INGENIERÍA POR TIPO - MECÁNICA

mecánica de precision es una técnica de fabricación componentes usados en telecomunicaciones, microsistemas, instrumentos de medición, prótesis (medicina), aparatos ópticos, o en la industria aeroespacial. Su desarrollo se ha visto favorecido por los procesos de mecanizado mediante ordenadores (CNC) o procesos electroquímicos tales como electroerosión.

La mecánica de precisión ha sido a través de la historia un campo técnico que se ha caracterizado por lo exacto de su trabajo, de ahí su nombre. Las medidas con que se mecanizan las piezas son el eje central de la actividad.

Desarrollos significativos de la mecánica de precisión[editar]

• Control numérico de maquinas herramientas: La operación y control de las ya clásicas máquinas herramientas, mediante instrucciones dadas a la máquina mediante un ordenador asociado a la misma.
• Prótesis o extensión artificial: El principal objetivo de una prótesis es sustituir una parte del cuerpo que haya sido perdida por una amputación o que no exista a causa de agenesia, cumpliendo las mismas funciones que la parte faltante, como las piernas artificiales o las prótesis dentales (mecánica dental). Para la elaboración de estas prótesis se requiere de instrumentos de precisión que ayudaran a la fabricación de piezas para poder encajar con exactitud al cuerpo.
• Robótica: Se denominan robots a los elementos que son capaces de realizar cualquier trabajo físico o mental estando asistidos por un programa de ordenador.

Técnicamente, existe un primer nivel de robots, diseñados para ejecutar respectivamente una secuencia de operaciones mecánicas controladas por un programa . Básicamente son brazos o manipuladores mecánicos, poco estáticos, que realizan con precisión e incansablemente tareas como la soldadura de piezas, colocación de pernos, pintura de carrocerías u operaciones más peligrosas como alimentación de hornos y de prensas de forjar.

• Robots cibernéticos: En un segundo nivel, los robots poseen importantes dispositivos adicionales, particularmente "ojos" constituidos por cámaras de televisión. A través de ellas, el robot toma del medio ambiente un difuso patrón de luces, sombras y colores y alimenta a una computadora. Esta realiza un análisis de escenas y registra así en su memoria los objetos que lo rodean. A partir de esa información, el robot guiado por la inteligencia artificial instrumentada en la computadora planifica su actividad, generando y comparando secuencias de operaciones y eligiendo aquella que ejecutara para cumplir con el objetivo de trabajo ordenado. Se trata de auténticos ingenios cibernéticos, cuyo funcionamiento está automáticamente controlado y ajustado en función de las variaciones del entorno, aplicando para ello, en el mundo de la tecnología, el principio de realimentación de la información. Este segundo y más avanzado nivel de robots tiene, respecto del primero, una importantísima propiedad: la versatilidad.

Aplicaciones de la mecánica de precisión[editar]

En gran medida los componentes fabricados con mecánica de precisión sirven para la creación de piezas, la trasmisión, la grabación, la transformación, la supervisión y el procesamiento de señales ópticas y acústicas, eléctricas, hidráulicas y neumáticas.

La Microtécnica/Ingeniería de microsistemas une componentes microelectrónicos, micromecánicas y optoelectrónicas como microprocesadores inteligentes, sensores y actores para formar sistemas técnicos extremadamente miniaturizados. Las aplicaciones van desde sistemas de navegación en vehículos hasta complejos sistemas químicos de análisis de mínimas dimensiones, p.ej. para la navegación espacial, pasando por válvulas y bombas para la dosificación de medicamentos en el cuerpo. La Optoelectrónica ofrece las bases técnicas conjuntas para televisores, reproductores de CD, aparatos digitales de fotografía, máquinas láser, sistemas de visualización nocturna y muchos otros bienes industriales.

Los ingenieros especializados en Mecánica de Precisión suelen colaborar con físicos, químicos, informáticos e ingenieros de otros campos. Los estudios de Mecánica de Precisión están estrechamente relacionados con la Prótesis, la Electrotecnia, la Ingeniería Mecánica, y la Informática.

Mecanismo en movimiento.

Se le llama mecanismo a los dispositivos o conjuntos de sólidos resistentesque reciben una energía de entrada y, a través de un sistema de transmisión y transformación de movimientos, realizan un trabajo.

