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Vibraciones Mecánicas: Ejercicios Resueltos para Ingeniería Mecatrónica, Transcripciones de Mecatrónica

documento realizado de tarea para la materia de vibraciones mecánicas

Tipo: Transcripciones

2022/2023

Subido el 01/06/2023

francisco-guadalupe-campos-casillas
francisco-guadalupe-campos-casillas 🇲🇽

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Tecnológico Nacional de México
Instituto Tecnológico de Tepic
Academia de Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Carrera: Ingeniería Mecatrónica
Materia: VIBRACIONES MECANICAS
Unidad #3
Catedrático: M.I. Juan Carlos Llamas Negrete
Semestre #6
Integrantes:
Antonio de Jesús Coronado González
Campos Casillas Francisco Guadalupe
Rodríguez Uribe José Frank
Parra López Mario
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¡Descarga Vibraciones Mecánicas: Ejercicios Resueltos para Ingeniería Mecatrónica y más Transcripciones en PDF de Mecatrónica solo en Docsity!

Tecnológico Nacional de México Instituto Tecnológico de Tepic Academia de Ingeniería Eléctrica y Electrónica Carrera: Ingeniería Mecatrónica Materia: VIBRACIONES MECANICAS Unidad # Catedrático: M.I. Juan Carlos Llamas Negrete Semestre # Integrantes: Antonio de Jesús Coronado González Campos Casillas Francisco Guadalupe Rodríguez Uribe José Frank Parra López Mario

Introducción

Las vibraciones de sistemas de un grado de libertad con excitación armónica se refieren a la vibración de un sistema mecánico con una sola dirección de movimiento y una fuerza excitante periódica y constante aplicada en la misma dirección. Estos sistemas son ampliamente utilizados en una variedad de aplicaciones, incluyendo la ingeniería de estructuras, la mecánica de sistemas, la dinámica de maquinarias, entre otros. El análisis de vibraciones de SDOF con excitación armónica se realiza mediante la resolución de las ecuaciones diferenciales que describen el movimiento del sistema. La solución de estas ecuaciones permite determinar la amplitud y la frecuencia de la vibración, así como la forma de la onda vibratoria y el tiempo de fase. La frecuencia natural de vibración de un sistema es una medida importante de su estabilidad y resistencia a la vibración. Una frecuencia natural elevada indica una mayor estabilidad y resistencia a la vibración, mientras que una frecuencia natural baja indica una mayor vulnerabilidad a la vibración. Además, la amplitud de la vibración depende de la magnitud de la fuerza excitante y de las propiedades dinámicas del sistema, incluyendo su frecuencia natural, su amortiguamiento y su rigidez. Un amortiguamiento adecuado puede ayudar a reducir la amplitud de la vibración y a mejorar la estabilidad del sistema.

