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• Raymundo Gracia Reyna

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Generalidades de los mecanismos

Se le llama mecanismo a los dispositivos que reciben una energía de entrada y, a través de un sistema de transmisión y transformación de movimientos, realizan un trabajo. Es un utensilio que el hombre creó para resolver necesidades y facilitar las tareas; un conjunto de elementos rígidos y móviles unidos. La combinación adecuada de operadores mecánicos forma un mecanismo. Basándose en principios de la mecánica se representan los mecanismos mediante engranes o ruedas dentadas, con los cuales se forman sistemas de ecuaciones, que caracterizan el comportamiento y funcionamiento de un mecanismo. 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 se clasifican según la actividad que realizan:  Acumulan energía.  Reducen el esfuerzo.  Transmisores de fuerzas (y tipos de palancas)  Transmisores del movimiento y fuerzas de tracción.  Transformadores del movimiento.  Reguladores del movimiento

Mecanismos transformadores de movimiento En estos mecanismos, el tipo de movimiento que tiene el elemento de entrada del mecanismo es diferente del tipo de movimiento que tenga el elemento de salida, es decir, el tipo de movimiento se transforma en otro distinto, de ahí el nombre de mecanismo de transformación

1.2 Conceptos básicos: 1.2.1 Eslabones y pares cinemáticos. Eslabones: 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. Un eslabón tiene en ambos extremos la posibilidad de conectarse con otros dos eslabones. Sin embargo, esto se puede extender a tres o cuatro o incluso hasta más conexiones Pares cinemáticos: se denomina par cinemático a una unión entre dos miembros de un mecanismo. Un ejemplo son dos barras unidas por un perno que permite que las piezas giren alrededor de él. La clasificación de los pares cinemáticos es:    

Por El Tipo De Contacto Entre Los Elementos Por El Tipo De Cierre De La Junta Por El Número De Grados De Libertad Pares Inferiores Y Pares Superiores

En los los pares inferiores el contacto se realiza en una superficie como, por ejemplo, un pistón dentro de un cilindro, mientras que en los pares superiores se realiza a lo largo de una línea o un punto, como ocurre con una leva y su palpador o en una pareja de ruedas dentadas. Los Pares Inferiores, A Su Vez, Se Pueden Clasificar En Seis Tipos:

     

Par Giratorio Par Prismático Par Helicoidal O De Tornillo Par Cilíndrico Par Esférico Par Plano 1.2.2 Nodos

Nodos: Son puntos específicos donde se enlazan conexiones de un armado o retener conexiones para un ensamble de mecanismos de diferentes funciones (maquinas, poleas, estructuras, entre otros) donde se retiene la fuerza en la unión de una o mas conexiones pueden multiplicar la fuerza en resistencia mejor comodidad, seguridad y hasta el ahorro de trabajo rustico. Ellos se forman al unir las conexiones o armados de mecanismos, la función de los nodos es que pueden ser puntos para retener el peso y ajustar de manera mutua los ensambles de diferentes armados, otra de sus funciones es que no solo se pueden usarse para mantener todo cuerpo estático , también se pueden usar para generar movimientos dinámicos.

Todos los nodos describen movimientos paralelos, sea rectilíneo o curvo. La línea que une dos puntos de referencia del cuerpo podrá cambiar su posición, su orientación angular.

1.2.3 Cadenas cinemáticas.

Una cadena cinemática es un conjunto de eslabones cinemáticos unidos por pares cinemáticos elementales; estos pares elementales a través de cierres de forma, cierres de fuerza y cierres de cadena, limitan en su movilidad relativa a los elementos de la cadena. Casi todas las cadenas cinemáticas tienen un eslabón fijo (soporte) que constituye el cierre de la cadena siendo móviles los demás, de los cuales uno o varios son los que reciben el movimiento que se transmite a los restantes. Esto coincide en realidad con el concepto de mecanismo que viene a ser ni más ni menos que una cadena cinemática a la que se ha fijado un eslabón, teniendo todos los demás una movilidad relativa con respecto a él; de donde se deduce que teóricamente de una determinada cadena cinemática se suelen obtener tantos mecanismos distintos como miembros tenga y a medida que sucesivamente fijemos dos diferentes eslabones. Por otra parte en cada uno de ellos intervienen una serie de factores variables como pueden ser la clase de movimiento, trayectoria, velocidad, etc.; por lo que las combinaciones que se pueden llevar a cabo son numerosas. Es decir, que todo mecanismo es una cadena cinemática; pero con una determinada cadena cinemática cabe la posibilidad de obtener diferentes mecanismos.

