CONCEPTOS BASICOS (MECANISMOS)

Pieza

Cuando en un mecanismo se van separando cada una de las partes que lo forman, se llega finalmente a tener una serie de partes indivisibles, generalmente rígidas (aunque no necesariamente) llamadas piezas:

Eslabón (miembro)

Un conjunto de piezas unidas rígidamente entre sí, sin movimiento posible entre ellas, se denomina eslabón o miembro .

Una vez acopladas las piezas, forman un conjunto rígido, actuando, desde el punto de vista topológico (y también cinemático y dinámico), como un solo miembro o eslabón. Un eslabón es un elemento de una máquina o mecanismo que conecta a otros elementos y que tiene movimiento relativo a ellos.

Un eslabón o miembro puede servir de soporte, como guía de otros eslabones, para transmitir movimientos o bien funcionar de las tres formas.

Clasificación de los eslabones

• Eslabones rígidos: Están capacitados para transmitir fuerza, para jalar o empujar. A ésta clase pertenece la mayoría de las partes metálicas de las máquinas.

• Eslabones flexibles: Son los que están constituidos para ofrecer resistencia en una sola forma (rigidez unilateral)

Eslabones que actúan a tensión. Cuerdas, bandas, cadenas

Eslabones que actúan a presión. Agua, aceite hidráulico, conducen fuerzas de empuje.

PAR CINEMATICO

Los eslabones pueden estar conectados unos a otros de varias maneras. El contacto puede ocurrir sobre una superficie, a lo largo de una línea, o en un punto. A aquellas partes de dos eslabones que están en contacto con movimiento relativo entre ellos se les denomina pares.

Clasificación de los pares

Los pares pueden clasificarse:

1. Atendiendo la superficie de contacto entre los dos miembros que constituyen el par:

• Pares superiores o de contacto lineal o puntual (leva-varilla, cojinetes de bolas y engranes).

• Pares inferiores o de contacto superficial (cilindro-embolo, perno-soporte), las superficies de los eslabones son geométricamente similares.

Es importante mencionar que las conexiones de miembros por pares superiores pueden ser reemplazadas por conexiones por pares inferiores, cuando se desee disminuir la presión de contacto y el rozamiento. En la figura 2.4 puede verse el mecanismo empleado para mover bombas de vapor de doble acción; en la figura (a) se observa un par superior entre los eslabones 2 y 3. La figura (b) muestra este mecanismo con par inferior entre 3 y 4. El par inferior fue producido por la adición de un eslabón.

CADENAS CINEMATICAS (DEFINICION)

Cuando un número de eslabones están conectados unos a los otros por pares elementales, de tal forma que permitan que el movimiento se efectúe en combinación, se denomina cadena cinemática. Una cadena cinemática no es necesariamente un mecanismo; se convierte en uno cuando se define el eslabón fijo.

Clasificación de las cadenas . Pueden clasificarse en dos grupos:

• Cadenas cerradas, cuando todos y cada uno de los miembros se une a otros dos.

• Cadena abierta, cuando hay algún miembro no unido a otros dos.

CADENA BLOQUEADA

Ocurre cuando no existe movimiento relativo entre sus eslabones, (una cadena bloqueada puede considerarse un solo eslabón).

CADENA DESMODROMICA

Es posible el movimiento relativo determinado entre sus eslabones, o sea, que si uno de ellos se mantiene fijo y otro se mueve, todos los puntos de los restantes eslabones se moverán sobre ciertas líneas determinadas y siempre sobre las mismas.

CADENA LIBRE

Ocurre cuando los movimientos relativos de los eslabones no están determinados, o sea, que si uno de ellos se mantiene fijo y se repite el movimiento del otro, los puntos de los restantes no siguen, en general, las mismas trayectorias.

MECANISMOS

Un mecanismo es una cadena cinemática a la que se le ha inmovilizado uno de sus miembros, a este eslabón fijo se le llama bastidor. Puede haber una máquina compuesta por varios mecanismos en la que un miembro móvil de uno de ellos sea el bastidor (eslabón fijo) de otro mecanismo.

En la mayoría de las máquinas el eslabón fijo de todos los mecanismos que la componen es un eslabón único (por ejemplo los diferentes mecanismos que componen un motor de explosión tienen como eslabón fijo al bastidor, formado por la culata, el bloque y el carter) lo que tampoco implica que este bastidor sea un elemento totalmente inmóvil (por ejemplo los diferentes mecanismos que componen un vehículo automóvil tienen un bastidor único, pero móvil con el auto).

Recordando la definición de Reuleaux de un mecanismo, es evidente que se necesita tener una cadena cinemática cerrada con un eslabón fijo. Cuando se hable de un eslabón fijo se da a entender que se elige como marco de referencia para todos los demás eslabones, es decir, que los movimientos de todos los demás eslabones se medirán con respecto a ése en particular ya que se le considera como fijo.

Se suele definir también al mecanismo , como la parte del diseño de las máquinas que se interesa en el diseño cinemático (es decir, se ocupa de los requerimientos de movimientos, sin abordar los requerimientos de fuerza) de los dispositivos que contienen eslabones articulados, levas, engranes y trenes de engranes , que son los componentes que se van a estudiar.

CINEMATICA DE UN MECANISMO

Una vez que se designa el marco de referencia (y se satisfacen otras condiciones) la cadena cinemática se convierte en un mecanismo y conforme el eslabón que acciona al mecanismo (el impulsor) se mueve pasando por varias posiciones denominadas fases, todos los demás eslabones manifiestan movimientos bien definidos con respecto al marco de referencia elegido.

Se deduce que de una cadena cinemática pueden obtenerse tantos mecanismos como eslabones se tenga, a medida que se fijen sucesivamente cada uno de ellos. Cada uno de estos mecanismos se llama una inversión del que se ha tomado como fundamental.

Para que un mecanismo sea útil, los movimientos entre los eslabones no tienen que ser arbitrarios, éstos también tienen que restringiese para producir los movimientos relativos adecuados, los que determine el diseñador para el trabajo particular que se deba desarrollar. Estos movimientos relativos deseados se obtienen mediante la selección correcta del número de eslabones y las articulaciones utilizadas para conectarlos.

REPRESENTACION DE MECANISMOS

Con el fin de simplificar el estudio de los mecanismos, nunca se dibujan éstos en su totalidad con

la forma y dimensiones de cada uno de los eslabones y pares, sino que se sustituye el conjunto por un esquema o diagrama simplificado, formado generalmente por los ejes de los diferentes miembros (o por líneas de unión de cada uno de sus articulaciones). Estas no se dibujan por regla general (aunque algunas veces pueden representarse por medio de pequeños círculos, ectángulos, etc.).

En las figuras 2.11 y 2.12 se representan respectivamente una grúa flotante, una puerta de acceso para una aeronave y al lado su correspondiente esquema simplificado. Obsérvese que el eslabón fijo se representa siempre con un rayado de línea de tierra.

En el estudio que seguirá y ha efecto de uniformizar la nomenclatura, se denominará siempre al eslabón fijo de cualquier mecanismo con el número 1, numerando el resto de los eslabones por orden creciente con números sucesivos, 2, 3, etc.

Puede ser difícil identificar el mecanismo cinemático en una fotografía o en un dibujo de una máquina completa. La figura 2.13 muestra el conjunto cigüeñal-biela-pistón y su correspondiente diagrama cinemático.

Con este diagrama se puede trabajar mucho más fácilmente y le permite al diseñador separar los aspectos cinemáticos del problema más complejo del diseño de la máquina.