analisis estructural de mecanismos

TI-1

Departamento de Ingeniería Mecánica

Tema 1: Análisis estructural de mecanismos

1.1 Introducción
La mecánica del sólido es una de las ramas de la física que, entre otras, contiene tres
subramas principales: cinemática, que está relacionada con el estudio del movimiento
relativo, y en la que aparecen solo magnitudes de longitud y tiempo; estática, que es el
estudio de las fuerzasy los momentos, independiente del movimiento; y cinética, que está
relacionada con la acción de las fuerzas en los cuerpos. A la unión de la cinemática y la
cinética se le denomina dinámica.
Un mecanismo es un dispositivo mecánico cuyo propósito es transferir movimiento y
acciones (fuerzas y momentos) desde una fuente de potencia (entrada) a una salida. Un

mecanismo consta de eslabones obarras, que están conectadas mediante pares
cinemáticos para formar cadenas abiertas o cerradas.
Tales cadenas cinemáticas, con al menos un eslabón fijo (que se llama marco, ya que sirve
como marco de referencia para el movimiento de todos los demás eslabones), se denominan
(1) mecanismos si al menos otros dos eslabones retienen la movilidad, o (2) estructuras, si
ningún eslabón es móvil. Enotras palabras, un mecanismo permite movimiento relativo entre
sus eslabones “rígidos”; una estructura no.
Los eslabones son las piezas individuales de los mecanismos y se consideran rígidos, es
decir, no cambian su forma durante el movimiento. Aunque ya sabemos que los cuerpos
rígidos no existen, los eslabones de los mecanismos se diseñan para que su deformación
sea mínima y se considerenrígidos.
Los elementos elásticos, como los muelles, no son rígidos y no se consideran eslabones.
Ellos no tienen efecto en la cinemática de los mecanismos, por lo que no se consideran
eslabones y se ignoran en los análisis cinemáticos. En cambio sí se consideran en los
análisis dinámicos, ya que ejercen fuerzas sobre los eslabones.
Los pares cinemáticos son conexiones entre eslabones, conposibilidad de movimiento. Los
más básicos son la articulación (también llamada revoluta), que permite la rotación pura
entre los eslabones que conecta y el par prismático (corredera) que permite un movimiento
relativo de traslación entre los elementos que conecta. En la figura 1.1 se aprecian estos dos
pares y más adelante se verán otros tipos.

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Figura 1.1

1.2 Movimientos en los mecanismos
Una gran cantidad de mecanismos exhiben movimientos tales, que todos los eslabones se
mueven en planos paralelos. En la figura 1.2 se aprecia una plataforma ajustable en altura,
en la que se usan dos mecanismos idénticos en los lados opuestos de la plataforma. Sin
embargo, elmovimiento de estos mecanismos es estrictamente en un plano vertical, por lo
que se considera mecanismo plano.

Figura 1.2
El movimiento plano de un sólido rígido consta de rotación alrededor de un eje perpendicular
al plano del movimiento y traslación, donde todos los puntos del sólido se mueven a lo largo
de rectas paralelas o trayectorias curvilíneas planas y todas las líneas ligadas al sólidopermanecen paralelas a su orientación original.
Los mecanismos espaciales permiten movimientos en tres dimensiones. Para ellos, y
dependiendo de las restricciones impuestas por los pares cinemáticos entre eslabones, son
posibles combinaciones de rotaciones alrededor de tres ejes no paralelos y traslaciones a lo
largo de tres direcciones diferentes.
En esta asignatura haremos especial hincapiéen este tipo de movimiento, llamado

bidimensional o movimiento plano.

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1.3 Clasificación de los mecanismos
Se han hecho numerosos intentos de clasificar los mecanismos, atendiendo a diferentes
puntos de vista, lo que ha dado lugar a una gran cantidad de clasificaciones en...