Cinemática de maquinas

La cinemática de las maquinas, también llamada mecanismos, es una disciplina que enlaza ciencias más básicas, como dinámica, con otras más ingenieriles o de aplicación, tales como el diseño de maquinas.

Se define también como aquella división del diseño de maquinas que concierne con el diseño cinemático de eslabonamientos, levas, engranes, etc. A fin de precisar el significado de la cinemática de las maquinas se requiere de dos definiciones adicionales.

➤ Diseño de maquinas: Es la creación de un plan para la construcción de una maquina o dispositivo para realizar una función.

➤  Diseño cinemático: Es diseño sobre la base de requerimientos de movimiento, en contraste con el diseño en base a requerimientos de resistencia y rigidez. Así pues, es posible redefinir la cinemática de las maquinas como: “Aquella parte del diseño de maquinas que concierne con el diseño, en base a requerimientos de movimiento, de eslabonamientos, levas, engranes, etc.”

                     

¿Que es la cinemática? 

Para poder entender de una forma mas simple el concepto de cinemática lo enseñaremos a través de la siguiente infografía.

¿Que son los diagramas cinemáticos?

En el análisis del movimiento de una máquina, con la frecuencia se dificulta visualizar el movimiento de los componentes en el dibujo completo de un ensamble. La figura 2.1 presenta una máquina que se utiliza para manejar partes en una línea de ensamble. Un motor produce la fuerza giratoria que impulsa un mecanismo que mueve los brazos delante de un lado a otro de manera sincronizada. Como se observa en la figura 2.2, una imagen completa de la máquina es muy compleja, por lo que resulta difícil concentrarse en el movimiento en consideración.

Es más fácil representar las partes de manera esquemática, de modo que solo se muestren las dimensiones que influyen en el movimiento del mecanismo. Tales diagramas “desmontados” se conocen con frecuencia como diagramas cinemáticos, cuyo propósito es similar al de los diagramas esquemáticos de los circuitos eléctricos o de los diagramas de tubería, donde se representan las variables que afectan la función principal de mecanismo. En la siguiente tabla se muestran las convenciones comunes que se usan en la elaboración de los diagramas cinemáticos.

  

Se requiere que un diagrama cinemático se dibuje a una escala proporcional con el mecanismo real. Para efectos de identificación, los eslabones se numeran, iniciando con la bancada como el eslabón número 1. Para evitar confusión, las uniones se identifican con letras.

PROBLEMA EJEMPLO

La figura 2.3 ilustra unas pinzas, Dibuje su diagrama cinemático.

     1. Identifique la bancada

El primer paso es decidir qué parte se designará como bancada. En este problema no hay partes sujetas al suelo. Por consiguiente, la selección de la bancada es arbitraria.

Se designa el mango superior como bancada. El movimiento de todos los demás eslabones se determina en relación con el mango superior. El mango superior se identifica como el eslabón 1.

     2. Identifique todos los demás eslabones

Una observación cuidadosa revela otras tres partes que se mueven:

Eslabón 2: Mango inferior

Eslabón 3: Mordaza inferior

Eslabón 4: Barra que conecta el mango superior y el mango inferior

     3. Identifique las uniones

Se utilizan cuatro pernos para conectar estos eslabones (el eslabón 1 al 2, 2 al 3, el 3 al 4 y el 4 al 1). Estas uniones se identifican con las letras A a D.

     4. Identifique los puntos de interés

Se desea conocer el movimiento en el extremo de la mordaza inferior, el cual se designa como el punto de interés X. Finalmente, también se busca determinar el movimiento en el extremo del mango inferior, que se designa como el punto de interés Y.

     5. Elabore el diagrama cinemático

El diagrama cinemático se observa en la figura 2.4.

¿Que es el eslabonamiento?

Un eslabonamiento es una cadena cinemática en la cual se ha fijado uno de sus eslabones a un marco de referencia, este eslabón fijo se denomina marco o eslabón fijo. Por otro lado, la palabra eslabonamiento se emplea, con un sentido más específico, para nombrar mecanismos formados exclusivamente por pares inferiores.

Eslabón: Es el elemento de una maquina o mecanismo que conecta a otros elementos y que a su vez tienen movimientos relativos entre ellos, a los eslabones fijos como son las bancadas o armaduras siempre se les va a dar el № 1 al eslabón que contiene la velocidad radial (w) de entrada, se les dará № 2 y así sucesivamente se les dará una numeración progresiva con la cual formara una cadena cinemática. Se tienen 2 tipos de eslabones que son: eslabones rígidos y eslabones flexibles

Eslabones rígidos: A este tipo de eslabones pertenece la mayoría de las partes metálicas de las maquinas y lo podemos definir como un cuerpo rígido formado por 2 o más elementos acoplados que son capaces de transmitir esfuerzos ya sea a tensión o compresión como en una biela, engranes, ruedas, etc.

Eslabones flexibles: Son aquellos elementos de máquina que solo pueden ofrecer resistencia en una sola forma ya sea de compresión como podría ser el caso de los pernos que reciben el empuje de la manivela con respecto a la biela.

       

Movimientos de un mecanismo

Un mecanismo es un dispositivo que transmite y/o transforma una fuerza y movimiento de entrada en una fuerza y movimiento resultantes que permiten resolver una necesidad o problema técnico planteado.

Tipos de movimiento en un mecanismo:

Movimiento lineal: Es el desplazamiento de un cuerpo en línea recta o en una dirección determinada (un tren, por ejemplo).

Movimiento rotatorio o circular: Es el desplazamiento de un cuerpo que sigue una trayectoria circular (una noria de feria).

                      

Movimiento alternativo: Es el desplazamiento de un cuerpo hacia delante y hacia atrás, a lo largo de una línea (un reloj de cuco, un pistón de un motor de explosión).

                                

Movimiento oscilante: Es el desplazamiento de un cuerpo hacia delante y hacia atrás según una trayectoria curva, que describe un arco de circunferencia. Un ejemplo lo proporciona el péndulo.