Conceptos fundamentales de máquinas, mecanismos, eslabón, junta, cadena cinemática, pares cinemáticos, clasificación, movilidad, condiciones de grashof e inversion cinemática

DEPARTAMENTO DE ENERGÍA Y MECÁNICA
INGENIERÍA MECATRÓNICA
PRODUCTO ACREDITABLE 1:
ELABORACIÓN UN RESUMEN SOBRE LOS CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE
MÁQUINA, MECANISMO, ESLABÓN, JUNTA, CADENA CINEMÁTICA, PARES
CINEMÁTICOS, CLASIFICACIÓN, MOVILIDAD, CONDICIÓN DE GRASHOF E
INVERSIÓN CINEMÁTICA.
INTEGRANTE:
 Jean Carlos Campaña
DOCENTE:
 Ing. Miguel Alberto Carvajal Naranjo
FECHA: Latacunga, 09 de Junio del 2021
MAYO – SEPTIEMBRE 2021
RESUMEN
Se presenta en el trabajo de investigación los conceptos fundamentales de máquina,
mecanismo, eslabón, junta, cadena cinemática, pares cinemáticos, clasificación, movilidad,
condición de Grashof e inversión cinemática. para lo cual la metodología utilizada fue en base
a información obtenida de documentos y libros digitales con respecto al tema a tratar
Máquina
Se conoce como máquina a un conjunto de cuerpos rígidos y resistentes, mecanismos que
pueden transmitir y transformar el movimiento para producir trabajo, las cuales producen altas
fuerzas y potencias.
Algunas de las máquinas más conocidas son: Una grúa, la bicicleta, gato del coche, tractor,
mecanismo biela manivela, etc.
Mecanismo
Es la unión de dos o más elementos llamados eslabones que transmiten y transforman el
movimiento
Se transmiten bajas fuerzas y potencias
Algunos de los mecanismos más conocidos son: Un paraguas, silla plegable, lámpara de
escritorio, rueda excéntrica, etc.
Libres. - Formados por más de 4 eslabones, no permiten movimiento y posiciones relativas
constantes en cada ciclo, no son parte de ninguna máquina.
Desmodrómicos. - Formado por 4 eslabones, permiten movimientos y posiciones relativas
constantes en cada ciclo.
Rígidos. - Formado por 3 eslabones, no existe movimiento relativo entre estos.
Eslabón
Cuerpo rígido o resistente con 2 o más elementos de enlace (nodos).
Los elementos de enlace son los maquinados que se realizan en los eslabones para unir a otros
eslabones.
Tipos de eslabones:
Fig. 1 Tipos de eslabones (Norton, 2009)
Junta
Conexión entre dos o más eslabones, permitiendo movimiento o potencial entre estos.
Se pueden clasificar por:
Tipo de contacto entre los elementos, de línea, de punto o superficie.
Número de grados de libertad permitidos en la junta.
Tipo de cierre físico de la junta; este a su vez puede ser: cerrado por fuerza o por forma.
-
Número de eslabones unidos (orden de la junta)
Cadena Cinemática
Unión de eslabones, al considerar uno fijo se forma un mecanismo. La diferencia entre cadena
cinemática y un mecanismo, es que el segundo resulta cuando una cadena cinemática tiene al
menos un eslabón fijo, los cuales son:
Cadena cinemática abierta
Cadena cinemática cerrada
Fig. 2 Cadenas cinemáticas (Castillo, 2005)
Pares Cinemáticos
También conocidas como juntas.
Se subdividen en:
Pares Inferiores: Contacto superficial, un ejemplo es un pasador rodeado por un
orificio.
Pares Superiores: Juntas con contacto de punto o línea.
Pares Envolventes: Están dentro de los pares superiores, un claro ejemplo es la
conexión de una banda a una polea.
Semijunta: Cuando existe rodadura y deslizamiento.
Fig. 3 Tipos de Juntas (Norton, 2009)
Movilidad
Denominados también como grados de libertad, denominada con la letra M, determina el
número de entradas necesarias para que se pueda mover el mecanismo.
Para determinar la movilidad del mecanismo, se usan estas dos ecuaciones:
Tabla 1. Ecuaciones de Movilidad
Ecuación de Gruebler
M = 3(L − 1) − 2J
Donde:
L: Número de eslabones
J: Número de juntas
Ecuación de Kutzbach
M = 3(L − 1) − 2J1 − J2
Donde:
L: Número de eslabones
J1: Número de juntas de 1 GDL
(completas)
J2: Número de juntas de 2 GDL (semi)
Condición de Grashof
Para un eslabonamiento plano de cuatro barras, la suma de las longitudes más cortas y más
largas no puede ser mayor que la suma de las longitudes de los dos eslabones restantes.
Para que exista una rotación relativa entre dos elementos se considerara la siguiente expresión:
S+L≤P+Q
Donde:
S: Longitud del eslabón más corto.
L: Longitud del eslabón más largo.
P: Longitud de un eslabón restante.
Q: Longitud de otro eslabón restante.
Clase I: 𝑺 + 𝑳 < 𝑷 + 𝑸
Al menos un eslabón podrá realizar una revolución completa con respecto al plano
de bancada.
Clase II: 𝑺 + 𝑳 > 𝑷 + 𝑸
Todas las inversiones serán balancines triples, es decir, ningún eslabón podrá girar
por completo.
Clase III: 𝑺 + 𝑳 = 𝑷 + 𝑸
Todas las inversiones serán dobles-manivelas o manivela-balancín.
Inversión Cinemática
El proceso de inversión cinemática se basa en fijar un eslabón de la cadena cinemática, con
diferentes eslabonamientos y estudiar el comportamiento que tiene el mecanismo. Por ejemplo
en un mecanismo de manivela-corredera, como se ve a continuación:
Fig.4 Inversión cinemática para un mecanismo manivela-corredera (Guerra, 2020)
Bibliografía
Castillo, A. (2005). Cinemática de las máquinas. México : Prentice Hall.
Guerra, C. (2020, 03 01). Tutor Mechanism. From
http://74.208.177.221/TutorMechanism/index.html?InverCinematica.html
Norton, R. (2009). Diseño de Maquinaria: Sintesis y análisis de máquinas y mecanismos .
McGraw- Hill Education.