Fundamentos de la Mecánica y Diseño de Cadenas Cinemáticas en Tecnología Industrial

Fundamentos de la Mecánica

El **momento de una fuerza** respecto a un punto es el producto de la fuerza por la distancia mínima entre el punto y la línea de aplicación de la fuerza: M = F · d (Nm).

El **trabajo** es el producto de la fuerza aplicada por el espacio recorrido: W = F · e (J).

La **potencia** es el trabajo por unidad de tiempo: P = W / t (W). Por lo tanto, se puede expresar como: P = F · e / t; donde e / t = v, lo que lleva a P = F · v (fuerza · velocidad). En movimiento circular, la potencia se expresa como: P = M · w (W) (momento · velocidad angular).

Cadenas Cinemáticas

Un conjunto de **elementos mecánicos** unidos entre sí por medio de acoplamientos esféricos o cilíndricos. El objeto de una cadena cinemática consiste en transformar un movimiento determinado en otro de tipo distinto, según una ley deseada. Ejemplos de mecanismos de este tipo son:

• El conjunto biela-manivela, que transforma el movimiento alternativo del pistón en la rotación de la manivela.
• El sistema leva-varilla-balancín, que transforma el giro de la leva en la traslación alternativa oscilatoria de la válvula.
• El cuadrilátero articulado, muy extendido en las suspensiones de los automóviles.

Diseño de una Cadena Cinemática

Durante el proyecto de una cadena cinemática, se determina primeramente el esquema de los elementos, considerándolos rígidos y sin masa, que satisfacen las condiciones requeridas. Únicamente en una fase posterior se introducen las masas y los demás parámetros necesarios para el estudio dinámico.

A medida que se van conectando eslabones por medio de pares, se está restringiendo el movimiento relativo entre ellos. Por lo tanto, una vez conectados todos los eslabones, el número de **grados de libertad** del mecanismo será:

m = 3(n - 1) - 2j1 - j2

Siendo:

• m: grados de libertad del mecanismo.
• n: número de eslabones del mecanismo.
• j1: n.º de pares con un grado de libertad (restringe otros dos).
• j2: n.º de pares con dos grados de libertad (restringe uno).

Componentes Neumáticos e Hidráulicos

Neumáticos: COMPRESOR, REFRIGERADOR, ACUMULADOR, FILTRO, REGULADOR DE PRESIÓN, LUBRICADOR.

Hidráulicos: conversor, acumulador de energía, elementos de protección, un filtro, elementos de control y receptores.

Proceso de Diseño

1. Búsqueda de información: Se lleva a cabo una tormenta de ideas o se busca información si no sabemos solucionarlo. Podemos recurrir a tres fuentes:
   • Información escrita (libros, revistas, Internet).
   • Información oral, entrevistas a profesionales, fabricantes, usuarios, etc.
   • Análisis de objetos tecnológicos.
2. Diseño: De todas las ideas surgidas, realizo un boceto de un par de ellas y decido cuál realizar según se adapte mejor a la propuesta y condiciones. En el diseño elegido, realizaré los siguientes planos: croquis, perspectiva, vistas, despiece, electricidad y mecanismos.
3. Planificación: Llevo a cabo el listado de herramientas y materiales que voy a necesitar. Realizo la hoja de proceso donde llevo a cabo los pasos a seguir para su construcción, con qué herramientas se va a realizar, qué material necesitamos, quién lo va a realizar y cuánto va a tardar. Después, calculo el presupuesto de todo el proyecto.
4. Construcción: Se lleva a cabo su realización, siguiendo la hoja de proceso que es el plan de construcción que nos hemos trazado.
5. Verificación y evaluación: Se comprueba si funciona y cumple las condiciones. Si no funciona, volveremos a la fase de diseño para modificar lo que sea necesario, revisaremos los materiales, las medidas, si son correctas, etc.
6. Divulgación: Una vez que funciona, expondremos el proyecto a nuestros compañeros. Para ello, es necesario presentar los documentos del proyecto que veremos a continuación.