Existen dos tipos de cadenas cinemáticas las cuales son:



Abiertas: involucran movimientos en los cuales el segmento distal (mano o pie) tiene libertad para moverse en el espacio, sin causar necesariamente movimientos simultáneos en articulaciones adyacentes. El movimiento de la extremidad ocurre distalmente a la articulación que se mueve. La activación muscular ocurre en los músculos que cruzan la articulación que se mueve. Por ejemplo, durante la flexión de rodilla en un ejercicio de cadena abierta



Cerrada: es aquella que en la articulación terminal se encuentra con una resistencia externa considerable que prohíbe o restringe su movimiento libre.

1.3 Grados de libertad.

Grados De Libertad: El número de grados de libertad (GDL) de un sistema es el número de parámetros independientes que se necesitan para definir unívocamente su posición en el espacio en cualquier instante. El número de grados de libertad de la junta cinemática es igual al número de

cordenadas independientes que se necesitan para especificar solamente la posición de uneslabón relativo para otra restricción por la junta cinemática. 1.4 Inversion cinemática.

Se denomina inversión cinemática de un mecanismo a la obtención de un mecanismo diferente a partir de otro dado sin cambiar su número y tipo de pares cinemáticos, sino únicamente cambiando el eslabón que actua como eslabón fijo del mecanismo. De forma abreviada se denomina también inversiones a cada una de las alternativas del mecanismo obtenidas por inversión cinemática. Si se permite mover el eslabón que originalmente estaba fijo en un mecanismo y se fija otro eslabón, se dice que el mecanismo se invierte. La inversión de un mecanismo no cambia el movimiento de sus eslabones entre sí, aunque si cambia sus movimientos absolutos (relativos a la bancada). 1.5 Criterio de Gruebler y sus excepciones.

Es factible determinar la movilidad de un mecanismo directamente a través de un recuento del número de eslabones y la cantidad y tipos de articulaciones que incluye. Para desarrollar esta relación considérese que, antes de conectarse entre si, cada eslabón de un mecanismo plano posee tres grados de libertad cuando se mueven en relación al eslabón fijo. Por consiguiente, sin contar este ultimo, un mecanismo plano de n eslabones posee 3(n-1) grados de libertad antes de conectar cualquiera de las articulaciones. Al conectar una articulación con un grado de libertad, como por ejemplo, un par de revoluta, se tiene el efecto de proveer dos restricciones entre los eslabones conectados. Si se conecta un par con dos grados de libertad, se proporciona una restricción. Cuando las restricciones de todas las articulaciones se restan del total de grados de libertad de los eslabones no conectados, se encuentra la movilidad resultante de un mecanismo conectado. Cuando se usa j 1 para denotar el número de pares con un solo grado de libertad y j2 para el número de pares con dos grados de libertad, la movilidad resultante m de un mecanismo plano de n eslabones esta dada por: m=3(n-1)-2j1-j2 Escrita en esta forma la ecuación se le conoce como criterio de Kutzbach para la movilidad de un mecanismo plano. Si el criterio de Kutzbach da m > 0, el mecanismo posee m grados de libertad. Si m = 1, el mecanismo se puede impulsar con un solo movimiento de entrada. Si m = 2 entonces se necesitan dos movimientos de entrada separados para producir el movimiento restringido del mecanismo. Si m = 0 el movimiento es imposible y el mecanismo forma una estructura Si m = -1 o menos, entonces, hay restricciones redundantes en la cadena y forma una estructura estáticamente indeterminada

Hay casos en los que el criterio de Kutzbach conducirá a un resultado incorrecto, puesto que en el desarrollo del criterio de Kutzbach no se hizo consideración alguna con respecto a las longitudes de los eslabones u otras propiedades dimensionales, no es sorprendente encontrar excepciones a criterio, en casos particulares con longitudes equivalentes de los eslabones, eslabones paralelos u otras características geométricas especiales.