Es más fácil representar las piezas en forma de esqueleto, tal que sólo las dimensiones que influyen en el movimiento del mecanismo son mostradas. Los bosquejos de mecanismos son frecuentemente referidos como diagramas cinemáticos. El propósito de estos diagramas es similar a un esquema de un circuito eléctrico o diagramas de tuberías, en que representan variables que afectan la función principal del mecanismo. La figura muestra los símbolos típicos usados en la creación de diagramas cinemáticos.
Un diagrama cinemático se debe dibujar a una escala proporcional al mecanismo real. Por conveniencia, se numeran los eslabones, iniciando con la bancada como eslabón número 1. Para evitar confusión, los pares cinemáticos se marcarán con letras (R para revolutas y P para prismáticos) con dos números como subíndices, los cuales representarán a los eslabones que contactan.
Ejemplo 1. La figura muestra una guillotina, la cual es usada para cortar tablillas laminadas electrónicas. Dibuje el diagrama cinemático.
SOLUCIÓN:
El primer paso para construir un diagrama cinemático es decidir la pieza que será designada como la bancada. El movimiento de todos los demás eslabones será relativo con respecto a la bancada. En otras palabras, su selección es obviamente que se considerará firme con respecto a la tierra.
En este problema, la base grande, la cual está atornillada a la mesa, se designará como la bancada. La base será etiquetada como el eslabón 1.
2. Identifique los demás eslabones.
Cuidadosamente, observe y nombre los demás eslabones con base en su número. Estos eslabones son:
Eslabón 2: Balancín
Eslabón 3: Corredera
Eslabón 4: Biela
3. Identifique los pares cinemáticos.
Existen tres revolutas que son usadas para conectar tres eslabones diferentes. Esas revolutas son R12, R23 y R34. El cortador representará un par prismático, ya que se desliza a lo largo de la bancada. Este par prismático es P14. Debido a que este par cinemático posee el número 1, este par también será, como anteriormente se marcó, una corredera.
4. Identifique algún punto de interés.
Finalmente, el movimiento del extremo del maneral (balancín) es deseado. Este es designado como el punto de interés X.
El diagrama cinemático se muestra en la siguiente figura:
Ejemplo 2. La figura muestra la pinza de presión. Dibuje el diagrama cinemático.
SOLUCIÓN:
1. Identifique la bancada o eslabón fijo.
El primer paso para construir un diagrama cinemático es decidir la pieza que será designada como la bancada. En este problema, ninguna pieza está fija a la tierra. Así, la selección de la bancada es arbitraria.
El maneral superior será designado como la bancada. El movimiento de todos los demás eslabones es determinado relativos al maneral superior. El maneral superior será el eslabón 1.
Cuidadosamente, observe y nombre los demás eslabones con base en su número. Estos eslabones son:
Eslabón 2: Biela
Eslabón 3: Balancín
Eslabón 4: Balancín
3. Identifique los pares cinemáticos.
Existen cuatro revolutas, las cuales son conectadas a diferentes eslabones. Esas revolutas son R13, R23, R24 y R14.
4. Identifique algún punto de interés.
El movimiento del extremo de la quijada inferior es deseado y se designa como el punto de interés X. Finalmente, el movimiento del maneral inferior es también deseado y se designa como el punto de interés Y.
5. Dibuje el diagrama cinemático.
El diagrama cinemático se muestra en la siguiente figura:
Ejemplo 3. La figura muestra un mecanismo de un sellador. Dibuje el diagrama cinemático y ubique los puntos de interés. También, calcule el grado de libertad para el sellador.
SOLUCIÓN:
1. Identifique la bancada.
El componente que está atornillado a la mesa se designa como la bancada. El movimiento de los otros eslabones serán referidos con respecto a la bancada. La bancada es el eslabón 1.
2. Identifique los demás eslabones.
Cuidadosamente, observe y nombre los demás eslabones con base en su número. Estos eslabones son:
Eslabón 2: Balancín
Eslabón 3: Balancín
Eslabón 4: Biela
3. Identifique los pares cinemáticos.
Existen cuatro revolutas, las cuales son conectadas a diferentes eslabones. Esas revolutas son R13, R34,R24 y R12.
4. Identifique algún punto de interés.
El movimiento de la superficie del sellador es deseada y se designa como el punto de interes X. Finalmente, el movimiento del extremo del maneral 2 será designado como el punto de interés Y.
5. Dibuje el diagrama cinemático.
El diagrama cinemático se muestra en la siguiente figura:
6. Calcule la movilidad.
Se observa que existen cuatro eslabones y cuatro revolutas. Así:
Con un grado de libertad, el mecanismo del sellador es conocido. Al mover un solo eslabón, el maneral 2 (balancín), se precisa la posición de los demás eslabones del mecanismo.
