Acoplamiento Mec√°nico

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Acoplamiento Mec√°nico
El alicate ejemplifica un mecanismo de cuatro barras, con un grado de libertad de uno.

Un acoplamiento mecánico es una serie de acoplamientos rígidos con ligamentos que forman una cadena cerrada, o una serie de cadenas cerradas. Cada ligamento tiene uno o más ligas, y éstas tienen diferentes grados de libertad que le permiten tener movilidad entre los ligamentos. Un acoplamiento mecánico es llamado mecanismo si dos o más ligas se pueden mover con respecto a un ligamento fijo. Los acoplamientos mecánicos son usualmente designados en tener una entrada, y producir una salida, alterando el movimiento, velocidad, aceleración, y aplicando una ventaja mecánica.

Un acoplamiento mec√°nico que est√° designado a ser estacionario es llamado estructura.

Contenido

Historia

Un gobernador centrífugo para el control de fluido. Una turbina de agua gira el gobernador, el cual controla el fluido del agua, el cual alimenta la turbina, creando una máquina de velocidad regulada.

Los acoplamientos mec√°nicos son una parte fundamental del dise√Īo de m√°quinas, y los m√°s simples acoplamientos no fueron ni inventados ni siquiera entendidos hasta el siglo XIX. Toma en cuenta un simple palo: tiene seis grados de libertad, tres de los cuales son las coordenadas de su centro en el espacio, los otros tres describen su rotaci√≥n. Una vez unido entre un bloque de piedra y un punto de apoyo y es consignada a un movimiento particular, actuando como una palanca para mover el bloque. Cuando mas uniones son a√Īadidas en varios mods su movimiento colectivo se define mayor precisi√≥n. Movimientos muy complicados y precisos pueden ser dise√Īados en un acoplamiento con s√≥lo unas partes.

La Revoluci√≥n industrial fue la √©poca de oro de los acomplamientos mec√°nicos. Los avances en matem√°ticas, ingenier√≠a, y manufactura proveyeron tanto la necesidad como la habilidad de crear nuevos mecanismos. Muchos mecanismos simples que parecen obvios hoy, requirieron algunas de las m√°s brillantes mentes de esa era para crearlos. Leonhard Euler fue uno de los primeros matem√°ticos en estudiar la s√≠ntesis de los acomplamientos, y James Watt trabaj√≥ arduamente para inventar el movimiento en paralelo que soporta el pist√≥n de su m√°quina de vapor. Pafnuti Lv√≥vich Chebyshov trabaj√≥ en los dise√Īos de los acomplamientos mec√°nicos por m√°s de treinta a√Īos, lo cuale lo guio a crear sus polinomios1. Nuevas invenciones de acomplamientos mec√°nicos, dise√Īados por la necesidad, fueron un instrumento en la maquinar√≠a de hilados, dando poder de conversi√≥n y regulando la velocidad. Inclusive la habilidad de un mecanismo para producir un movimiento lineal preciso, sin una gu√≠a de referencia, tom√≥ a√Īos en solucionarse.

Cient√≠ficos, mayormente Alemanes, Rusos e Ingleses, han investigado este dominio sobre los √ļltimos 200 a√Īos, as√≠ que el an√°lisis tradicional o los problemas de s√≠ntesis (como los de movimeinto planar) han sido resueltos (ve las bibliotecas en l√≠nea en los enlaces externos, en alem√°n e ingl√©s).

La tecnolog√≠a electr√≥nica de hoy en d√≠a ha dado c√≥mo algo obvio muchas aplicaciones de acoplamiento mec√°nico, tales como la computaci√≥n mec√°nica, el teclear y la maquinaria. De todos modos, los dise√Īos modernos de acoplamiento mec√°nico contin√ļan avanzando, y los dise√Īos que ocupaban a un ingeniero por d√≠as, hoy pueden ser optimizados por una computadora en segundos.

Inclusive los servomotores con un control digital son comunes, y a primera vista f√°ciles de usar, sin embargo algunos problemas de movimiento (especialmente para movimientos r√°pidos y precisos) a√ļn son solamente resueltos por medio de acoplamientos mec√°nicos.

Actualmente, los acomplamientos mecánicos han retomado gran importancia en la construcción de robots, donde en Japón exite también una historia de desarrollo e investigación muy avanzada sobre acoplamiento mecánico, pudiendo desarrollar nuevos avances en robótica con excelsa precisión.

