Introducción a los sistemas mecánicos
Introducción al estudio de los mecanismos El concepto de mecanismo tiene su origen en el término latino mechanisma y se refiere a la totalidad que forman los diversos componentes de una maquinaria y que se hallan en la disposición propicia para su adecuado funcionamiento.
En las máquinas, se llama mecanismo a la agrupación de sus componentes que son móviles y se encuentran vinculados entre sí a través de diversas clases de uniones; esto hace que dicha estructura pueda transmitir fuerzas y movimientos. El mecanismo es el encargado de permitir dicha transmisión.
Algunos ejemplos donde aparece el término: “No entiendo el mecanismo de esta máquina: ¿por qué no funciona correctamente?”, “Necesito comprar unas piezas para reparar el mecanismo del reloj”.
Para que un mecanismo sea considerado como tal es necesario que se encuentre formado por una serie de componentes, los cuales son: eslabón (elemento rígido que transmite el movimiento de un lugar a otro fundamental para que el mecanismo se active), nodo (unifica dos eslabones entre sí para que a través de él se comunique el movimiento) y junta, también conocida como par cinemático, (permite que eslabón y nodo funcionen correctamente, indicando la unión entre los diferentes eslabones como partes de un todo).
Los mecanismos pueden clasificarse de acuerdo a muchas variables -De acuerdo a la cantidad de eslabones pueden ser de tipo binarios, ternarios o cuaternarios. -De acuerdo a la función pueden ser fijos, conductores o conducidos. -De acuerdo al movimiento que ocasionan pueden ser fijos, de manivela, de biela o de corredera.
Conceptos fundamentales de máquinas y mecanismos
Las máquinas son aparatos que reducen el esfuerzo necesario para realizar un trabajo.
Elementos De Una Máquina:
Las máquinas pueden ser muy simples o muy complejas. Sin embargo, en la mayoría de ellas podemos encontrar los mismos elementos
· Estructura:
Es el conjunto de elementos que protegen el resto de los componentes de la máquina y sirven de apoyo para colocarlos. · Motor: Es el dispositivo que se encarga de transformar cualquier forma de energía en energía mecánica. · Mecanismos: Son los elementos que se ocupan de transmitir y transformar las fuerzas y los movimientos. · Circuitos: Son aquellos componentes a través de los que se transporta materia o energía de un lugar a otro de la máquina. · Actuadores: Son aquellos elementos de la máquina que transforman el movimiento en trabajo.
· Dispositivos de mando, regulación y control: Son los elementos que permiten gobernar la máquina para que su funcionamiento sea seguro y tenga lugar de acuerdo con lo previsto al diseñarla. · Circuitos Hidráulicos Y Circuitos Neumáticos: - Un circuito hidráulico o neumático es un conjunto de elementos, conectados entre sí, por los que circula un fluido. En los circuitos hidráulicos el fluido es agua o aceite, mientras que en los circuitos neumáticos el fluido suele ser aire comprimido.
Clasificación de las maquinas y mecanismos
La rueda La rueda es un operador formado por un cuerpo redondo que gira respecto de un punto fijo denominado eje de giro. Normalmente la rueda siempre tiene que ir acompañada de un eje cilíndrico (que guía su movimiento giratorio) y de un soporte (que mantiene al eje en su posición). Es una máquina totalmente artificial.
MÁQUINAS COMPUESTAS Cuando no es posible resolver un problema técnico en una sola etapa hay que recurrir al empleo de una máquina compuesta, que no es otra cosa que una sabia combinación de diversas máquinas simples, de forma que la salida de cada una de ellas se aplica directamente a la entrada de la siguiente hasta conseguir cubrir todas las fases necesarias.
Maquinas simples Cuando la máquina es sencilla y realiza su trabajo en un solo paso nos encontramos ante una máquina simple. Muchas de estas máquinas son conocidas desde la prehistoria o la antigüedad y han ido evolucionando incansablemente (en cuanto a forma y materiales) hasta nuestros días.
Palanca Es un operador compuesto de una barra rígida que oscila sobre un eje. Según los puntos en los que se aplique la potencia (fuerza que provoca el movimiento) y las posiciones relativas de eje y barra, se pueden conseguir tres tipos diferentes de palancas a los que se den primero, segundo y tercer género (o grado).
Plano inclinado Es un operador formado por una superficie plana que forma un ángulo oblicuo con la horizontal.
Las rampas que forman montañas y colinas son planos inclinados, por tanto este operador también se encuentra presente en la naturaleza.
Mecanismos .
