💡 MOVIMIENTOS de los MECANISMOS ⚙️ compuestos por BIELA, CORREDERA y CIGÜEÑAL ✍️

Mecanismo biela-corredera-cigüeñal

Este mecanismo consta de un cigüeñal, una biela y una corredera como el que presenta ésta figura que corresponde a un motor simple. 

Mecanismo de un motor simple

En esta configuración el acoplamiento 3 está fijo, es decir, no hay movimiento relativo entre el centro de rotación del cigüeñal y la cubierta en la que se desplaza el pistón.

El acoplamiento 1 es el cigüeñal que gira, el acoplamiento 2 la biela y el acoplamiento 4 la corredera que se desplaza en relación con el acoplamiento fijo.

Cuando el pistón se desplaza atrás y adelante, es decir, cuando el acoplamiento 4 se desplaza atrás y adelante, el acoplamiento 1, o cigüeñal, se ve obligado a girar.

De esta manera, el mecanismo se transforma en una entrada de movimientos atrás y adelante que se transforma en un movimiento rotacional. La figura siguiente muestra varias etapas de este movimiento. 

Mecanismo cigüeñal de biela-corredera

Secuencia de posición de los acoplamientos en un mecanismo de cigüeñal de biela-corredera

Una manera útil de ver cómo se debe comportar cualquier mecanismo es construir a escala un modelo en cartulina y mover los acoplamientos. El cambio en la longitud de un acoplamiento hace entonces que se determinen los cambios en el comportamiento del mecanismo.

La siguiente figura presenta otra modalidad de este mecanismo, un mecanismo de retroceso rápido, este consiste en un cigüeñal en rotación, el acoplamiento AB, el cual gira alrededor de un centro fijo; una palanca oscilatoria CD, la cual hace que gire en torno a C por el deslizamiento del bloque en B a lo largo de CD en cuanto AB gira, y un acoplamiento DE que hace que E se desplace hacia adelante y hacia atrás. 

Mecanismo de retroceso rápido

E puede ser el carro de una máquina y contenga una herramienta de corte. El carro estará en los extremos de su movimiento cuando las posiciones del cigüeñal sean AB1 y AB2. De este modo, conforme el cigüeñal se mueve en sentido contrario al de las manecillas del reloj, de B1 a B2, el carro hace un recorrido completo, la carrera de corte. Si el cigüeñal gira a una velocidad constante dado que el ángulo de rotación del cigüeñal requerido para el recorrido de corte es mayor que el ángulo para el recorrido de retroceso, el recorrido de corte consume más tiempo que el recorrido de retroceso, de donde le viene el concepto de mecanismo de retroceso rápido. Un modelo en cartulina y diagramas similares se pueden construir como los que se presentan en la figura anterior del Mecanismo cigüeñal de biela-corredera.

Escrito por Archie Tecnology

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👉 Las CADENAS CINEMÁTICAS de CUATRO BARRAS ó ARTICULACIONES 🧐

Cadena cinemática de cuatro barras ó articulaciones

👉 La cadena cinemática de cuatro barras consiste en cuatro acoplamientos conectados entre sí de manera que producen cuatro piezas de articulación alrededor de las cuales pueden girar. La siguiente figura muestra variantes de esta cadena cinemática obtenidas al modificar las longitudes relativas de las articulaciones. 

Ejemplos de cadenas de cuatro barras

Si la suma de la longitud de la articulación más corta más la longitud de la más larga es menor o igual que la suma de las longitudes de las otras dos articulaciones, por lo menos una de las articulaciones podrá completar una revolución respecto al acoplamiento fijo. Si la condición anterior no se cumple, ninguno de los acoplamientos podrá realizar una revolución completa. Esta se conoce como condición de Grashof. En la anterior figura en el apartado a), el acoplamiento 3 está fijo y las longitudes

relativas de los acoplamientos son tales que los acoplamientos 1 y 4 pueden oscilar, pero no girar. El resultado es un mecanismo de doble palanca. Al acortar el acoplamiento 4 en relación con el 1, el acoplamiento 4 puede girar (en la figura apartado b)) con el acoplamiento l oscilando, y el resultado anterior se conoce como mecanismo palanca-cigüeñal. Los acoplamientos 1 y 4 tienen la misma longitud y ambos pueden girar, en la figura el apartado c); lo que se obtiene se conoce como mecanismo de doble cigüeñal. Al modificar el acoplamiento fijo se obtienen otros mecanismos. 👌

Mecanismo de avance de una película cinematográfica

👉 La figura siguiente ilustra cómo aprovechar el mecanismo anterior para avanzar la película en una cámara de cine. Conforme el acoplamiento 1 gira, el extremo del acoplamiento 2 se engancha en una de las perforaciones de la película, la agarra, la suelta, avanza y retrocede para quedar nuevamente enganchado en la siguiente perforación.