  1. Se cuelga un peso de 50 N de un resorte de 4 000 N/m de rigidez y se somete a una fuerza armónica de 60 N de amplitud y 6 Hz de frecuencia. Encuentre (a) la extensión del resorte debido al peso suspendido; (b) el desplazamiento estático del resorte debido a la fuerza máxima aplicada, y (c) la amplitud del movimiento forzado del peso.
  1. Considere un sistema de resorte-masa, con k = 4 000 N/m y m = 10 kg, sujeto a una fuerza armónica F(t) = 400 cos 10t N. Encuentre y trace la respuesta total del sistema en las siguientes condiciones iniciales:
  1. Trace la respuesta de vibración forzada de un sistema de resorte-masa dada por la ecuación (3.13) con los siguientes conjuntos de datos:
  1. Un motor de avión tiene una masa desbalanceada rotatoria m en el radio r. Si el ala se modela como una viga en voladizo de sección transversal uniforme a3b, como se muestra en la figura 3.39(b), determine la deflexión máxima del motor a una velocidad de N rpm. Suponga que el amortiguamiento y el efecto del ala entre el motor y el extremo libre son insignificantes.
  1. Considere un sistema de resorte-masa-amortiguador con k = 4 000 N/m, m = 10 kg y c = 40 N-s/m. Determine las respuestas de estado estable y total del sistema sometido a la fuerza armónica F(t) = 200 cos(10t) N y las condiciones iniciales x0=0 y 𝑥0̇ = 10 m/s.
  1. Considere un sistema de resorte-masa-amortiguador con k = 4 000 N/m, m=10kg y c = 40 N-s/m. Determine las respuestas de estado estable y total del sistema sometido a la fuerza armónica F(t) = 200 cos(20t) N y las condiciones iniciales x0=0 y 𝑥0̇ = 10 m/s.
  1. El tren de aterrizaje de un avión se puede idealizar como el sistema de resortemasa-amortiguador que se muestra en la figura 3.52. Si y(t) 5 y0 cos wt describe la superficie de la pista, determine los valores de k y c que limitan la amplitud de vibración del avión (x) a 0.1 m. Suponga m = 2 000 kg, y0 = 0.2 m y ꞷ= 157.08 rad/s.
  1. Un compresor de aire de 100 kg de masa está montado sobre un cimiento elástico. Se ha observado que cuando se aplica una fuerza armónica de 100 N de amplitud al compresor, el desplazamiento de estado estable máximo de 5 mm ocurre a una frecuencia de 300 rpm. Determine la rigidez equivalente y la constante de amortiguamiento del cimiento.

1 2. La base de un sistema de resorte-masa, con m = 25 kg y k = 2500 N/m se somete a una excitación armónica y(t) = Y0 cos ꞷt. La amplitud de la masa es de 0.05 m cuando la base es excitada a la frecuencia natural del sistema con Y0 = 0.01 m. Determine la constante de amortiguamiento del sistema.

  1. Un compresor de aire de un cilindro de 100 kg de masa está montado sobre soportes de montaje de caucho, como se muestra en la figura 3.61. La rigidez y constantes de amortiguamiento de los soportes de montaje son de 106 N/m y 2000 N-s/m, respectivamente. Si el desbalance del compresor equivale a una masa de 0.1 kg colocada en el extremo de la manivela (punto A) determine la respuesta del compresor a una velocidad de la manivela de 3 000 rpm. Considere r = 10 cm y l = 40 cm.
  1. Una bomba centrífuga que pesa 600 N y opera a 1 000 rpm, está montada sobre seis resortes de 6 000 N/m de rigidez cada uno. Encuentre el desbalance máximo permisible, para limitar la deflexión de estado estable a 5 mm pico a pico.

Conclusión

En conclusión, El análisis de vibraciones con excitación armónica se realiza mediante la resolución de las ecuaciones diferenciales que describen el movimiento del sistema. La solución de estas ecuaciones permite determinar la amplitud y la frecuencia de la vibración, así como la forma de la onda vibratoria y el tiempo de fase. La frecuencia natural de vibración de un sistema es una medida importante de su estabilidad y resistencia a la vibración. Una frecuencia natural elevada indica una mayor estabilidad y resistencia a la vibración, mientras que una frecuencia natural baja indica una mayor vulnerabilidad a la vibración. Además, la amplitud de la vibración depende de la magnitud de la fuerza excitante y de las propiedades dinámicas del sistema, incluyendo su frecuencia natural, su amortiguamiento y su rigidez. Un amortiguamiento adecuado puede ayudar a reducir la amplitud de la vibración y a mejorar la estabilidad del sistema. Para terminar, las vibraciones de sistemas de un grado de libertad con excitación armónica son un problema importante en muchas aplicaciones mecánicas. El análisis de estas vibraciones permite determinar la frecuencia natural, la amplitud y la forma de onda de la vibración, lo que es importante para la toma de decisiones en cuanto a la diseño y la optimización de sistemas mecánicos.