Ejemplo 4. La figura muestra el dispositivo aplastador de latas para fácil reciclado. Dibuje el diagrama cinemático, con el extremo del maneral como un punto de interés. También, calcule el grado de libertad del dispositivo.
SOLUCIÓN:
1. Identifique la bancada.
La pieza en ángulo del dispositivo sirve como una base y se puede fijar a una pared. Este componente se considerará como la bancada. El movimiento de los otros eslabones serán referidos con respecto a la bancada y éste será el eslabón 1.
Cuidadosamente, observe y nombre los demás eslabones con base en su número. Estos eslabones son:
Eslabón 2: Balancín
Eslabón 3: Corredera
Eslabón 4: Biela
3. Identifique los pares cinemáticos.
Existen tres revolutas y un par prismático, las cuales son conectadas a diferentes eslabones. Esas revolutas son R12, R24 y R34, mientras que el prismático es P13.
4. Identifique algún punto de interés.
El movimiento del extermo del maneral es deseada y se designa como el punto de interes X.
5. Dibuje el diagrama cinemático.
El diagrama cinemático se muestra en la siguiente figura:
Anteriormente, se determinó que existen cuatro eslabones en este mecanismo, además de que existen tres revolutas y un par prismático. Así:
y
Con un grado de libertad, el mecanismo del aplastador de latas es conocido. Al mover un solo estabón, el maneral (balancín 2), precisará las posiciones de los demás eslabones, mientras que el eslabón de salida será determinado por el bloque aplastador.
Ejemplo 5. La figura muestra un dispositivo que puede ser usado para cortar material. Dibuje el diagrama cinemático, con el extremo del material y el borde del cortador como puntos de interés. También, calcule el grado de libertad para el cortador.
1. Identifique la bancada.
La base está atornillada a una superficie de trabajo y se puede designar como la bancada. El movimiento de los otros eslabones serán referidos con respecto a la bancada y éste será el eslabón 1.El movimiento de los otros eslabones serán referidos con respecto a la bancada y éste será el eslabón 1.
2. Identifique los demás eslabones.
Cuidadosamente, observe y nombre los demás eslabones con base en su número. Estos eslabones son:
Eslabón 2: Engrane/maneral
Eslabón 3: Cortador que actúa como balancín
3. Identifique los pares cinemáticos.
Dos revolutas se usan para conectar a diferentes eslabones. Una revoluta conecta al cortador con la bancada (R13) y la otra se usa para conectar al engrane/maneral con la palanca del cortador (R23.).
El engrane/maneral está también conectado a la bancada con un par superior, etiquetado como j2.
4. Identifique algún punto de interés.El movimiento del extremo del maneral es deseada y se designa como el punto de interes X. El movimiento de la superficie del cortador es tambíen deseado y se designa como el punto de interés Y.
5. Dibuje el diagrama cinemático.
El diagrama cinemático se muestra en la siguiente figura:
6. Calcule la movilidad.
Para calcular la movilidad, se determinó que existen tres eslabones en este mecanismo, además de dos revolutas y un par cinemático superior. Así:
Con un grado de libertad, el mecanismo del cortador de piezas es conocido. Al mover un solo estabón, el maneral (balancín 2), precisará las posiciones de los demás eslabones, mientras que el eslabón de salida será determinado por la cuchilla.
Con el fin de operar un mecanismo, un actuador o un dispositivo impulsor, se requiere para proveer el movimiento de entrada y energía. Precisamente, para operar un mecanismo, un impulsor se requiere para cada grado de libertad exhibido. Muchos diferentes actuadores se usan en máquinas comerciales e industriales y mecanismos.
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Cilindros hidráulicos o neumáticos
Los cilindros hidráulicos o neumáticos son componentes comunes usados para impulsar a un mecanismo con una carrera lineal limitada. La figura (a) ilustra un cilindro hidráulico. La figura (b) muestra la representación cinemática común para el cilindro.
El cilindro contiene un ensamble de barra y pistón que se desliza relativo a un cilindro. Para propósitos cinemáticos, existen dos eslabones (pistón /barra y cilindro), conectados con un par prismático. Además, el cilindro y el exstremo de la barra usualmente tiene provisiones para revolutas.
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Actuadores de tornillo
Los actuadores de tornillo también producen una carrera lineal limitada. Esos actuadores consisten de un motor, el cual gira a un tornillo. Una palanca proporciona el movimiento lineal. Los actuadores de tornillo pueden ser comúnmente controlados y pueden directamente reemplazar cilindros. Sin embargo, son considerablemente mas costosos que los cilindros si el aire o la fuente hidráulica son avalables. Similar a los cilindros, los actuadores de tornillo también tienen provisiones para revolutas en los dos extremos. Así, el diagrama cinemático es idéntico a la figura (b).