Mecanismo para avance de película cinematográfica

Mecanismos de palanca articulada

👉 Algunas piezas de articulación tienen posiciones de palanca articulada, en las cuales la articulación no reacciona ante las entradas de sus acoplamientos. La figura siguiente ilustra esta palanca articulada, una articulación que controla el movimiento de la puerta trasera de un camión de manera que cuando el acoplamiento 2 queda en posición horizontal ninguna carga adicional en el acoplamiento provocará otro desplazamiento. 

Acoplamiento articulado

Hay otra posición de palanca articulada en este acoplamiento: cuando los acoplamientos 3 y 4 están en posición vertical y la puerta trasera está en posición vertical. 👌

Escrito por Archie Tecnology

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✍️ Las CADENAS CINEMÁTICAS

👌 Carga soportada por los mecanismos

Los mecanismos son estructuras y, por lo tanto, transmiten y soportan cargas.

Para determinar las cargas que soporta cierto elemento es necesario hacer un análisis. Después se evalúan las dimensiones del elemento para que su fuerza y, quizá su rigidez, sean suficientes para soportar esas cargas. 👍

👀 Cadenas cinemáticas

Cuando se analizan los movimientos de un mecanismo sin prestar atención a las fuerzas, dicho mecanismo puede considerarse como una serie de articulaciones individuales. Cada parte del mecanismo que se mueve en relación con otras se denomina articulación. Esta no tiene que ser un cuerpo rígido, basta que sea un cuerpo resistente capaz de transmitir la fuerza requerida con una

deformación despreciable. Por este motivo, en general se representa como un cuerpo rígido con dos o más puntos de unión con otras articulaciones que se llaman nodos. Cada articulación puede desplazarse en relación con sus articulaciones vecinas. La siguiente figura muestra ejemplos de articulaciones con

dos, tres y cuatro nodos. 

Tipos de articulaciones : a) con dos nodos, b) con tres nodos, c) con cuatro nodos

👋 Tipos de articulaciones mecánicas

Una articulación es una conexión de dos o mas articulaciones en sus nodos, la cual permite que haya cierto movimiento entre las articulaciones conectadas. Las palancas, el eje del cigüeñal, la biela y los

pistones, las guías de deslizamiento, las poleas, correas y ejes son ejemplos de articulaciones.

Una secuencia de piezas de articulación y articulaciones se conoce como cadena cinemática. Para que una cadena cinemática transmita movimiento, una articulación debe estar fija. El movimiento de una articulación produce movimientos relativos predecibles en las demás. Al variar la articulación que

se mantiene fija es posible obtener diversos mecanismos a partir de una misma cadena cinemática.

👉 Un ejemplo de cadena cinemática es el motor de un automóvil, donde el movimiento alterno de un pistón se transforma en el movimiento rotacional de un eje de cigüeñal montado en un marco fijo (como vemos en la siguiente figura en el apartado a)). 

Mecanismo de un motor simple

Esto se puede representar como cuatro articulaciones conectadas (lo vemos en la anterior figura en el apartado b)). La articulación 1 es el cigüeñal, la articulación 2 la biela, la articulación 3 el sistema articulado fijo y la articulación 4 la guía de deslizamiento, es decir, el pistón, que se desplaza en relación con el sistema articulado fijo.

👍 El diseño de muchos mecanismos se basa en dos formas básicas de cadenas cinemáticas, la cadena de cuatro barras y la cadena biela-corredera-cigüeñal.

En el siguiente artículo analizaremos ejemplos de las formas que estas cadenas pueden adoptar. ¡¡¡No te la pierdas!!!

Escrito por Archie Tecnology

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💡 TIPOS de MOVIMIENTO en los SISTEMAS de ACTUACIÓN MECÁNICA

Tipos de movimiento, traslación y rotación

👉 El movimiento de un cuerpo rígido se puede considerar como la combinación de movimientos de traslación y rotación. Al considerar las tres dimensiones espaciales, el movimiento de traslación sería un movimiento que se divide en componentes que coinciden con uno o mas de los tres ejes (en la figura el apartado a)).

Tipos de movimiento: a) traslación, b) rotación

👉 Un movimiento de rotación puede ser una rotación con componentes que giran alrededor de uno o más de los ejes (en la figura el apartado b).

