Mecanismos

1.1 Introducción

Teoría de máquinas y mecanismos

La teoría de máquinas y mecanismos (TMM) es una ciencia aplicada que trata de las relaciones entre la geometría y el movimiento de los elementos de una maquina o un mecanismo, de las fuerzas que intervienen en estos movimientos y de la energía asociada a su funcionamiento. [8]

Los conocimientos de mecánica constituyen la base para el estudio de los mecanismos y las máquinas.

Mecánica

La mecánica puede ser definida como la rama de la física que trata acerca del estado de reposo o movimiento de cuerpos que están sometidos a la acción de fuerzas. En general se, se subdivide en tres ramas: mecánica de cuerpos rígidos, mecánica del cuerpo deformable y mecánica de fluidos. La mecánica del cuerpo rígido proporciona parte de la base necesaria para el estudio de la mecánica del cuerpo deformable y la mecánica de fluidos.

La mecánica del cuerpo rígido se divide en dos áreas: estática y dinámica. La estática trata con el equilibrio de los cuerpos, esto es, aquellos que están en reposo o se mueven con velocidad constante; mientras que la dinámica trata con el movimiento acelerado de los cuerpos. Aunque la estática puede ser considerada como un caso especial de la dinámica, en el sentido de que la aceleración es cero, merece un tratamiento especial en la enseñanza de la ingeniería ya que muchos objetos son diseñados con la intención de que permanezcan en equilibrio.

La dinámica se divide en dos partes: la cinemática, que trata sólo con los aspectos geométricos del movimiento, y la cinética, la cual analiza las fuerzas que causan el movimiento. [11]

La mecánica es una ciencia física, ya que estudia fenómenos físicos. Sin embargo, mientras algunos la relacionan con las matemáticas, otros la relacionan con la ingeniería. Ambos puntos de vista se justifican parcialmente ya que, si bien la mecánica es la base para la mayoría de las ciencias de la ingeniería clásica, no tiene un carácter tan empírico como estas y, en cambio, por su rigor y razonamiento deductivo, se parece más a las matemáticas. [30]

1.2 Introducción al estudio de los mecanismos

En el ámbito de la teoría de máquinas y mecanismos se diferencian el análisis y la síntesis de mecanismos. El análisis consiste en estudiar la cinemática y la dinámica de un mecanismo según las características de los elementos que lo constituyen. Por tanto, el análisis de un mecanismo permitirá, por ejemplo, determinar la trayectoria de un punto de una barra o una relación de velocidades entre dos miembros. Inversamente, la síntesis consiste en escoger y dimensionar un mecanismo que cumpla o que tienda a cumplir, con un cierto grado de aproximación, unas exigencias de diseño dadas. Así, por ejemplo, en un diseño se habrá de emprender la determinación de un mecanismo –síntesis– que permita guiar un sólido para pasar de una configuración a otra. [31]

El diseño y el análisis son los aspectos complementarios distintos en el estudio de los sistemas mecánicos. El concepto comprendido en el termino “diseño” podría llamarse mas correctamente síntesis, es decir, el proceso de idear un patrón o método para lograr un propósito dado. Diseño es el proceso de establecer tamaños, formas composiciones de materiales y disposiciones de las piezas de tal modo que la maquina resultante desempeñe las tareas preescritas.

Análisis y síntesis.

Análisis. Separación y distinción de las partes de un todo hasta llegar a conocer los principios constitutivos.

Análisis cinemático. Es el estudio en forma separada de las diferentes partes de una maquina hasta llegar a conocer los principio que caracterizan el movimiento de los mecanismos.

Síntesis. Razonamiento que va de lo simple a lo complejo.

Síntesis Cinemática. Es el medio utilizado para encontrar la geometría de un mecanismo que nos de las características deseadas del movimiento.

El análisis de un mecanismo se debería hacer en el siguiente orden: [30]

• Análisis de posición de un mecanismo.

• Análisis de velocidad de un mecanismo.

• Análisis de aceleración de un mecanismo.

• Análisis de fuerzas de un mecanismo.

• Análisis de esfuerzos de un mecanismo.

Métodos para analizar un mecanismo

• Velocidad relativa

• Aceleración relativa

• Análisis estático y dinámico de fuerzas

1.3 Mecanismos y Maquinas

Mecanismo

Se llama mecanismo a un conjunto de elementos rígidos, móviles unos respecto de otros, unidos entre sí mediante diferentes tipos de uniones, llamadas pares cinemáticos (pernos, uniones de contacto, pasadores, etc.), cuyo propósito es la transmisión de movimientos y fuerzas.

Un mecanismo se define como: Una cadena cinemática en la que por lo menos se ha fijado o sujetado un eslabón al marco de referencia (el cual pude estar en movimiento). [3]

Mecanismo. Combinación de cuerpos rígidos o elásticos formados de tal manera y conectados del tal forma que se mueven uno sobre el otro con movimiento relativo definido y tiene el propósito de de transferir el movimiento y/o fuerza de una fuente a una salida. [2,1]

Maquina

Una máquina se puede definir como un conjunto de piezas (eslabones o elementos) móviles y no móviles, que por efecto de sus enlaces son capaces de transmitir o transformar la energía.

Según la definición de Reuleaux, una máquina es un conjunto de mecanismos dispuestos para transmitir fuerzas y realizar trabajo. [3]

Los elementos constitutivos de una máquina son: [30]

• Motor: es la fuente de la que se extrae la energía para la realización del trabajo requerido.

Conviene señalar que los motores por sí solos también son máquinas, en este caso destinadas a transformar la energía original (eléctrica, química, potencial, cinética) en energía mecánica en forma de rotación un eje o movimiento alternativo de un pistón. Aquellas máquinas que realizan la transformación inversa, cuando es posible, se denominan máquinas generadoras o generadores y aunque pueda pensarse que se circunscriben a los generadores de energía eléctrica, también deben incluirse en esta categoría otro tipos de máquinas como por ejemplo las bombas o compresores.

Evidentemente, en ambos casos hablaremos de máquina cuando tenga elementos móviles, de modo que quedarían excluidas, por ejemplo, pilas , baterías y transformares.

• Mecanismo. Es el conjunto de elementos mecánicos, de los que alguno será móvil,

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