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• Karina Leal

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MECANISMOS Unidad 1. Mecanismos de máquina

En cualquier momento de nuestra cotidianidad realizamos actividades donde intervienen máquinas de diferentes tipos y con diferentes finalidades.

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¿QUÉ ENCONTRAREMOS EN ESTE DOCUMENTO?

Componentes de una máquina............................................................................. 3 Introducción ...................................................................................................... 3 Componentes ..................................................................................................... 5 Mecanismos ........................................................................................................ 8 Concepto ........................................................................................................... 8 Clasificación de los mecanismos ....................................................................... 11 Movimientos básicos ........................................................................................ 11 Mecanismos de transmisión de movimiento ..................................................... 12 Mecanismos de transformación del movimiento ............................................... 21 Enlaces de interés ............................................................................................. 25 Dónde podemos encontrar más información .................................................... 25

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Componentes de una máquina Introducción Estas máquinas están conformadas por diferentes elementos con funciones específicas, pero pocas veces nos detenemos a interpretar como se generan aspectos básicos como los movimientos, esta condición implica que vemos la máquina como un todo. En labores prácticas, donde se incluyen procesos con dichas máquinas, es importante conocer e interpretar el funcionamiento de dichas máquinas y de cada uno de sus componentes, a nivel técnico dichos componentes suelen denotarse con el nombre de “elementos de máquinas”. Cuando se realizan por ejemplo labores de mantenimiento, una falla en una máquina, implica muchas veces detener todo el proceso, pero pocas veces la falla es general, es decir las fallas en las máquinas suelen ser puntuales o en los elementos que la integran. Esta condición direcciona muchos procesos hacia el conocimiento e interpretación del funcionamiento y características de los componentes de la máquina por separado. En este orden de ideas, tendremos como objetivo “Identificar y analizar los mecanismos y elementos que integran los equipos industriales y/o las máquinas”.

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Una máquina está constituida por una serie de elementos más simples, se pueden definir como elementos de máquinas todas aquellas piezas o elementos más sencillos que correctamente ensamblados constituyen una máquina completa y en funcionamiento.

Aunque de forma más especifica o puntual podemos decir que en las máquinas podemos encuentran elementos de transmisión, elementos de soporte, elementos de acoplamiento, etc. Por ejemplo identifiquemos la transmisión por correa en el accionamiento de un torno.

Una máquina está compuesta por una estructura, un elemento motriz, mecanismos actuadores, circuitos y componentes de regulación y control.

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Componentes Para interpretar correctamente la operación y funcionalidad de los elementos de una máquina es importante conocer los conceptos y definiciones.

Elementos estructurales

Este tipo de elementos hacen referencia a la estructura de la máquina, definen su forma, sirven de apoyo y protegen o alojan en su interior el resto de los elementos móviles de la máquina. Técnicamente estos elementos también se conocen como bancada, bastidor, chasis, carrocería o carcasa, estos términos varían en función del tipo de máquina. Por ejemplo para el caso de una bomba hidráulica, se designa el nombre de carcasa, en la carcasa se incluyen el rotor, parte del eje del elemento motriz y algunos sellos. Elementos motrices o generadores de movimientos. Los elementos motrices son los encargados de generar los movimientos en las máquinas, por lo general estos elementos reciben señales eléctricas y las convierten en movimientos rotacionales como es el caso de los motores eléctricos ó lineales; o reciben señales de aire comprimido y los convierten en movimientos rotacionales como es el caso de los motores neumáticos. A nivel industrial es ampliamente empleado el motor eléctrico dado la alta gama de tamaños, formas constructivas y potencias, lo que permite que se ajusten fácilmente a cada necesidad.

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Circuitos Los circuitos son sistemas por medio de los cuales se transporta la energía de un lugar a otro de la máquina. El tipo de circuito se puede denotar en función del tipo de fluido que se transporta, por ejemplo podemos mencionar los circuitos eléctricos en los que se trasporta electricidad, circuitos neumáticos en los cuales se transporta aire comprimido y circuito hidráulico en los cuales se trasporta algún fluido hidráulico. Los circuitos pueden no ser considerados como un elemento especifico de las máquinas pero si son de suma importancia dado que permiten trasportar la energía o fluidos de control y permiten conectar los diferentes elementos de la máquinas.

