Тipos de síntesis cinemática, generación de función, trayectoria y movimiento

1. Mecánica: La mecánica es una rama de la ciencia Física cuyo objeto es el movimiento de los cuerpos y sistemas, a causa de fuerzas que se ejercen sobre ellos, usando para ello el método deductivo matemático, como modo de aventurar fenómenos físicos, siendo por ello una ciencia aplicada sobre todo en el ámbito de la ingeniería.

2. Estática: La estática es la rama de la mecánica clásica que analiza las cargas (fuerza, par / momento) y estudia el equilibrio de fuerzas en los sistemas físicos en equilibrio estático, es decir, en un estado en el que las posiciones relativas de los subsistemas no varían con el tiempo. La primera ley de Newton implica que la red de la fuerza y el par neto (también conocido como momento de fuerza) de cada organismo en el sistema es igual a cero. De esta limitación pueden derivarse cantidades como la carga o la presión. La red de fuerzas de igual a cero se conoce como la primera condición de equilibrio, y el par neto igual a cero se conoce como la segunda condición de equilibrio.

3. Dinámica: La dinámica es una rama de la física que estudia y describe la evolución en el tiempo de cualquier sistema físico, especialmente, centra su interés en aquellos factores capaces de provocar alteraciones en el sistema físico, objeto de estudio y para ello los cuantificará y planteará ecuaciones de movimiento y evolución en relación al mencionado sistema.

4. Cinemática: La cinemática es la rama de la mecánica clásica que se ocupa del estudio de las leyes del movimiento de los cuerpos, independientemente y sin tener en cuenta aquellas causas que lo producen, es decir, la cinemática, se centra y limita a estudiar la trayectoria de un cuerpo en función del tiempo. La palabra cinemática, tiene su origen en un término griego que justamente significa en ese idioma mover. Para llevar a cabo su estudio y su propósito, la cinemática utiliza un sistema de coordenadas que le es muy funcional a la hora de describir las trayectorias de los cuerpos. El mencionado sistema se denomina Sistema de Referencia y se manifiesta de la siguiente manera: la velocidad es el ritmo con el cual se marca el cambio de posición, la aceleración por su lado, es el ritmo con el que cambia la velocidad, entonces, velocidad y aceleración son las dos principales cantidades que describirán como cambia la posición de un cuerpo en función del tiempo.

5. Cinética: La energía cinética (siglas en inglés K.E.) es la energía del movimiento. La energía cinética de un objeto es la energía que posee a consecuencia de su movimiento.

6. Mecanismo: se refiere al conjunto de las partes de una maquina en su disposición adecuada. Por otra parte los mecanismos son medios prácticos que se emplean en las artes y la sucesión de fases dentro de un proceso.

7. CONCEPTO DE MÁQUINA.- s una combinación de mecanismos que transforman velocidades, fuerzas, etc. Una máquina consta, generalmente, de los siguientes sistemas: Sistema motriz. Transforma la energía de entrada en otra diferente, pero no la emplea por sí misma de una manera directa, para realizar un trabajo. En el caso del automóvil, que hemos tomado como prototipo de sistema mecánico, el sistema motriz es el motor de combustión interna, que transforma la energía almacenada en el carburante en la energía mecánica correspondiente a los movimientos alternativos del pistón. Sistema transmisor. Modifica la energía o el movimiento proporcionado por el sistema motriz para que pueda ser aplicado al sistema receptor. En el automóvil este sistema estaría compuesto por los ejes de transmisión, el embrague, la caja de cambios, el diferencial, etc. Sistema receptor. Realiza el trabajo con la salida que le proporciona el sistema transmisor, y es el objetivo de todo sistema mecánico. En el caso del automóvil, el objetivo que se persigue es transmitir movimiento de rotación a las ruedas motrices. Sistema de sustentación. Fija todos los elementos que componen la máquina. Se denomina bancada, bastidor o zócalo, y si se trata de máquinas móviles -como es el caso del automóvil-, chasis. Sistema de control. Se encarga de que los movimientos y velocidades de todos los elementos de la máquina sean los correctos.

8. Cuando un número de eslabones están conectados unos a otros por pares elementales, de tal forma que permitan que el movimiento se efectué en combinación, se denomina cadena cinemática. Una cadena cinemática no es necesariamente un mecanismo; se convierte en uno cuando se define el eslabón fijo. Estas están clasificadas en cadenas abiertas (cuando alguno de sus miembros no está unido a otros dos) y cadenas cerradas (todos y cada uno de sus miembros se unen a otros dos).