- En una máquina, el movimiento lo genera el motor, pero a menudo ese motor no proporciona el tipo de movimiento que necesitamos. - Los mecanismos son elementos o combinaciones de elementos que transforman las fuerzas y los movimientos. - Los engranajes, poleas, palancas, bielas y cigüeñales son mecanismos que permiten modificar la intensidad y la dirección en la que actúan las fuerzas. - Los mecanismos pueden llegar a ser tremendamente complicados.
Tipos De Movimientos:
La mayoría de las máquinas tienen varios componentes que realizan movimientos. Estos movimientos pueden llegar a ser muy complejos, pero se pueden conseguir combinando cuatro básicos.
· Lineal: Es un movimiento que se efectúa en línea recta y en un solo sentido · Alternativo: Es un movimiento de avance y retroceso en línea recta. · Rotativo: Es un movimiento en círculo y en un solo sentido. · Oscilante: Es un movimiento de avance y retroceso que describe un arco.
Un Ejemplo De Mecanismo El Mecanismo De Tornillo Y Tuerca: - Este mecanismo consiste en un tornillo y una tuerca dispuestos de manera que uno de ellos está fijo y el otro se mueve. · Si es la tuerca la que está fija: El giro del tornillo alrededor de su eje produce un movimiento rectilíneo de avance, que lo desplaza a través de la tuerca. · Si el tornillo está fijo: Su giro se produce un movimiento rectilíneo en la tuerca en la que está enroscado. Mediante este sistema se consigue convertir el movimiento circular del tornillo en movimiento rectilíneo de la tuerca. - El mecanismo de tornillo y tuerca se emplea para transformar un movimiento de giro en otro lineal con una gran reducción de velocidad y, por tanto, con un gran aumento de fuerza.
-ESLABONLos cuerpos sólidos que forman parte de un mecanismo se denominan (eslabones). Un eslabón tiene dos o más pares o elementos de conexión, por medio de los cuales se pueden unir a otros elementos con el fin de transmitir fuerza o movimiento. Los cuerpos sólidos que forman parte de un mecanismo se denominan (eslabones). Un eslabón tiene dos o más pares o elementos de conexión, por medio de los cuales se pueden unir a otros elementos con el fin de transmitir fuerza o movimiento.
-PARES-
Se llaman pares cinemáticos a las formas geométricas mediante las cuales se unen dos eslabones de un mecanismo de manera que el movimiento relativo entre ambos sea consistente, como se muestra en la figura
-PARES INFERIORES-
La unión articulada mediante la cual se conectan dos eslabones que tienen contacto superficial, como la unión de un perno, como se muestra en la figura
-PARES SUPERIORES-
Si la conexión ocurre en un punto o a lo largo de una línea tal como un rodamiento de bolas o entre los dientes de un engrane en contacto se le conoce como par superior, como se muestra en la figura
MOVILIDAD O NÚMERO DE GRADOS DE LIBERTAD La movilidad es uno de los conceptos importantes en el estudio de la cinemática de mecanismos. Por definición, la movilidad de un mecanismo es el número de grados de libertad que posee. Una definición equivalente de movilidad es el número mínimo de parámetros independientes requeridos para especificar la posición de cada uno de los eslabones de un mecanismo.
Procedimientos de los pares cinemáticos, las cadenas cinemáticas y los grados de libertad de un sistema mecánico.
Pares cinemáticos Formula a ocupar
Problema
Grados de libertad Ecuación de Gruebler GDL = 3L – 2J – 3G Donde: GDL: número de grados de libertad L: número de eslabones J: número de juntas G: número de eslabones fijados Ecuación de Kutzbach GDL = 3(L – 1) – 2J1 – J2 Donde: L: número de eslabones J1: número de juntas completas J2: número de semijuntas
Ejemplo: En la figura se muestra un mecanismo de guiado de la válvula (barra 9) de un motor de combustión interna. Identificar las barras que componen dicho mecanismo así como los pares cinemáticas. Determinar también el numero de grados de libertad.
Resolvemos el problema con la ecuación de grados de libertad de Kutzbach para un mecanismo con movimiento plano: n = 3 · (nb − 1) − 2 · p1 − p2 Siendo nb el numero de barras, p1 los pares cinemáticos que admiten un grado de libertad y p2 los pares cinemáticos que admiten dos grados de libertad.
número de barras: 9 pares cinemáticos de tipo 1: 10(7 cilíndricos y 3 prismáticos) pares cinemáticos de tipo 2: 1 (entre las piezas 6 y 7) Aplicando estos valores a la formula para obtener el siguiente resultado: n = 3 (9 − 1) − 2 · 10 − 1 = 3