Movimientos complejos combinación de traslación y rotación 😎

Los movimientos complejos pueden ser una combinación de movimientos de traslación y rotación. Por ejemplo, el movimiento para levantar con la mano un lápiz que está sobre una mesa. Esto puede involucrar que oriente la mano en determinado ángulo con la mesa, gire la mano, separe los dedos y los coloque en la posición adecuada para tomar el lápiz. Esta es una secuencia de movimientos bastante complejos. Sin embargo, es posible separarlos en combinaciones de movimientos de traslación y rotación. Este tipo de análisis es relevante no cuando movemos una mano humana, sino cuando damos instrucciones a un robot para que realice una tarea. En este caso es necesario separar el movimiento en una combinación de movimientos de traslación y rotación para diseñar mecanismos que ejecuten estas componentes del movimiento. Por ejemplo, entre la secuencia de señales de control que se envían a un mecanismo podrían figurar agrupamientos de señales con las cuales se instruye a la articulación 1 girar 20° y a la articulación 2 hacer una extensión de 4 mm de movimiento de traslación.

👌 Grados de libertad y de restricción

Un aspecto importante del diseño de los elementos mecánicos es la orientación y disposición de elementos y partes. Un cuerpo que está libre en el espacio se desplaza en tres direcciones mutuamente perpendiculares e independientes y gira de tres maneras alrededor de estas direcciones (como hemos visto en la imagen anterior). 

👉 Se dice que este cuerpo tiene seis grados de libertad. El número de grados de libertad es el número de componentes de movimiento requeridas para generar el movimiento. Si una articulación está limitada a desplazarse a lo largo de una línea, sus grados de libertad de traslación se reducen a uno. La siguiente figura el apartado a) muestra una articulación que sólo tiene este grado de libertad de traslación. 

Articulación con: a) un grado de libertad, b) dos grados de libertad

Si la articulación está limitada a desplazarse en un plano, entonces tiene dos grados de libertad de traslación. La figura anterior el apartado b) ilustra una articulación que tiene un grado de libertad de traslación y un grado de libertad de rotación.

Uno de los problemas más importantes del diseño es reducir la cantidad de grados de libertad, lo cual requiere un número y orientación idónea de las restricciones. Si no hay restricciones, un cuerpo tendría seis grados de libertad. Se asigna una restricción por cada grado de libertad que no se desea. 

Suponiendo que no hay restricciones redundantes, el número de grados de libertad sería igual a 6 menos el número de restricciones presentes. Sin embargo, las restricciones redundantes Son frecuentes, de modo que para las restricciones de un cuerpo rígido se cumple la regla básica:

6 - número de restricciones = número de grados de libertad - número de redundancias

Por lo tanto, si se desea que un cuerpo esté fijo, es decir, que tenga cero grados de libertad, y si no se introducen restricciones redundantes, el numero de restricciones necesarias es seis.

👊 Un concepto que se utiliza en diseño es el principio de la restricción mínima, el cual establece que al fijar un cuerpo o al guiarlo en determinado tipo de movimiento, debe emplearse la cantidad mínima de restricciones, es decir, no deben existir redundancias. Con frecuencia esto recibe el nombre de diseño cinemático.

Por ejemplo, para definir una flecha que sólo gire alrededor de un eje, sin movimiento de traslación, hay que reducir a l el numero de grados de libertad.

Por lo tanto, 5 es la cantidad mínima de restricciones para hacerlo. Cualquier restricción adicional sólo producirá redundancias. El montaje que se utilizará para montar la flecha tiene un cojinete de bolas en un extremo y un cojinete de rodillo en el otro (lo podemos observar en la siguiente imagen). 

Eje sin redundancias

👌 Este par de cojinetes impide el movimiento de traslación en dirección perpendicular al eje y y la rotación alrededor del eje z y el eje y. El cojinete de bolas impide el movimiento de traslación en el eje x y el eje z. Por lo tanto, en total hay cinco restricciones. Es decir, sólo queda un grado de libertad para la rotación requerida en torno al eje x. Si en ambos extremos de la flecha se coloca un cojinete de rodillos, entonces los dos cojinetes impiden el movimiento de traslación en el eje x y el eje z, lo que

implicaría una redundancia. Esta redundancia podría causar daño. Si en ambos extremos de la flecha se utilizan cojinetes de bola, entonces, para evitar redundancias, el anillo de rodamiento de uno de los cojinetes no se fija en su cubierta para permitir cierto grado de deslizamiento en una dirección axial.

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