Mecanismos y Cinématica
1.1 Generalidades de mecanismos
Un mecanismo es un conjunto de componentes interrelacionados que están diseñados para transmitir y transformar movimientos y fuerzas de una forma controlada y predecible, logrando un propósito específico.
Mecanismo
Es una combinación decuerpos rígidos oresistentes formados de tal manera y conectadosde tal forma que semueven uno sobre elotro con un movimientorelativo definido
Maquina
Es un mecanismo oconjunto de mecanismosque transmiten fuerzadesde la fuente deenergía hasta laresistenciaque deben vencer.
1.2 Conceptos básicos
Eslabón y Pares cinemáticos
Eslabón
Es el elemento rígido del mecanismo que se conecta con otros eslabones mediante pares cinemáticos.
Pares cinemáticos
Son las uniones que permiten el movimiento relativo entre eslabones.
Nodos
Un nodo es el punto de conexión entre dos o más eslabones en un mecanismo.
Función
Los nodos permiten la transferencia de movimiento y fuerzas entre eslabones, asegurando la continuidad y funcionalidad del mecanismo.
Cadenas cinemáticas
Una cadena cinemática es una serie de eslabones y pares cinemáticos conectados que forman un camino cerrado o abierto para la transmisión de movimiento.
Tipos
Cadena abierta
Tiene un principio y un fin, no forma un bucle cerrado.
Cadena cerrada:
Forma un bucle cerrado, donde el último eslabón se conecta de nuevo al primero.
1.3 Grados de libertad
Definición de grados de libertad
Los grados de libertad (DoF) de un mecanismo son el número de movimientos independientes (traslaciones o rotaciones) que un sistema puede realizar.
Fórmula
F = 3 (n−1) − 2j1 - j2
Donde
- F = Grados de libertad
- n = Número de eslabones
- j1= Número de pares cinemáticos que permiten un solo grado de libertad (revolución o traslación)
- j2= Número de pares cinemáticos que permiten dos grados de libertad (como pares esféricos)
1.4 Inversión cinemática
La inversión cinemática consiste en modificar el eslabón fijo de un mecanismo, cambiando así el tipo de movimiento sin alterar la configuración del mecanismo.
Ejemplos
Mecanismo de biela-manivela:
Inversión 1: Manivela fija.
Inversión 2: Biela fija.
Inversión 3: Émbolo fijo.
Aplicaciones prácticas
- máquinas herramientas
- motores
- mecanismos de transmisión
1.5 Criterio de Grüebler y sus excepciones
El criterio de Grüebler proporciona una fórmula para determinar los grados de libertad de un mecanismo plano con n eslabones y j pares cinemáticos.
F = 3(n-1) - 2j1 - j2
Excepciones al criterio
Mecanismos con eslabones redundantes.
Mecanismos con pares cinemáticos especiales que no se ajustan a la clasificación estándar.
Ejemplos
- Mecanismos con grados de libertad redundantes (por ejemplo, cadenas con más eslabones de los necesarios).
- Mecanismos singulares donde la configuración permite movimientos inesperados o restricciones adicionales no consideradas en la fórmula.
Aplicaciones de mecanismos
Aplicaciones industriales
Maquinaria de producción
Robots industriales
Herramientas de manufactura
Aplicaciones en la vida cotidiana
Electrodomésticos
Vehículos
Dispositivos médicos
Aplicaciones en la ingeniería
Sistemas de transporte
Equipos de construcción
Automatización