Vibraciones

Mecanismo Articulado:

Se refiere al mecanismo formado por eslabones tales como: manivelas, bielas y palancas, unidos mediante pares ya sean giratorios o deslizantes.

Función del mecanismo articulado:

La función de un mecanismo articulado es obtener movimiento giratorio, oscilante o deslizante de la rotación de una manivela o viceversa.

Mecanismo de cuatro barras:

Es el mecanismo formado por cuatro eslabones, véase la figura 2-1

1: Eslabón Fijo.

2: Manivela conductora o eslabón motor.

3: Biela.

4: Eslabón Conducido.

Identificación de los eslabones:

Si la pieza conductora es rígida y gira sobre un eje fijo, se la llama manivela conductora o eslabón motor y es donde usualmente se conoce la velocidad angular W2 (rad/tiempo)

Eslabón 2: Manivela conductora, véase figura 2-1.

Cuando dos manivelas tienen el mismo eje y están rígidamente unidas entre sí, a la combinación de las dos se les llama palanca.

Cuando la pieza conductora es rígida y se mueve sobre un eje fijo con movimiento oscilante se le llama balancín y si lo hace con movimiento giratorio se le llama manivela conducida. En ambos casos es el eslabón conducido.

Eslabón 4: Eslabón conducido

Al eslabón flotante se le llama biela.

Eslabón 3: Biela

El eslabón fijo es el soporte o bastidor de la máquina.

Eslabón 1: Eslabón fijo.

Punto Muerto:

Es la fase del movimiento en la cual no se puede continuar la trayectoria, o sea, que el mecanismo se detiene en sus posiciones extremas.

Puntos muertos en un mecanismo de 4 barras:

Si la manivela 2, de la figura 2-2 es el eslabón motor, las posiciones B y B’’ son puntos muertos.

Existe punto muerto cuando, el balancín o eslabón conducido (4), se encuentra lineal con la biela (eslabón 3). En estos puntos (B’ y B’’), el mecanismo tiende a detenerse, debido a que no se transmiten esfuerzos y se necesita una fuerza externa para continuar el movimiento. Estos puntos deben evitarse.

Mecanismo de Manivela-Biela y Balancín

Para que el mecanismo de la figura 2-3 exista, se debe cumplir:

Q2A + AB + BQ4 > Q2Q4

Q2A + BQ4 + Q2Q4 > AB

Para que no existan puntos muertos se debe cumplir:

AB + BQ4 > Q2A + Q2Q4

Esta condición ocurre, cuando la manivela Q2A gira a la izquierda y queda lineal a Q2Q4 (posición A’B’ Q2Q4, formando un triángulo y ángulo θ entre la biela y el balancín, no quedan lineal, por lo tanto no existe punto muerto).

Q2Q4 + BQ4 > Q2A + AB

Esto ocurre cuando la manivela Q2A queda lineal con la biela AB (Posición Q2B’’ Q4, formando un triángulo y ángulo α entre la biela y el balancín, no quedan lineal entonces no existe punto muerto).

En la figura 2-3, las posiciones extremas del balancín son por cosiguiente B’ y B’’.

Mecanismo de Contramanivela:

Es también un mecanismo de cuatro barras y consiste en dos manivelas con rotación continua; las dos manivelas dan una vuelta completa, como se muestra en la figura.

Para que el mecanismo de la figura 2-4 pueda dar vueltas completas y no existan

BQ4 - Q2Q4 + Q2A > AB

Esta condición ocurre, cuando la manivela conductora (Q2A), gira a la izquierda y la manivela conducida (Q4B), queda lineal a Q2Q4 como se muestra en el triángulo Q2A’B’ de la figura anexa.

Si de la ecuación 1, llamamos: BQ4 - Q2Q4 + Q2A = X, entonces X > AB

Q2A + AB > Q2Q4 + BQ4

Esta condición ocurre, cuando la manivela conductora (Q2A), gira y la manivela conducida (Q4B), queda lineal a Q2Q4 como se muestra en la figura.

Despejando AB de la ecuación 2, se obtiene que:

AB > Q2Q4 + BQ4 - Q2A

Si llamamos Q2Q4 + BQ4 - Q2A = Y, entonces AB > Y

De 1 y 2, se deduce que si X > AB y AB > Y, entonces X >Y

Sustituyendo X y Y por su expresión, tenemos que:

BQ4 - Q2Q4 + Q2A > Q2Q4 + BQ4 - Q2A

Lo que quiere decir que: Q2A > Q2Q4

De lo anterior se concluye que las longitudes de las manivelas, deben ser mayores que la línea entre centros (Q2Q4), además se debe cumplir que la barra AB sea mayor que el segmento B’’C y menor que B’C’, como se mostró en la figura 2-4.

Mecanismo de Manivela-Biela y Corredera:

Es el mecanismo que más se emplea en la actualidad, se aplica en los motores de gasolina, diesel, vapor, bomba, etc.Este mecanismo es similar al mecanismo manivela-biela y balancín, pero con un balancín de longitud infinita, véase la figura 2-5.

Sin embargo, existe un caso especial, el cual se representa en la figura 2-6.

En la figura 2-6, la corredera describe una trayectoria curva y se comporta como un mecanismo de manivela-biela y balancín.

Inversiones del mecanismo Manivela-Biela y Corredera:

Inversión: Es el cambio de un eslabón fijo por otro; una cadena cinemática dará origen a tantos mecanismos diferentes como eslabones tenga, llamándose inversiones del mecanismo a cada uno de ellos. Casos:

Primer caso: Eslabón 1 fijo (figuras

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