Analisis Estructural

LECCIÓN N° 1 ° ANÁLISIS ESTRUCTURAL Y CLASIFICACIÓN DE LOS MECANISMOS
1.1 DEFINICIONES FUNDAMENTALES Mecanismo: Se llama mecanismo a un sistema de cuerpos creado artificialmente y destinado a transformar el movimiento de uno o varios cuerpos en el movimiento exigido de otros cuerpos. Todo mecanismo se compone de varios cuerpos separados (piezas). En los mecanismos de tipo estacionario algunaspiezas son inmóviles y otras se mueven con relación a aquellas. En los mecanismos de tipo móvil, cómo por ejemplo el motor del automóvil, se toma condicionalmente como inmóviles aquellas piezas que están unidas solidariamente al marco del automóvil. Cada pieza móvil o grupo de piezas, que conforman un sistema rígido de cuerpos se denomina eslabón móvil del mecanismo. De esta manera, por ejemplo, labiela de un motor de combustión interna es un eslabón móvil, aunque se componga de varios elementos o piezas: cuerpo de la biela, tapa, casquillos, espárragos, etc. Todas las piezas inmóviles conforman un solo sistema rígido e inmóvil de cuerpos, llamado eslabón inmóvil o bastidor. Refiriéndonos al ejemplo anterior: el bloque, los apoyos del cigüeñal, etc., conforman el bastidor del motor. De estamanera, en cualquier mecanismo tenemos un eslabón inmóvil y varios eslabones móviles. La unión de dos cuerpos que se tocan y que permite el mutuo movimiento relativo de ellos se llama par cinemático o junta cinemática. Un sistema de eslabones unidos entre sí por medio de pares cinemáticos, se denomina cadena cinemática. Las cadenas cinemáticas son la base de todos los mecanismos. Se puede llamarmecanismo a aquella cadena cinemática, en la cual los eslabones realizan movimientos útiles que cumplen con las necesidades del problema de ingeniería para el que fue creada. 1.2 PARES CINEMÁTICOS Y SU CLASIFICACIÓN Las posibles uniones de eslabones en pares cinemáticos son numerosas. Por ejemplo, en la fig. 1.1 se muestra el llamado par giratorio, en el que la unión de los eslabones 1 y 2 selogra mediante dos cilindros que se encuentran en permanente contacto. Las salientes laterales impiden el movimiento relativo de los dos cilindros en la dirección del eje x-x, pero no impiden el giro. En la fig. 1.2 se muestra otra manera de unir los eslabones 1 y 2. Este par cinemático permite la rodadura, el deslizamiento y el giro relativo de los dos eslabones.
x
1 x x

2

2 1 x

Fig. 1.1Fig. 1.2

LECCIÓN No 1 – ANÁLISIS ESTRUCTURAL Y CLASIFICACIÓN DE LOS MECANISMOS

De esta manera podemos decir que al movimiento relativo de cada eslabón del par cinemático se le imponen limitaciones. Estas limitaciones dependen del método de unión de los eslabones. A estas limitaciones las llamaremos condiciones de enlace en los pares cinemáticos. Como es sabido, en el caso generalcualquier cuerpo que se mueve libremente en el espacio posee seis grados de libertad. La posición de un cuerpo absolutamente rígido (fig. 1.3) se fija en el espacio con las coordenadas de tres de sus puntos A, B y C. Es decir, con sus nueve coordenadas (xA, yA, zA), (xB, yB, zB), (xC, yC, zC), entre sí estas coordenadas están unidas por tres condiciones de distancia constante: AB, BC, CA. De manera que elnúmero de parámetros independientes que determinan la posición del cuerpo rígido en el espacio es seis. El movimiento libre de un cuerpo en el espacio puede ser visto como el giro alrededor de los ejes x, y, z y tres movimientos de traslación a lo largo de estos mismos ejes.
z

B

A

C O

x

y

Fig. 1.3 Como se dijo antes, la participación de un eslabón en un par cinemático con otroeslabón impone al movimiento relativo de ellos condiciones de enlace. Es evidente que el número de estos enlaces debe ser entero y menor que seis, ya que en el caso de que el número de enlaces sea seis, los eslabones pierden su movilidad relativa y el par cinemático se convierte en una unión rígida de los dos eslabones. Así mismo el número de enlaces no puede ser menor que uno, ya que en el caso...