Un mecanismo transforma el movimiento de entrada (lineal, circular, oscilante) en un patrón deseable; por lo general desarrolla una trayectoria final de salida predecible, acorde al problema que se desea solucionar.

Introducción[editar]

Basándose en principios de la mecánica se representan los mecanismos mediante engranajes o ruedas dentadas, con los cuales se forman sistemas de ecuaciones, que caracterizan el comportamiento y funcionamiento de un mecanismo. A diferencia de un problema de dinámica básica, un mecanismo no se considera como una masa puntual sino como un conjunto de sólidos rígidos enlazados. Estos sólidos se denominan elementos del mecanismo y presentan combinaciones de movimientos relativos de rotación y traslación, que combinados pueden dar lugar a un movimiento de gran complejidad. Para el análisis de un mecanismo usualmente son necesarios conceptos como el de centro de gravedad, momento de inercia, velocidad angular, entre otros.

La mayoría de veces un mecanismo puede ser analizado utilizando un enfoque bidimensional, lo que reduce el mecanismo a un plano. En mecanismos más complejos y, por lo tanto, más realistas, es necesario utilizar un análisis espacial. Un ejemplo de esto es una rótula esférica, la cual puede realizar rotaciones tridimensionales.

El análisis de los esfuerzos internos de un mecanismo, usualmente se realiza una vez determinada su cinemática y dinámica, y en este período se hace necesario modelizar alguno de sus elementos como sólidos deformables, y así mediante los métodos de la resistencia de materiales y la teoría de la elasticidad se pueden determinar sus deformaciones, así como sus tensiones, y decidir si los esfuerzos a los que están sometidos los elementos del mecanismos pueden ser adecuadamente resistidos sin rotura o pérdida de la funcionalidad del mecanismo.

Análisis de mecanismos[editar]

El análisis de un mecanismo se refiere a encontrar las velocidades, aceleraciones y fuerzas en diferentes partes del mismo, conocido el movimiento de otra parte. En función del objetivo del análisis pueden emplearse diversos métodos para determinar las magnitudes de interés entre ellos:

• Método de la aceleración relativa
• Método de la velocidad relativa
• Análisis dinámico
• Teoría de control

Pares cinemáticos[editar]

Reuleaux llama las conexiones ideales entre los enlaces de par cinemático. Hizo una distinción entre los pares más altos que se dice que tienen la línea de contacto entre los dos eslabones más bajos y pares que tienen el área de contacto entre los eslabones. J. J. Phillips, Libertad en Maquinaria, Cambridge University Press, 2006 muestra que hay muchas maneras de construir parejas que no encajan en esta clasificación simple.

Par bajo: Un par inferior es un conjunto de enlaces ideales cuya restricción requiere una curva o superficie en el cuerpo en movimiento mantener contacto con una superficie curva o en el cuerpo fijo o un plano en el cuerpo en movimiento. Tenemos los siguientes casos:

• Un par de revolución, o conjunto articulado, requiere una línea en el cuerpo en movimiento a permanecer co-lineal con una línea en el cuerpo fijo, y un plano perpendicular a esta línea en el cuerpo en movimiento mantener contacto con un plano perpendicular similar en el cuerpo fijo. Esto impone 5 restricciones sobre el movimiento relativo de los enlaces, que por lo tanto, tiene un grado de libertad.
• Una articulación prismática, o deslizador, que requiere que una línea en el cuerpo en movimiento permanezca co-lineal con una línea en el cuerpo fijo, y un plano paralelo a la línea del cuerpo en movimiento mantener contacto con un plano en paralelo a la línea del cuerpo fijo . Ello impone cinco restricciones sobre el movimiento relativo de los enlaces, que por lo tanto tiene un grado de libertad.
• Una articulación cilíndrica requiere que una línea en el cuerpo en movimiento permanezca co-lineal con una línea en el cuerpo fijo. Es una combinación de una articulación de giro y una junta deslizante. Esta articulación tiene dos grados de libertad.
• Una junta esférica o esférica, requiere que un punto en el cuerpo en movimiento mantenga contacto con un punto en el cuerpo fijo. Esta articulación tiene tres grados de libertad.
• Una junta plana requiere que un plano en el cuerpo en movimiento mantenga contacto con un plano en el cuerpo fijo. Esta articulación tiene tres grados de libertad.