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Ejemplo 6. La figura muestra un pie de compuerta para estabilizar una camioneta. Dibuje el diagrama cinemático, considerando al extremo del pie de la compuerta como un punto de interés. También, calcule el grado de libertad.
SOLUCIÓN:
1. Identifique la bancada.
Durante la operación de la compuerta, la camioneta se mantiene estacionaria. Así, la camioneta se considerará como la bancada. El movimiento de los otros eslabones estarán referidos con respecto a la bancada y éste será el eslabón 1.
2. Identifique los demás eslabones.
Cuidadosamente, observe y nombre los demás eslabones con base en su número. Estos eslabones son:
Eslabón 2: Balancín
Eslabón 3: Balancín
Eslabón 4: Collarín
3. Identifique los pares cinemáticos.
Tres revolutas se usan para conectar diferentes eslabones. Una conecta a la compuerta con la bancada (R12), otra conecta a la compuerta (balancín) con el collarín (R24) y la última conecta al cilindro con la camioneta (R13).
Un par prismático se presenta en el cilindro. Este conecta al collarín con el cilindro (P34). Como se observa, el par prismático no está referido a la bancada 1, por lo que el nombre del eslabón es collarín.
4. Identifique algún punto de interés.
El pie de la compuerta es parte del eslabón 2, y un punto de interés, localizado en el fondo del pie de la compuerta, será el punto de interés X.
5. Dibuje el diagrama cinemático.
El diagrama cinemático se muestra en la siguiente figura:
6. Calcule la movilidad.
Anteriormente, se determinó que existen cuatro eslabones en este mecanismo, además de que existen tres revolutas y un par prismático. Así:
y
Con un grado de libertad, el mecanismo la compuerta es conocido. Al mover un solo eslabón, el pistón, precisará las posiciones de los demás eslabones de la compuerta, localizando el pie de estabilidad sobre la tierra.
_________________________________________________________________________________Ejemplo 7. La figura muestra una mesa desplegable, usada para ajustar la altura de trabajo de diferentes objetos. Dibuje el diagrama cinemático y calcule el grado de libertad.
SOLUCIÓN:
1. Identifique la bancada.
La base inferior de la placa descansa sobre una superficie fija. Además, la placa base será designada como la bancada. El apoyo de la parte inferior derecha está atornillada a la base de la placa. También, los dos cojinetes que soportan al tornillo están atornillados a la placa base.
El movimiento de todos los eslabones estarán referidos a la placa base inferior, el cual está numerado como el eslabón 1.
2. Identifique los demás eslabones.Cuidadosamente, observe y nombre los demás eslabones con base en su número. Estos eslabones son:
Eslabón 2: Tuerca (corredera)
Eslabón 3: Brazo soporte apoyado a la tuerca de la mesa (biela)
Eslabón 4: Brazo soporte apoyado con el apoyo fijo (balancín)
Eslabón 5: Mesa (biela)
Eslabón 6: Eslabón extra usado para modelar el perno en la ranura con un perno separado y un par prismático.
3. Identifique los pares cinemáticos.
Un par prismático se usa para modelar el movimiento entre el tornillo y la tuerca (P12). Una revoluta (R23) conecta a la tuerca con el brazo soporte apoyado a la tuerca. Una revoluta (R34) conecta a los dos brazos. Otra revoluta (R46) conecta a los eslabones 4 y 6. Un par prismático (P56) une al collarín 6 con la mesa (biela 5). Una revoluta (R35) conecta a la mesa con el brazo 3. Por último, una revoluta (R14) se usa para conectar la base al brazo 4.
4. Dibuje el diagrama cinemático.
El diagrama cinemático se muestra en la siguiente figura:
6. Calcule la movilidad.
Anteriormente, se determinó que existen cuatro eslabones en este mecanismo, además de que existen tres revolutas y un par prismático. Así:
y
Con un grado de libertad, la mesa desplegable tiene un movimiento conocido. Al mover un solo estabón, el maneral que rota al tornillo, que precisará la posición de todos los demás eslabones en el dispositivo, levantan o bajan la mesa.
Pares cinemáticos coincidentes
Algunos mecanismos tienen tres eslabones que se conectan en un punto de perno común, como se muestra en la figura. Esta situación trae confusión al diagrama cinemático. Físicamente, un perno se puede usar para conectar los tres eslabones. Sin embargo, por definición, un par cinemático de revoluta conecta a dos eslabones.
