MÁQUINAS Y MECANISMOS 1.4

1.4 TERMINOLOGÍA DE MECANISMOS


Como se mencionó en las semanas pasadas, los mecanismos consisten en partes conectadas con el objetivo de transmitir movimiento y fuerzas, desde una fuente de potencia hasta una salida. Un eslabonamiento es un mecanismo donde se unen partes rígidas para formar una cadena. Una de las partes se denomina bancada, porque sirve como marco de referencia para el movimiento de todas las demás partes. La bancada normalmente es una parte sin movimiento. En la figura 1.3 se observa una popular máquina de guía elíptica para ejercicio, en la cual dos eslabonamientos planos están configurados para operar fuera de fase con la finalidad de simular el movimiento de caminar, incluyendo el movimiento de los brazos. Como la base se apoya en el suelo y no se muebe durante la operación, se considera que la base es la bancada.



Los eslabonamientos son las partes individuales del mecanismo y se consideran cuerpos rígidos que están conectados con otros eslabones para transmitir movimiento y fuerzas. Teóricamente, un cuerpo rígido verdadero no se deforma durante el movimiento. Aunque en realidad no hay un cuerpo rígido, los eslabones de los mecanismos se diseñan considerando una deformación mínima y se suponen rígidos. El reposapiés y los manubrios de la máquina para ejercicio comprenden diferentes eslabones y, junto con los eslabones, están interconectados para producir restricciones al movimiento.


Partes elásticas, como los resortes, no son rígidas; por lo tanto, no se consideran eslabones. No tienen efecto sobre la cinemática del mecanismo y se suelen ignorar en el análisis cinemático. Suministran fuerzas, por lo que se deben incluir en la parte del análisis de las fuerzas dinámicas.


Una uniónes una conexión móvil entre los eslabones que permite el movimiento relativo entre ellos. Las dos uniones principales, llamadas también uniones totales, son la unión de revoluta y la unión prismática. La unión de revoluta, conocida también como unión de perno de bisagra, permite la rotación pura entre los dos eslabones que conecta. La unión de pistón o prismática, permite el deslizamiento lineal entre los eslabones que conecta. La figura 1.4 muestra las dos juntas.




La figura 1.5a muestra la unión de leva que permite tanto la rotación como el deslizamiento entre los dos eslabones que conecta. Debido al movimiento complejo que genera, a la conexión de leva se le llama unión de orden superior o media unión. Una conexión de engranes permite asimismo la rotación y el deslizamiento entre los dos engranes conforme sus dientes se van acoplando. En la figura 1.5b se presenta esta configuración. La conexión de engrane también es una unión de orden superior.




Un eslabón simple es un cuerpo rígido que solo tiene dos uniones que se conectan con otros eslabones. La figura 1.6a ilustra un eslabón simple. Una manivela es un eslabón simple que puede girar completamente alrededor de un centro fijo. Un balancín es un eslabón simple que oscila con cierto ángulo, invirtiendo su dirección a determinados intervalos.




Un eslabón complejo es un cuerpo rígido que contiene más de dos uniones. La figura 1.6b muestra un eslabón complejo. Un brazo de balancín es un eslabón complejo que contiene tres uniones y pivota cerca de su centro. Una manivela de campana es similar a un brazo de balancín, per oestá curvada en el centro. El eslabón complejo de la figura 1.6b es una manivela de campana.


Un punto de interés es un punto del eslabón donde el movimiento tiene un interés especial, el extremo del limpiador del parabrisas figura 1.1 (que vimos la primer semana del módulo), se consideraría un punto de interés. Una vez que se lleva a cabo el análisis cinemático, se determinan el desplazamiento, la velocidad y la aceleración de este punto.



El último componente general de un mecanismo es el actuador, que es el componente que impulsa el mecanismo. Los actuadores comunies incluyen motores (eléctricos e hidráulicos), motores de gasolina, cilindros (hidráulicos y neumáticos), motores de tornillo de bolas y solenoides. Las máquinas que se operan manualmente utilizan el movimiento humano, como el giro de una manivela, como actuador. Los actuadores se analizarán en el tema 1.7.


Los eslabonamientos pueden ser cadenas abiertas o cerradas. Cada eslabón en la cadena cinemática cerrada se conecta a dos o más eslabones. La elevadora de la figura 1.2 y la máquina de guía elíptica de la figura 1.3 son cadenas cerradas.




Una cadena abierta tiene, por lo menos, un eslabón que está conectado únicamente a otro eslabón. Eslabonamientos abiertos comunes son los brazos robóticos como el de la figura 1.7, así como otras máquinas “de carrera” como las retroexcavadoras y las grúas.




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