Pares superiores: Generalmente, un par más alto, limita el contacto entre un punto o una línea . Por ejemplo, el contacto entre una leva y su seguidor es un par más alto llamado leva conjunta. Del mismo modo, el contacto entre las curvas envolventes que forman el mallado dientes de dos engranajes son articulaciones de leva.

Grados de libertad[editar]

En un mecanismo resulta de fundamental importancia determinar el número de grados de libertad, ya que ese número entero es precisamente el número de ecuaciones diferenciales de segundo orden que se requieren para describir completamente el mecanismo. El número de grados de libertad se determina a partir del número de elementos o sólidos que forman el mecanismo y de los pares cinemáticos que ligan el movimiento de unos elementos a otros. El número de grados de libertad se determina según esta fórmula:

${\displaystyle GL=n_{s}GL_{s}-\sum _{k}E_{pc,k}>0}$

Donde:

${\displaystyle n_{s}}$, número de sólidos o elementos que conforman el mecanismo.

${\displaystyle GL_{s}}$ es el número de grados de libertad por sólido (para un mecanismo plano será 3 y para un mecanismo tridimensional 6).

${\displaystyle E_{pc,k}}$, el número de restricciones que impone el k-ésimo par cinemático.

Un caso particular de la fórmula anterior, es el de un mecanismo plano sin enlaces redundante, donde el número de grados de libertad del mismo se pueden calcular mediante el criterio de Grübler-Kutzbach:

${\displaystyle GL=3\left(n_{s}-1\right)-2j_{1}-j_{2}}$

donde:

${\displaystyle GL,}$, número de grados de libertad.

${\displaystyle n_{s}\,}$, número de elementos (eslabones, barras, piezas, etc.) de un mecanismo.

${\displaystyle j_{1}\,}$, número de uniones (pares cinemáticos) que eliminan 2 grado de libertad.

${\displaystyle j_{2}\,}$, número de uniones (pares) que eliminan 1 grados de libertad.

 Los Mecanismos son elementos destinados a transmitir y/o transformar fuerzas y/o movimientos desde un elemento motriz (motor) a un elemento conducido (receptor), con la misión de permitir al ser humano realizar determinados trabajos con mayor comodidad y menor esfuerzo.



 Ahora vamos a clasificar a los mecanismos para su estudio en 4 grandes tipos o grupos.

TIPOS DE MECANISMOS

GRUPO 1. MECANISMOS QUE SE UTILIZAN PARA MODIFICAR LA FUERZA DE ENTRADA:

-BALANCÍN 
-POLEA SIMPLE 
-POLEA MÓVIL O COMPUESTA 
-POLIPASTO. 
-MANIVELA-TORNO  

GRUPO 2. MECANISMOS QUE SE UTILIZAN PARA MODIFICAR LA VELOCIDAD:
 
-RUEDAS DE FRICCIÓN 
-SISTEMA DE POLEAS 
-ENGRANAJES (RUEDAS DENTADAS). 
-SISTEMAS DE ENGRANAJES CON CADENA. 
-TORNILLO SIN FIN-RUEDA DENTADA 

GRUPO 3. MECANISMOS QUE SE UTILIZAN PARA MODIFICAR EL MOVIMIENTO:
-TORNILLO-TUERCA. 
- PIÑON-CREMALLERA 
-BIELA-MANIVELA 
-CIGÜEÑAL-BIELA 
-EXCÉNTRICA. 
-LEVA. 
-TRINQUETE.  

GRUPO 4. OTROS MECANISMOS. 

- LOS FRENOS SE UTILAN PARA REGULAR EL MOVIMIENTO. TENEMOS 3 TIPOS: 
DE DISCO, DE CINTA Y DE TAMBOR.  

-MECANISMOS PARA ACOPLAR O DESACOPLAR EJES: EMBRAGUE DE FRICCIÓN, EMBRAGUE DE DIENTES, JUNTAS OLDHAM Y JUNTA CARDAM.  

-MECANISMOS QUE ACUMULAN ENERGÍA: LOS MUELLES Y LOS AMORTIGUADORES.  -MECANISMOS QUE SE USAN DE SOPORTE: COJINETES Y RODAMIENTOS