FUNDAMENTOS DE MAQUINAS I

Inversión Cinemática

El conjunto de eslabones conectados se conoce como cadena cinemática. Cuando se elijen diferentes eslabones como referencia para una cadena cinemática dada, los movimientos relativos entre los distintos eslabones no se alteran; pero sus movimientos absolutos (los que se miden con respecto al de referencia) pueden cambiar drásticamente. El proceso de elegir como referencia diferentes eslabones de una cadena recibe el nombre de inversión cinemática.
En una cadena cinemática de n eslabones, si se escoge cada uno de ellos sucesivamente como referencia, se tienen n inversiones cinemáticas distintas de la cadena, es decir, n mecanismos diferentes.

Ley de Grasohft

Afirma que, para el eslabonamiento plano de cuatro barras, la suma de las longitudes más corta y más larga de los eslabones no puede ser mayor que la suma de las longitudes de los dos eslabones restantes, si se desea que exista una rotación relativa continua entre dos elementos.Esta ley específica que uno de los eslabones, en particular el más pequeño, girara continuamente en relación con los otros tres solo cuando

si no se satisface esta desigualdad, ningún eslabón efectuara una revolución completa en relación al otro.



Esta ley especifica el orden en que los eslabones se conectan, o cual de los eslabones de la cadena de cuatro barras es el fijo. En consecuencia, se está en libertad de fijar cualquiera de los cuatro que se crea conveniente.

Ventaja Mecánica

La ventaja mecánica de un eslabonamiento es la razón del momento de torsión de salida ejercido por el eslabón impulsado, al momento de torsión de entrada que se necesita en el impulsor. La ventaja mecánica del eslabón de cuatro barras es directamente proporcional al seno del ángulo Y comprendido entre el acoplador y el seguidor, e inversamente proporcional al seno del angulo B, formado por el acoplador y el impulsor. Por supuesto, estos dos ángulos y, por ende, la ventaja mecánica cambian en forma continua conforme se mueve el eslabonamiento.

Cuando el seno del ángulo B, se hace cero, la ventaja mecánica se hace infinita; de donde, en dicha posición, solo se necesita un pequeño momento de torsión de entrada para contrarrestar una carga de momento de torsión de salida sustancial. Por esto cuando la ventaja mecánica es infinita se dice que el eslabonamiento tiene una posición de volquete.

El ángulo Y, entre el acoplador y el seguidor se llama ángulo de transmisión. Conforme este disminuye, la ventaja mecánica se reduce e incluso una cantidad pequeña de fricción hará que el mecanismo se cierre o se trabe.

Las definiciones de ventaja mecánica, volquete y ángulo de transmisión dependen de la elección de eslabones impulsor e impulsado.

Curvas de acoplador

Durante el movimiento de eslabonamiento, cualquier punto fijado al plano del acoplador genera una trayectoria determinada con respecto al eslabón fijo y que recibe el nombre de curva del acoplador. Dos trayectorias de este tipo, a saber, las generadas por las conexiones del pasador del acoplador, son simples círculos cuyos centros se encuentran en dos pivote fijos; pero existen otros puntos que describen curvas más complejas.
La ecuación algebraica de una curva del acoplador es, en general, de sexto orden; de donde, es posible hallar curvas con una gran variedad de formas y muchas características interesantes. Por consiguiente a menudo no es necesario emplear un mecanismo con muchos eslabones para obtener un movimiento bastante complejo.

Mecanismos de línea recta
El resultado mejor conocido de la invención del mecanismo de línea recta es el desarrollado por Watt para guiar el pistón de las primeras maquinas a vapor. El eslabonamiento de Watt es uno de cuatro barras, que desarrolla una línea aproximadamente recta como parte de una curva de acoplador. Aunque no describe una recta exacta, se logra una aproximación aceptable sobre una distancia de recorrido considerable. Otros tipos de mecanismos de línea recta son: el mecanismo de Roberts, el eslabonamiento de Chebychev y el inversor de Peaucillier entre otros.

Mecanismos de retorno rápido
En operaciones repetitivas existe por lo común una parte del ciclo en la que el mecanismo se somete a una carga, llamada carrera de avance o de trabajo, y una parte del ciclo es conocida como carrera de retorno en la que el mecanismo no efectúa trabajo sino que se limita a devolverse para repetir la operación. Una medida de lo apropiado de un mecanismo desde el punto de vista, conocida con el nombre de razón del tiempo de avance al tiempo de retorno, se define mediante la formula

Un mecanismo para el cual el valor de Q es grande, resulta más conveniente para esta clase de operaciones repetitivas que aquellos que se caracterizan por valores pequeños de Q. Los mecanismos con valores de Q superiores a la unidad se conocen como de retorno rápido. Para un mecanismos corredera-manivela, se mide el ángulo alfa (a) que se recorre durante la carrera de avance, y el ángulo restante de la manivela se considera como B , de la carrera de retorno; y si el periodo del motor es T , entonces:

Tiempo de carrera de avance:





Tiempo de carrera de retorno:





Despejando con respecto a la primera formula tenemos: