Cinematica Capitulo 1

1

Introducción

1.1 Introducción al estudio de los mecanismos. El estudio de los mecanismos es muy importante. Con los notables avances realizados en el diseño de instrumentos, controles automáticos y equipo automatizado, el estudio de los mecanismos toma un nuevo significado. Se puede definir a los mecanismos como parte del diseño de máquinas que se interesa en el estudiocinemático de los eslabones, levas, engranajes y trenes de engranaje. Diseño cinemático es el diseño basado en los requerimientos de movimiento comparado con el diseño en base a los requerimientos de fuerzas. A continuación se proporciona un ejemplo de cada uno de los mecanismos mencionados anteriormente para presentar un cuadro completo de las componentes que se deben estudiar.
La figura 1.1 muestra unmecanismo de eslabones articulados. Este arreglo específico se conoce como el mecanismo biela-manivela-corrediza. El eslabón 1 es el bastidor y es estacionario, el 2 es la manivela, el 3 es la biela y el 4 es la corredera. Una aplicación común de este mecanismo es en el motor de combustión interna donde el eslabón 4 se convierte en el pistón (fig. 1.2).
La figura 1.3 muestra la ilustración de unaleva y su seguidor. La leva gira a gran velocidad angular constante y el seguidor se mueve hacia arriba y hacia abajo. El seguidor se mueve por efecto de la leva en el movimiento hacia arriba, en tanto que el movimiento de regreso se mueve por causa de la gravedad o de un resorte. Las levas se emplean en muchas máquinas, aunque la más común son las de un motor automovilístico en el que se empleandos levas por cilindro para operar las válvulas de admisión y de escape, como se puede apreciar en la figura 1.2. La figura 1.4 muestra una leva tridimensional, en la que el movimiento del seguidor depende no solamente de la rotación de la leva sino también del movimiento axial de ella.
En muchas aplicaciones se usan engranajes para transmitir el movimiento de una flecha a otra con una relaciónconstante de velocidad angular. La figura 1.5 muestra varios engranajes de uso común.

Figura 1.1
En algunos casos la reducción deseada en la velocidad angular es demasiado grande para lograrla usando solamente dos engranes; cuando pasa esto, se deben conectar varios engranajes entre sí para formar lo que se conoce como tren de engranajes. La figura 1.6 muestra un tren de engranajes en el que sereduce la velocidad al ir del engrane 1 al 2 y nuevamente al pasar del engranaje 3 al 4. El engranaje 1 el es motor y los engranajes 2 y 3 están montados en la misma flecha. En muchos trenes de engranajes es necesario podes cambiar los engranajes para acoplar o desacoplarlos y así obtener distintas combinaciones y velocidades. Un buen ejemplo de ello es la transmisión automovilística en la que seob-

Figura 1.2 Motor V-8 Chevrolet que muestra un mecanismo de corredera. General Motors Comp.

Figura 1.3 Leva bidimensional

tienen tres velocidades hacia adelante y una reversa con sólo desplazar axialmente dos engranajes.
En dispositivos como los instrumentos y controles automáticos, muy importante obtener el movimiento correcto. La energía transmitida por los elementos puede ser tansuave que casi sea despreciable, lo que permite que los componentes estén proporcionados primordialmente en base al movimiento, siendo la fuerza de importancia secundaria.
Sin embargo, existen otras máquinas en que el análisis cinemático es solamente parte del diseño. Después que se ha determinado la forma cómo van a funcionar las distintas componentes para hacer el trabajo deseado, se debenanalizar las fuerzas que actúan en esas partes. A partir de aquí se puede determinar el tamaño físico de las piezas. Un buen ejemplo lo constituye una máquina herramienta; su fuerza y rigidez son más difíciles de lograr que los movimientos deseados.
Figura 1.4 Leva tridimensional

Engranajes cilíndricos de Engranajes cónicos Engranajes helicoidales
dientes rectos...