Circuito eléctrico

Circuito neumático

Circuito hidráulico

Dispositivos de regulación y control Estos dispositivos son muy importantes en las máquinas dado que permiten realizar cualquier maniobra de control y/o regulación, un caso simple puede ser un pulsador de accionamiento, por medio del cual se genera el accionamiento de la máquina, alguna parte o dispositivo específico. Los elementos de control a su vez permiten regular las variables de las máquinas o algún flujo que interviene en la operación de la máquina. Un ejemplo básico puede ser una simple válvula.

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Mecanismos

Un mecanismo en términos generales se puede definir como un conjunto de elementos, que generalmente son rígidos, es decir que el cuerpo de estos elementos es rígido y que tiene como objetivo trasmitir o transformar un movimiento. Estos elementos rígidos en la práctica se conocen como eslabones e incluyen nodos por medio de los cuales se conectan barios eslabones para formar las cadenas cinemáticas.

Actuadores Se denominan actuadores a aquellos elementos que pueden provocar un efecto sobre un proceso automatizado, modificando los estados de un sistema. Su función es generar el movimiento de los elementos según las órdenes dadas por la unidad de control. El actuador recibe la orden de un regulador o controlador y da una salida necesaria para activar un elemento final de control, transformando la energía de entrada en energía de salida utilizable para realizar una acción. Los actuadores generan una fuerza a partir de líquidos, de energía eléctrica o gaseosa, por este motivo se requieren de dispositivos que realicen funciones de fuerza, movimiento, estabilidad, control de fluídos, temperatura o señales de alarma.

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Mecanismos Concepto

Los mecanismos son elementos destinados a transmitir y/o transformar fuerzas y/o movimientos desde un elemento motriz (motor) a un elemento conducido (receptor). Los mecanismos permiten al ser humano realizar determinados trabajos con mayor comodidad y menor esfuerzo. Por ejemplo por medio de un brazo robótico podemos generar movimientos repetitivos, precisos y manipular elementos de gran tamaño y peso. Técnicamente se llama mecanismo a un conjunto de sólidos resistentes, móviles unos respecto de otros, unidos entre sí mediante diferentes tipos de uniones, llamadas pares cinemáticas (pernos, uniones de contacto, pasadores, etc.), cuyo propósito es la transmisión de movimientos y fuerzas.

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Los mecanismos de barras son un caso específico de mecanismos destinados a transmitir o transformar los movimientos, este tipo de mecanismos está compuesto por barras rígidas que técnicamente se conocen como eslabones.

Estos eslabones hipotéticamente se definen como cuerpos rígidos los cuales poseen por lo menos dos nodos, que corresponden a punto de unión con otros eslabones. Estos puntos de unión técnicamente se conocen como juntas, las cuales permiten la conexión entre dos o más eslabones y a su vez permiten movimientos relativos entre ellos. Cuando existe un grupo integrado de eslabones en mecanismos de barras, como el ejemplo anterior, un mecanismo de cuatro barras, se suelen designar nombres a las barras tal como sigue:

Manivela La manivela es el término que se emplea para designar a todo aquel elemento que en el movimiento que efectúa, realiza una vuelta completa o revolución y que está unido o pivotado a un elemento fijo. Para el caso especifico del ejemplo del mecanismo de la máquina de coser, la manivela es el elemento comprendido entre los punto B y C, como se puede observar genera un movimiento circular en el punto C con centro en B.

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Balancín El balancín es el término que se asigna a los eslabones que tiene un movimiento de rotación oscilatoria entre puntos fijos, es decir generar un ángulo de apertura definido e invariable, el balancín esta siempre pivotado a un elemento fijo. En el ejemplo de la máquina de coser el balancín es el eslabón comprendido entre los puntos A y D, nótese como el movimiento que genera es oscilatorio o de vaivén.

Biela o acoplador La biela o el acoplador es el eslabón que conecta a la manivela y el balancín, el balancín no está pivotado a un elemento fijo, para el ejemplo corresponde al eslabón entre los puntos C y D.

