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Mecanismos en general

MECANISMOS

Un mecanismo se define como un conjunto de sólidos rígidos enlazados, estos sólidos se mueven unos respecto de otros a través de movimientos de rotación y traslación a medida que sumamos movimientos entre componentes podemos obtener un mecanismo con un movimiento muy complejo.

  • ¿Qué necesitamos conocer para estudiar este campo?

Necesitaríamos conocer varios conceptos como son centro de gravedad, momento de inercia, centro instantáneo de rotación, velocidad angular, nodos, eslabones etc…

  • Centro de gravedad: es el punto respecto al cual las fuerzas que la gravedad ejerce sobre los diferentes puntos materiales que constituyen el cuerpo producen un momento resultante nulo, dicho punto no tiene por qué ser un punto material del cuerpo, ya que puede estar situado fuera de él. Por ejemplo una esfera hueca, el centro de gravedad está situado en el centro de la esfera que no pertenece al cuerpo
  • Momento de inercia: es una propiedad geométrica de la sección respecto de los ejes cartesianos o ejes individuales de manera que nos indica la facilidad o dificultad que presenta la sección a ser girada en torno a ese eje.
  • Nodos: punto de conexión entre dos o más elementos.
  • Eslabones: se denomina así a los cuerpos sólidos que forman parte de un mecanismo.

 

  • ¿Cómo estudiamos un mecanismo?

Lo normal sería realizar una simplificación de manera que pasamos de tener un montón de piezas 3D a tener un bloque mucho menor en 2 dimensiones

Sobre esta simplificación podemos estudiar las velocidades, aceleraciones, posiciones críticas, y determinadas posiciones donde existen singularidades en el movimiento.

Necesitamos conocer los grados de libertad que tiene el mecanismo, de manera que conociendo los desplazamientos podremos saber el número de ecuación diferenciales de segundo orden que debemos de introducir para definir completamente el mecanismo.

Un ejemplo muy conocido seria el movimiento del pistón a través de la camisa del cilindro, esto que a priori puede impresionarnos solo tiene un grado de libertad.

De manera que viendo la imagen de la portada que parece muy compleja realizando una simplificación 2D y pasamos a realizar el siguiente dibujo.

post mecanismos

Según vemos que hay cuatro dibujos la manivela que es la simplificación del cigüeñal, la barra de unión que sería la simplificación de la biela, la biela que sería la simplificación del pistón y la guía que sería la simplificación de la camisa. Una vez realizada esta simplificación a través de ecuaciones diferenciales o a través de la teoría de mecanismos podemos definir las velocidades máximas y mínimas, la longitud de carrera del pistón etc…

En este mecanismo tenemos cuatro eslabones que serían manivela, barra de unión, pistón y guía, y tres nodos que serían el punto de rotación de la manivela, el punto de unión entre la manivela y la barra de unión, el nodo de rotación entre la barra de unión y el pistón y la línea de deslizamiento entre el pistón y la guía. A través de programas CAD/CAE podemos obtener también datos referentes a estas configuraciones gracias a los motores de simulación cinemática que poseen.

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