Por análisis cinemático, esta configuración debe ser matemáticamente modelado como dos pares cinemáticos separados. Un par cinemático conectará al primero y segundo eslabones. Entonces, el segundo par cinemático conectará al segundo y tercer eslabones. Así, cuando tres eslabones están sobre una revoluta o perno en común, se modela el par cinemático como dos revolutas.
Cuando se unen n eslabones por medio de un solo pasador, se deben contar n - 1 pares cinemáticos separados, pero concéntricos.
Ejemplo 8. La figura muestra una prensa mecánica usada para ejercer grandes fuerzas para insertar una pequeña pieza dentro de la prensa. Dibuje el diagrama cinemático, usando el extremo de la palanca como un punto de interés. También, calcule el grado de libertad.
SOLUCIÓN:
1. Identifique la bancada.
La base inferior para la prensa mecánica se sitúa sobre una mesa de trabajo y permanece estacionario durante su funcionamiento. Así, esta base inferior se considerará como la bancada. El movimiento de los demás eslabones estarán referidos a la base inferior. La bancada será el eslabón 1.
2. Identifique los demás eslabones.Cuidadosamente, observe y nombre los demás eslabones con base en su número. Estos eslabones son:
Eslabón 2: Palanca (balancín)
Eslabón 3: Brazo que conecta a la palanca a otros brazos (biela)
Eslabón 4: Brazo que conecta la base a otros brazos (balancín)
Eslabón 5: Brazo que conecta la prensa a los otros brazos (biela)
Eslabón 6: Cabezal de la prensa (corredera)
3. Identifique los pares cinemáticos.
Las revolutas se usan para conectar varias piezas diferentes. Una conecta a la palanca con la base (R12). Otra conecta a la biela 3 con la palanca (R23). Otra conecta al balancín 4 con la base (R14). Otra conecta a la biela 5 con el cabezal de la prensa 6 (R56).
En la figura, aparecen un perno que conecta a los tres brazos (eslabones 3, 4 y 5) juntos. Dado que tres eslabones diferentes se unen en un punto común, éste se debe modelar como dos revolutas separadas. Estas revolutas son R34 y R35.
Un par prismático conecta al cabezal de la prensa (corredera) con la base (bancada) y se designa como P16.
4. Identifique algún punto de interés.
El movimiento del extremo de la palanca es deseada y se designa como el punto de interes X.
5. Dibuje el diagrama cinemático.
El diagrama cinemático se muestra en la siguiente figura:
Para calcular la movilidad, se determinó que existen seis eslabones en este mecanismo, además de seis revolutas y un par prismático. Así:
y
Con un grado de libertad, el mecanismo de prensa mecánica es conocido. Al mover un solo eslabón, la palanca, se precisa las posiciones de los demás eslabones en la prensa, deslizando el cabezal de la prensa hacia la pieza de trabajo.
Existen varias técnicas o reglas de trasformación de mecanismos que pueden aplicarse a las cadenas cinemáticas en un plano.
- Una junta completa de rotación puede remplazarse por una junta prismática sin cambio en los GDL del mecanismo, siempre que al menos dos juntas de rotación estén en un arreglo.
- Una junta completa puede remplazarse por una semijunta, pero esto aumentara en uno los GDL
- La eliminación de un eslabón reducirá uno los GDL.
- La combinación de los 2 anteriores mantendrá sin cambio los GDL originales.
- Un eslabón ternario o de orden superior puede ser parcialmente “contraído” a un eslabón de orden inferior por la coalición de nodos. Esto creara una junta múltiple paro no cambiara los GDL del mecanismo.
- La contracción completa de un eslabón de orden superior equivale a su eliminación. Se creara una junta múltiple y los GDL se reducirá.
Transformación de eslabonamientos
a) Transformación de una manivela-balancín de cuatro barras en una manivela –corredera.
b) Trasformación de la manivela-corredera en el yugo escocés.
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c) El mecanismo leva-seguidor tiene un eslabonamiento efectivo equivalente de cuatro barras.
MOVIMIENTO INTERMITENTE
El movimiento intermitente es una sucesión de movimientos y detenimientos. Un detenimiento es un lapso en el que el eslabonamiento de salida permanece estacionario, en tanto que el eslabón de entrada continua moviéndose. Hay muchas aplicaciones en maquinaria en las que se necesita movimiento intermitente. Entre ellas:
· MECANISMO DE GINEBRA.
· MECANISMO DE TRINQUETE.
· MECANISMO DE GINEBRA LINEAL.
TRINQUETE
Es una pieza móvil , en forma de gancho, que permite el giro de una rueda dentada en un determinado sentido y la bloquea en sentido contrario. Se emplea en carretes de pesca, para fijar persianas, etc.
GINEBRA