Teoría

Los acoplamientos m√°s simples tienen un grado de libertad de uno, lo que significa que hay un entrada de movimiento ("input motion", en Ingl√©s) que produce una salida de movimiento ("output motion", en Ingl√©s). La mayor√≠a de los acoplamientos son tambi√©n planares, significando que todos los movimientos toman lugar en un s√≥lo plano. Los acomplamientos espaciales (no-planar) son m√°s dif√≠ciles de dise√Īar y por lo tanto no tan comunes.

La ecuaci√≥n de Kutzbach-Gruebler es usada para calcular los grados de libertad en los acoplamientos. El n√ļmero de grados de libertad de un acoplamiento es tambi√©n llamado su movilidad.

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

m = 3(n-1)-2j \,
m \, = movilidad = grados de libertad
n \, = n√ļmero de uniones (incluyendo la uni√≥n a tierra)
j \, = n√ļmero de pares cinem√°ticos de un grado de libertad (pin o bola movible)
Movilidad del acomplamiento mec√°nico


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

m = 3(n-j-1)+ \sum_{n=1}^j\ f_i,

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

m = 6(n-j-1)+ \sum_{n=1}^j\ f_i,
m \, = movilidad (grados de libertad)
n \, = n√ļmero de uniones (incluyendo una uni√≥n a tierra)
j \, = n√ļmero total de uniones, sin tomar en cuenta la conectividad o los grados de libertad
\sum_{n=1}^j\ f_i= suma de los grados de libertad de cada unión.

La movilidad de una m√°quina hidr√°ulica puede ser f√°cilmente identificada contando el n√ļmero de cilindros hidr√°ulicos controlados independientemente.

Acoplamientos sencillos son capaces de producir un movimiento complicado.

Tipos de uniones:

  • Pin, rotaci√≥n de GDL (Grado De Libertad) de uno. Algunos ejemplos son: bujes, cojinetes, pernos, empalmes, remaches y bisagras.
  • Semiesf√©ricos, movimiento linear de GDL de uno o dos. cojinetes lineares, cilindros hidr√°ulicos, rodillos y pistones.
  • Bolla y socket, rotaci√≥n de GDL de tres, usualmente restringido a un GDL de uno por las otras uniones en el mecanismo.

Los dise√Īadores sintetizar√°n un acoplamiento comenzando por un movimiento de salida requerido, una ventaja mec√°nica, velocidad y aceleraci√≥n. Un tipo de acomplamiento es escogido y modificado para dar el desemple√Īo requerido.

Cada unión es tratada como un vector, y los vectores pueden ser combinados en un sistema de ecuaciones, porque éstos forman un circuito. La matriz es resuelta para crear una ecuación de forma cerrada que relaciona las entradas de movimiento con los movimientos de salida. Lo mismo es hecho para la ventaja mecánica, o en otra cantidad importante. Las ecuaciones de movimiento son derivadas con respecto al tiempo para encontrar la velocidad y aceleración de las partes del mecanismo.


Tipos de acoplamientos

Los acoplamientos mecánicos pueden dividirse en acoplamientos rígidos, flexibles y especiales o articulados.

Acoplamientos Rígidos

  • Acoplamiento R√≠gidos de manguitos.
  • Acoplamiento R√≠gidos de platillos.
  • Acoplamiento R√≠gidos por sujeci√≥n c√≥nica.

Acoplamientos Flexibles

  • Acoplamiento flexible de Manguitos de goma.
  • Acoplamiento flexible de disco flexible.
  • Acoplamiento flexible de fuelle helicoidal.
  • Acoplamiento flexible de quijada de goma.
  • Acoplamiento flexible direccional de tipo Falk.
  • Acoplamiento flexible de cadenas.
  • Acoplamiento flexible de engrane.
  • Acoplamiento flexible de muelle met√°lico.

Acoplamientos especiales o articulados

  • Junta eslabonada de desplazamiento lateral.
  • Junta universal.

Usos

Referencias

  1. "How to Draw a Straight Line, historical discussion of linkage design", ¬ŅC√≥mo dibujar una l√≠nea recta, discusi√≥n hist√≥rica sobre el dise√Īo de los acoplamientos mec√°nicos (en Ingl√©s)

Enlaces externos


Wikimedia foundation. 2010.

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