Mecanismos y Mquinas

Definiciones Se denomina mecanismo a un sistema de cuerpo creado artificialmente y destinado a transformar el movimiento de uno o varios cuerpos, en el movimiento que se requiere para imprimir a otros cuerpos .

Tambin podemos decir que mecanismos son ensamblajes de elementos slidos conectados por uniones que se mueven uno sobre otro con un movimiento relativo definido .

Los cuerpos slidos que forman parte de un mecanismo, se denominan elementos o eslabones . Un elemento o eslabn puede ser una pieza o puede constar de varias piezas . Sin embargo, todas estas piezas estn rgidamente unidas entre s y se mueven como un solo cuerpo slido .

Un eslabn tiene dos o ms pares o elementos de conexin, por medio de los cuales se pueden unir a otros elementos con el fin de transmitir fuerza o movimiento .

Un eslabn 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 ms conexiones

Se denomina soporte a un elemento que realmente permanece inmvil o que se considera inmvil . Aunque cada elemento tiene su propio movimiento especial, los movimientos de los diferentes elementos del mecanismo estn relacionados entre s. Una mquina es un dispositivo o conjunto de mecanismos que transforman o transmiten energa (de diferentes sustancias, vapor, agua, mezcla de combustibles), desde su fuente de energa hasta la resistencia que deben vencer .

Pares cinemticos y su clasificacin

Se llama par cinemtico a la unin de dos elementos que estn en contacto y que permite su movimiento relativo. De la mecnica se sabe que un cuerpo libre en el espacio posee seis grados de libertad, es decir, puede realizar seis movimientos independientes entre s.

Un cuerpo libre puede realizar tres movimientos de traslacin paralelos a los ejes x, y, z y tres movimientos giratorios respecto a los ejes paralelos a los de las coordenadas x, y, z.

Los movimientos posibles de un elemento respecto a otro pudiera ser de giro G o de traslacin T. El nmero de movimientos giratorios independientes no puede ser superior a tres, y el nmero de movimientos independientes de traslacin, no puede ser superior a dos .

Par cinemtico de un movimiento (de giro):

Par cinemtico de un movimiento (de traslacin):

Permite un solo movimiento de giro G, de un elemento respecto al otro . En un par giratorio, estas superficies en el elemento 1 son la cilndrica exterior a del rbol 1 y las planas b de los bordes . En el elemento 2 son las superficies cilndricas interna a y los anillos planos b. En este par cinemtico las superficies de ambos elementos estn constantemente en contacto .

El elemento 1 respecto al elemento 2 slo tiene el movimiento de traslacin que indica la flecha . Las superficies de contacto de estos elementos son las caras planas externa del elemento 1 y las caras planas internas del elemento 2. Estas superficies tambin estas constantemente en contacto .

Par cinemtico de dos movimiento (cilndrico):

Par cinemtico de tres movimiento (esfrico):

Permite un movimiento giratorio y otro de traslacin, ambos indicados por flechas . Las superficies que aqu estn en contacto permanente son la cilndrica interna del elemento 2 y la cilndrica externa del elemento 1.

El elemento 1, tiene una rotula de forma esfrica, que entra en la superficie esfrica del elemento 2. En un par esfrico, el elemento 1 puede girar respecto a cualquier eje que pase por el centro de la esfera O y en particular, respecto a los tres ejes de coordenadas .

Par cinemtico de cuatro movimiento (cilndrico):

Par cinemtico de cinco movimiento (esfrico):

El cilindro 1 esta en contacto con los planos al elemento 2 y puede girar alrededor de su propio eje, como tambin alrededor del eje perpendicular al plano del elemento 2. Adems el cilindro 1 puede tener dos movimientos de traslacin en dos sentidos recprocamente perpendiculares .

La esfera 1 , con respecto al plano 2, puede realizar cinco movimientos independientes ; lo que significa que de seis movimientos posibles, ha sido excluido el de traslacin en sentido perpendicular al plano del elemento 2.

Los pares cinemticos expuesto e la tabla anterior, todos los movimientos se consideran independientes . Sin embargo, existen pares cinemticos en los cuales dos o varios movimientos estn relacionados entre s segn una dependencia determinada . Como ejemplo de dicho par cinemtico, puede ser considerado un par helicoidal , que frecuentemente forma parte de diferentes mecanismos . El tornillo 1 respecto a la tuerca 2 tiene un movimiento giratorio alrededor de su propio eje y al mismo tiempo se desplaza a lo largo de este eje.

Sin embargo al girar un ngulo , el tornillo 1 se desplaza a lo largo del eje en una magnitud perfectamente determinada.

Pares cinemticos planos

Se denominan mecanismos planos , aquellos mecanismos en los que los puntos de sus elementos describen trayectorias planas que se encuentran en planos paralelos.

La leva y el rodillo forman un par cinemtico de dos grado de movilidad del tipo GT. La leva respecto al rodillo puede desplazarse con un movimiento de avance paralelo a la tangente comn T- T y adems, girar alrededor del punto de tangencia A.

Se emplea tambin la clasificacin de los pares cinemticos en dos grupos (segn Reuleaux ). Pares cinemticos inferiores : se forma slo cuando el contacto tiene lugar por superficies de sus elementos . Pares cinemticos superiores : puede formarse slo si el contacto de sus elementos es lineal o puntiforme . Los pares inferiores son giratorios, de traslacin, cilndricos, planos, esfricos y helicoidales . Todos los dems pares cinemticos son superiores .

Para una representacin ms cmoda de los pares cinemticos planos y de sus elementos, se emplea signos convencionales .

Nmero de grado de libertad de un mecanismo:

P.L. Chbyshev (1869)

Para un mecanismo espacial:

Para un mecanismo plano:

Los enlaces pasivos introducen un particularidad en las formulas anteriores . Se adiciona pn el cual es el nmero de los movimientos repetidamente privados o en otras palabras es el nmero de enlaces pasivos .

Determinacin del nmero de grados de libertad de un mecanismo: