Mecanismos, Eslabones y Juntas: Conceptos Clave en Ingeniería Mecánica

Conceptos Fundamentales en el Diseño de Máquinas

Definiciones Básicas

Un mecanismo es un dispositivo que transforma el movimiento en un patrón deseable, y por lo general desarrolla fuerzas muy bajas y transmite poca potencia.

Un eslabón es un cuerpo rígido (supuesto) que posee por lo menos dos nodos, que son puntos de unión con otros eslabones. Un eslabón binario es aquel que tiene dos nodos.

Una junta es una conexión entre dos o más eslabones (en sus nodos), la cual permite algún movimiento, o movimiento potencial, entre los eslabones conectados. Las juntas (también llamadas pares cinemáticos) se pueden clasificar de varias maneras:

1. Por el tipo de contacto entre los elementos: de línea, de punto o de superficie.
2. Por el número de grados de libertad permitidos en la junta.
3. Por el tipo de cierre físico de la junta: cerrada por fuerza o por forma.
4. Por el número de eslabones unidos (orden de la junta).

Cinemática y Cinética

• Cinemática: Estudio del movimiento sin considerar las fuerzas.
• Cinética: Estudio de las fuerzas sobre sistemas en movimiento.

Cadena Cinemática, Mecanismo y Máquina

Una cadena cinemática se define como un ensamble de eslabones y juntas interconectados de modo que produzcan un movimiento controlado en respuesta a un movimiento suministrado.

Un mecanismo se define como una cadena cinemática en la cual por lo menos un eslabón se ha fijado o sujetado al marco de referencia (el cual por sí mismo puede estar en movimiento).

Una máquina se define como una combinación de cuerpos resistentes acomodados para hacer que las fuerzas mecánicas de la naturaleza realicen trabajo acompañadas por movimientos determinados.

Tipos de Eslabones

• Manivela: Un eslabón que realiza una revolución completa y está pivotado a la bancada.
• Balancín: Un eslabón que tiene rotación oscilatoria (de vaivén) y está pivotado a la bancada.
• Acoplador (o biela): Un eslabón que tiene movimiento complejo y no está pivotado a la bancada.
• Bancada: Se define como cualquier eslabón o eslabones que están fijos (inmóviles) con respecto al marco de referencia.

Síntesis de Número e Isómeros

El término síntesis de número significa la determinación del número y orden de eslabones y juntas necesarios para producir movimiento de un grado de libertad (GDL) en particular.

La palabra isómero se deriva del griego y significa "de partes iguales". Los isómeros en química son compuestos que tienen el mismo número y tipo de átomos, pero están interconectados de diferente manera y, por lo tanto, tienen diferentes propiedades físicas.

Ejemplo: Mecanismo de Ginebra

El mecanismo de Ginebra, mostrado en la figura 2-14a (p. 48) del libro de referencia, es un ejemplo de cómo un mecanismo se puede transformar en un eslabonamiento de cuatro barras en el que el acoplador se reemplaza por una semijunta.