Adicionalmente, una cadena cinemática puede estar constituida por pares superiores, inferiores o ambos simultáneamente. Al mismo tiempo, también pueden contener pares de igual o de diferente grado. La cadena cinemática más sencilla contendrá solo dos miembros (un par), siendo necesariamente abierta. Un ejemplo puede constituirlo una cadena formada por un tornillo y su tuerca o un cerrojo de pasador. Las cadenas cinemáticas cerradas más simples pueden formarse con solo tres miembros. Sin embargo, no siempre con tres miembros puede formarse una cadena cinemática, dependiendo para lograrlo del tipo de pares que la formen.

9. Junta: es una conexión que permite algún movimiento entre los eslabones conectados. El par es cinemático si el GDL de cada elemento del par es igual a 1.

10. Eslabón: Un eslabón es un cuerpo rígido que posee al menos dos nodos (que son los puntos de unión entre eslabones).

11. Eslabón binario: Es aquel que solo tiene dos nodos.

12. Eslabón terciario: Eslabón con tres nodos.

13. Eslabón cuaternario: Es el eslabón que tiene cuatro nodos.

14. Rotación Pura: Es donde el cuerpo posee un punto (centro de rotación) que no tiene movimiento respecto al marco de referencia estacionario, los demás puntos describen arcos respecto a ese centro.

15. Traslación pura: Es donde Todos los puntos del cuerpo describen trayectorias paralelas.

16. Movimiento complejo: Es una combinación simultánea de rotación y traslación. Los puntos del cuerpo se moverán en trayectorias no paralelas y habrá en todo momento un centro de rotación que cambiara continuamente de ubicación (C.I.R.).

17. Movimiento intermitente: Es una sucesión de movimiento y detenimiento.

18. Ley de Grashof: La Ley de Grashof establece que un mecanismo de cuatro barras tiene al menos una articulación de revolución completa, si y solo si la suma de las longitudes de la barra más corta (S) y la barra más larga (L) es menor o igual que la suma de las longitudes de las barras restantes (P y Q).

S + L ≤ P + Q

19. Inversión cinemática: El conjunto de eslabones conectados se conoce como cadena cinemática. Cuando se eligen 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.

20. Grados de libertad: El número de grados de libertad (GDL) en ingeniería se refiere al número mínimo de parámetros que necesitamos especificar para determinar completamente la velocidad de un mecanismo o el número de reacciones de una estructura.

Un mecanismo puede clasificarse de acuerdo con el GDL.

El GDL de un sistema es el número de parámetros independientes que se necesitan para definir su posición en el espacio n cualquier instante.

El GDL se define con respecto a un marco de referencia seleccionado.

La determinación de los grados de libertad (ecuación de Gruebler)

GDL= 3L - 2J – 3G

Dónde:

GDL= número de grados de libertad.

L= número de eslabones.

J= número de juntas.

G= número de eslabones fijos.

21. Síntesis: El procedimiento de síntesis analítica es un proceso algebraico y poco intuitivo que consiste en el diseño de mecanismos a partir de posiciones deseadas o establecidas. Estos métodos fueron originados por Sandor.

Erdman y Sandor definen tres tipos de síntesis cinemática, generación de función, trayectoria y movimiento.

GENERACIÓN DE FUNCIÓN: es la correlación de una función de entrada con una función de salida en un mecanismo. El resultado, por lo general, es un mecanismo de doble balancín o un mecanismo manivela-balancín, con entrada y salida de rotación pura.

GENERACIÓN DE TRAYECTORIA: es el control de un punto en el plano de modo que siga alguna trayectoria prescrita. Esto por lo general se logra con un mecanismo de cuatro barras manivela-balancín o uno de doble balancín, en donde un punto en el acoplador traza la trayectoria de salida deseada. En la generación de trayectoria no se hace ningún intento de controlar la orientación del eslabón que contiene el punto de interés. La curva del acoplador se hace pasar por una serie de puntos de salida deseados.

GENERACIÓN DE MOVIMIENTO: es el control de una línea en el plano cuando ésta asume algún conjunto de posiciones prescritas. Esta orientación del eslabón a la línea es importante. Éste se acompaña con un mecanismo de cuatro barras manivela-balancín o uno de doble balancín, en donde el punto del acoplador traza la trayectoria de salida deseada y el mecanismo también controla la orientación angular del eslabón acoplador que contiene la línea de salida de interés.