Eslabón inmóvil o bastidor Este eslabón, en una barra figa o inmóvil, en algunos casos simplemente se asimila con la superficie de referencia o suelo, por lo que suele considerarse imaginaria, esta barra para el caso del ejemplo de la máquina de coser es el eslabón comprendido entre los puntos A y B, y que en la máquina de coser corresponde a la estructura que soporta el mecanismo, la base de la máquina y la propia máquina.

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Clasificación de los mecanismos Movimientos básicos Para interpretar adecuadamente la clasificación de los mecanismos, es importante conocer e interpretar correctamente los movimientos básicos que generalmente se pueden presentar en una máquina y que a su vez en función de la complejidad de los elementos y mecanismos se pueden generar combinaciones de ellos, estos movimientos básicos son: Movimiento lineal: este movimiento se realiza en línea recta y generalmente en un solo sentido. Movimiento rotativo: este movimiento se realiza en círculo y en un solo sentido. Movimiento alternativo: este movimiento es de constante avance y retroceso en línea recta. Movimiento oscilante: este movimiento es de constante avance y retroceso pero describiendo un arco. Teniendo en cuenta que los mecanismos pueden realizar diferentes tipos de movimientos, estos se pueden clasificar en mecanismos de transmisión de movimiento y mecanismos de transformación de movimiento.

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Mecanismos de transmisión de movimiento Los mecanismos de transmisión de movimiento tiene la función de transmitir el movimiento, la fuerza y la potencia generada en elementos motrices, los cuales ya se menciono que generalmente son motores eléctricos hasta otros puntos o mecanismo de la máquina. Para el caso especifico de los mecanismos de transmisión, el elemento motriz o conductor y el elemento conducido tendrán el mismo movimiento. Dentro del grupo de mecanismos de transmisión de movimiento tenemos dos subgrupos: a. Mecanismos de transmisión lineal: en este caso el movimiento de entrada y de salida tienen movimiento lineal. b. Mecanismos de transmisión circular: en este caso el movimiento de entrada y de salida tienen movimiento circular. Mecanismos de transmisión lineal Dentro del grupo de transmisión lineal están las palancas y los sistemas de poleas.  Palancas. La palanca es un sistema de transmisión lineal, constituido por una barra rígida que gira en torno a un punto de apoyo o articulación. En toda palanca se incluye una resistencia R y una fuerza F y la finalidad de la fuerza F es vencer la resistencia R.

Las palancas están gobernadas por una ley que dice, que una palanca estará en equilibrio cuando el producto de la fuerza F y la distancia desde el punto de apoyo hasta el punto de aplicación de la fuerza, a, es igual al producto de la resistencia R y la distancia desde el punto de apoyo al punto de aplicación de la resistencia, b. Fxa=Rxb

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Según la distribución del punto de apoyo, el punto de aplicación de la fuerza y el punto de aplicación de la resistencia a lo largo de la palanca, se pueden distinguir 3 grupos de palancas. Estos grupos comúnmente de designan como palancas tipo I ó de primer grado, tipo II ó de segundo grado y tipo III ó de tercer grado.

Palancas de primer grado En las palancas de primer grado el punto de apoyo está ubicado entre la fuerza aplicada y la resistencia, según la ubicación especifica del punto de apoyo la fuerza aplicada puede aumentar o disminuir en función de la distancia desde el punto de apoyo hasta el punto de aplicación de la fuerza. Algunos ejemplos puntuales de palancas de primer grado son la balanza, las tijeras, un gancho de ropa, unas pinzas, etc.

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Palancas de segundo grado En las palancas de segundo grado la resistencia está ubicada entre la fuerza aplicada y el punto de apoyo, el efecto de la fuerza aplicada se ve aumentada a medida que a>b. Algunos ejemplos puntuales de palancas de segundo grado son el destapador, la carreta, etc.

Palancas de tercer grado En las palancas de tercer grado la fuerza aplicada está ubicada entre la resistencia y el punto de apoyo, el efecto de la fuerza aplicada se ve aumentada a medida que a