabón 2 o del 3, que son iguales, pero no se por dónde lo podría sacar.

    un saludo.
    Última edición por Xel; 07/12/2009, 04:59:15.

  • #2
    Re: problema de exámen (cinemática - método gráfico)

    weno, como sospechaba, seguramente no se vea con claridad cómo arranzar el ejercicio, así que voy a seguir desarrollándolo hasta donde se:

    A ver, en el mecanismo no nos dicen nada de si hay rodadura o no, nos dan el valor de la movilidad = 1, y nos piden explicar cada tipo de par.

    Así que ahí van los tipos de pares que, según la ecuación de Kutzbach-Gruebler, nos da una movilidad o grado de libertad igual a 1, y que nos permite determinar si hay rodadura pura entre los eslabones 3 y 1.

    L = 3(n-1) - 2P1 - P2 = 1

    - tenemos 4 eslabones ---> n = 4

    - pares P2 :
    1 par superficial entre los eslabones 2 y 1
    1 par superficial entre los eslabones 2 y 4
    ---> P2 = 2
    - pares P1 :
    1 par de rotación binario en el punto E
    1 par prismático o deslizadera entre los eslabones 2 y 3
    1 par de rodadura pura entre 3 y 1
    ---> P1 = 3

    L = 3(4-1) - 2·3 - 2 = 1

    Si considerásemos la rodadura con deslizamiento, sería un par de tipo P2 , y la movilidad sería L = 2.

    Bien, ahora que sabemos que hay rodadura pura, ya podemos empezar el análisis cinemático de velocidades, porque podemos utilizar el punto de contacto de la rodadura pura entre 1 y 3 para determinar la velocidad angular del eslabón 2, y así poder empezar a plantear las ecuaciones de velocidades.

    Para encontrar , tenemos la velocidad de A que es hacia abajo, y perpendicular a su dirección se encuentra el polo P12 respecto al cual gira con , y que podemos encontrarlo aplicando el teorema de Kennedy, según el cual, los 3 polos relativos a 3 eslabones están alineados en la misma recta, independientemente de que los eslabones estén en contacto o no.
    El punto de contacto entre 1 y 3 es un CIR o polo de velocidades, porque hay rodadura pura, en caso contrario (rodadura con deslizamiento) no podría serlo. Tenemos entonces el polo P13 , y el polo P23 se encuentra en el infinito en la dirección perpendicular al deslizamiento entre ambos eslabones. Así que ya podemos encontrar el polo P12, en la intersección de las rectas como muestro en el dibujito:

    Entonces [Error LaTeX: Compilación LaTeX fallida]

    Velocidades:

    * [Error LaTeX: Compilación LaTeX fallida]
    · [Error LaTeX: Compilación LaTeX fallida]
    · [Error LaTeX: Compilación LaTeX fallida]
    También se podía haber hallado [Error LaTeX: Compilación LaTeX fallida] respecto del polo P12.

    * [Error LaTeX: Compilación LaTeX fallida]
    · [Error LaTeX: Compilación LaTeX fallida]
    · [Error LaTeX: Compilación LaTeX fallida]


    * [Error LaTeX: Compilación LaTeX fallida]
    · [Error LaTeX: Compilación LaTeX fallida]
    · [Error LaTeX: Compilación LaTeX fallida]

    Bien, con esas ecuaciones se dibujaría el cinema de velocidades a una escala determinada, y con la velocidad relativa [Error LaTeX: Compilación LaTeX fallida] sacamos [Error LaTeX: Compilación LaTeX fallida] .

    ... Y hasta aquí he podido llegar, porque en el siguiente análisis de aceleraciones no puedo utilizar los polos de velocidades para sacar . Normalmente las ecuaciones de aceleraciones siguen los mismos pasos que se han dado con las ecuaciones de velocidades, pero en este caso parece ser que hay algo diferente.

    Lo único que conozco es que [Error LaTeX: Compilación LaTeX fallida] es contante, por lo que [Error LaTeX: Compilación LaTeX fallida] , y en el punto de contacto de la rodadura entre 1 y 3, la aceleración del punto periférico de 3 tiene dirección vertical hacia el centro del disco (según deduje aquí):
    [Error LaTeX: Compilación LaTeX fallida]
    ... y no conozco más ...
    Última edición por Xel; 09/12/2009, 00:43:50.

    Comentario


    • #3
      Re: problema de exámen (cinemática - método gráfico)

      Bueno, al final creo haber conseguido encontrar el camino de este problema ... así que ahí lo dejo para los que tengan curiosidad, y también por si alguien viera algún fallo:

      como decía, [Error LaTeX: Compilación LaTeX fallida] y [Error LaTeX: Compilación LaTeX fallida] se pueden conocer gráficamente por semejanza con [Error LaTeX: Compilación LaTeX fallida] respecto a la distancia al polo [Error LaTeX: Compilación LaTeX fallida] , (o también usando ):


      [Error LaTeX: Compilación LaTeX fallida] ; [Error LaTeX: Compilación LaTeX fallida]

      ... weno, pues resulta que la forma de empezar con las aceleraciones sería planteando esta bonita ecuación:

      [Error LaTeX: Compilación LaTeX fallida]

      pero para poder resolver gráficamente esa ecuación, antes hay que resolver su correspondiente ecuación de velocidades:

      [Error LaTeX: Compilación LaTeX fallida]

      [Error LaTeX: Compilación LaTeX fallida]

      [Error LaTeX: Compilación LaTeX fallida]

      [Error LaTeX: Compilación LaTeX fallida]




      bien, ahora sigo con las aceleraciones:
      [Error LaTeX: Compilación LaTeX fallida]

      [Error LaTeX: Compilación LaTeX fallida]

      [Error LaTeX: Compilación LaTeX fallida]

      [Error LaTeX: Compilación LaTeX fallida] (por rodadura pura)

      [Error LaTeX: Compilación LaTeX fallida]

      [Error LaTeX: Compilación LaTeX fallida]

      [Error LaTeX: Compilación LaTeX fallida]

      [Error LaTeX: Compilación LaTeX fallida]


      ... weno, pues ya está, lo último que queda es sacar :
      [Error LaTeX: Compilación LaTeX fallida]

      [Error LaTeX: Compilación LaTeX fallida]


      ... sl2!!
      Última edición por Xel; 20/12/2009, 10:54:14.

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