22. Análisis: El objetivo del análisis es observar y analizar el comportamiento dinámico de diferentes cuerpos rígidos y relacionar ese comportamiento a la masa y al momento de inercia de dichos cuerpos.

23. Esfuerzos: Estos serán función tanto de las fuerzas aplicadas como inerciales (ma).

Y el objetivo será mantener los esfuerzos dentro límites aceptables para los materiales elegidos y las condiciones ambientales encontradas.

Las fuerzas dinámicas serán proporcionales a la aceleración F= ma (2da ley de Newton).

24. Diseño de ingeniería: Proceso de aplicar las diversas técnicas y principios científicos con el propósito de definir un dispositivo, un proceso o un sistema con suficientes detalles que permitan su realización.

25. Manivela: Es el eslabón que realiza una revolución completa y esta pivoteada a la bancada.

La ecuación de equilibrio de una manivela es:

M= F.D

El esfuerzo que transmite una manivela cumple la ecuación de equilibrio de las palancas; y se ve que en cada uno de los lados de la igualdad se obtiene un valor que resulta de multiplicar una fuerza por su distancia al punto de giro. Este proceso se denomina "momento".

26. Balancín: Eslabón que tiene rotación oscilatoria (de vaivén) y esta pivotead a la bancada.

27. Acoplador: La biela o acoplador de un eslabonamiento plano de cuatro barras se puede concebir como un plano infinito que se extiende en todas las direcciones; pero que se conecta por medio de pasadores a los eslabones de entrada y de salida, así pues durante el movimiento del eslabonamiento, cualquier punto fijado al plano del acoplador genera una trayectoria determinada con respecto al eslabón fijo y que recibe nombre de curva de acoplamiento.

Tipos de curvas de acoplamiento

Acoplamientos Rígidos

Los acoplamientos rígidos se fijan a los ejes de manera que no existe el desplazamiento relativo entre ambos, sin embargo se puede permitir cierto desajuste o juego axial. Estos acoplamientos se utilizan cuando la precisión del par de torsión es de suma importancia. La maquinaría para producción automática suele tener en sus componentes, acoplamientos rígidos. Los servomecanismos que no deben presentar juego angular, también emplean acoplamientos rígidos.

• Acoplamientos rígidos de manguito con prisionero

• Acoplamientos rígidos de platillos

• Acoplamientos por sujeción cónica

28. Bancada: Se define como soporte de bancada el asiento sobre el cual rueda una muñequilla del cigüeñal (muñequilla de bancada).

El número de los soportes es el elemento característico y depende del número de los cilindros y de su disposición. Aumentando el número de soportes disminuyen las solicitaciones que actúan sobre el cigüeñal; por el contrario, se tiene una mayor absorción de potencia debido al rozamiento en los cojinetes (la pérdida de potencia por cada soporte puede ser de varios CV), y, en ciertos casos, esto obliga a utilizar cigüeñales más largos con sus relativos inconvenientes.

El soporte está generalmente constituido por una mitad excavada en el bloque y la otra mitad por un sombrerete fijado con tornillos al bloque. Tal disposición ha permanecido inmutable durante los años y es característica de los motores de cilindros en línea y en V; en los de cilindros opuestos el cuerpo motor está igualmente dividido en dos mitades y cada soporte está formado por parte en un bloque y parte en el otro, unidos sólida y firmemente entre sí por tornillos. Una solución distinta ha sido adoptada por ejemplo en el Al-fasud, que, a pesar de tener los cilindros opuestos, presenta el bloque de una sola pieza y los soportes atornillados como en el caso de los motores de cilindros en línea. En los motores rotativos de tipo Wankel los soportes están constituidos por una sola pieza fijada sobre los sombreretes.

29. Ecuación de Gruebler : La ecuación de Kutzbach-Gruebler es usada para calcular los grados de libertad en los acoplamientos. El número de grados de libertad de un acoplamiento es también llamado su movilidad.

Una versión simplificada de la ecuación de Kutzbach-Gruebler para los acoplamientos planares es:

= movilidad = grados de libertad

= número de uniones (incluyendo la unión a tierra)

= número de pares cinemáticos de un grado de libertad (pin o bola movible)

Una forma más general de la ecuación de Kutzbach-Gruebler para los acoplamientos planares conteniendo uniones más complejas:

O, para acoplamientos espaciales (acoplamientos que se llevan a cabo en un movimiento en 3D):

= movilidad (grados de libertad)

= número de uniones (incluyendo una unión a tierra)

= número total de uniones, sin tomar en cuenta la conectividad o los grados de libertad

= suma de los grados de libertad de cada unión.

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