Par cinemático

(Redirigido desde «Par Cinemático»)

En ingeniería mecánica se denomina par cinemático a una unión entre dos miembros de un mecanismo. Un ejemplo son dos barras unidas por un perno (llamado unión de revoluta, fig. 2) que permite que las piezas giren alrededor de él.

Algunos tipos de uniones entre piezas

Los pares cinemáticos se clasifican en distintos tipos según el movimiento que permiten, y son un elemento primordial en la construcción de un mecanismo, dado que define el tipo de movimiento que habrá entre las piezas unidas.

El ingeniero alemán Franz Reuleaux definió el par cinemático como un nuevo elemento en el estudio de las máquinas[1]​ que representaba un avance con respecto a los elementos cinemáticos consistentes de máquinas simples.[2]

Tipos de pares cinemáticosEditar

En dos dimensionesEditar

Para mecanismos planos, es decir, que ejecutan un movimiento en el plano, algunos ejemplos de pares cinemáticos son:

  • La articulación, que elimina el desplazamiento de traslación relativo de dos sólidos obligando permanentemente a que dos puntos geométricos de los dos sólidos ocupen continuamente la misma posición. Sin embargo, la articulación no impide la reorientación o giro relativo de un sólido respecto al otro.
  • La guía corredera, que elimina un grado de libertad de traslación y la posibilidad de reorientación de un sólido respecto a otro.

En tres dimensionesEditar

Más en general se tiene:

  • La articulación cilíndrica, que elimina todos los grados de libertad excepto la posibilidad de rotación de un sólido respecto al otro alrededor de un cierto eje de giro, elimina cinco grados de libertad.
  • La rótula esférica, que permite cualquier giro o cambio de orientación de un sólido respecto a otro, pero impide su traslación relativa, por lo que siempre un punto geométrico de ambos sólidos es común, elimina tres grados de libertad.
  • Guía deslizante cilíndrica, permite la traslación relativa y el giro alrededor de un eje, elimina por tanto cuatro grados de libertad.
  • Guía deslizante no cilíndrica, permite la traslación relativa según un eje pero no el giro alrededor del mismo, elimina por tanto cinco grados de libertad.
  • La soldadura elimina todos los grados de libertad de un sólido respecto a otro, por lo que dos sólidos soldados cinemáticamente pueden considerarse un único sólido, es decir, elimina seis grados de libertad.

RodamientoEditar

Una conexión articulada se denomina apoyo si uno de los dos cuerpos está firmemente conectado a la estructura de la máquina o a la cimentación y, por lo tanto, está en reposo. A diferencia de una articulación, un rodamiento no suele formar parte de un mecanismo más complejo (engranaje). En el primer plano de su consideración está casi siempre sólo el único tipo de conexión móvil que tiene lugar en él. Los semiejes giratorios y los cuerpos desplazables linealmente (rodamientos lineales) se montan en máquinas y dispositivos, vigas de puentes en la industria de la construcción u otras estructuras soportadas puntuales. En los aparatos de apoyo en estructuras, a diferencia de los de máquinas y dispositivos, solo se producen movimientos muy pequeños (cambios y rotaciones). Solo sirven para crear rodamientos determinados estáticamente y para mantenerlos en caso de perturbaciones (hundimiento, cambios de longitud relacionados con la temperatura, etc.).

En lugar de cojinetes lisos, los rodamientos de rodillos con elementos rodantes insertados entre los elementos de unión se utilizan a menudo como cojinetes en máquinas y dispositivos. Estos también corresponden a las formas básicas de las juntas juntas giratorias y de corte, mientras que las llamadas "juntas rodantes" utilizadas en la construcción como cojinetes en su forma básica juntas curvas (cuando se empareja hormigón con hormigón, sólo es posible rodar).[3]

Elementos de máquinasEditar

Junta universalEditar

 
Montaje cardánico de la brújula de un barco. El anillo más externo está firmemente unido al barco. Las extensiones en forma de cojinete del círculo exterior son una indicación de la cabeceo del barco; de lo contrario, son verticales.
 
Articulación cardánica como elemento de máquina para conexión a dos ejes contrarrotativos.
El adaptador, junto con los pivotes, tiene forma de cruz.
Los ejes de todas las articulaciones se encuentran en un punto. La caja de engranajes de cuatro partes obtenida con las juntas de cojinete del eje (no mostradas) y el bastidor de la máquina es esférico).

La junta universal o cardán es una serie de dos juntas rotativas. La segunda superficie de contacto de cada una de las dos juntas se encuentra en la pieza intermedia común en forma de cruz (ver figura de la derecha). Los ejes de las juntas giratorias se cortan a 90°. El punto de intersección es el punto de pivote en el que los dos "vástagos" de articulación dispuestos en ángulo recto con respecto al eje de articulación de pivote respectivo pueden pivotar entre sí. La articulación cardánica tiene dos grados de libertad de movimiento. En comparación con la rótula, carece de la libertad de rotación de los vástagos de la articulación alrededor de su propio eje. Su grado de libertad es f=2.

La aplicación históricamente más antigua fue el cardán, en el que es posible el pivote sobre los dos ejes espaciales horizontales, pero no se permite la rotación sobre el eje vertical. La pieza intermedia es un anillo.

La falta de libertad de rotación alrededor de los vástagos de la junta también hace que la junta universal sea adecuada para la transmisión de par entre ejes que pueden pivotar uno contra otro (eje cardán).

Juntas de velocidad constanteEditar

Al igual que la junta universal, las juntas homocinéticas se utilizan para la transmisión de par entre ejes que pueden girar en direcciones opuestas. No tienen el inconveniente de no ser completamente sincrónicos, sino que fluctúan periódicamente con la rotación. Al igual que la junta universal, son rótulas reducidas a dos movimientos giratorios en el exterior. En el interior, al igual que en la junta universal, también hay piezas intermedias cuyos elementos de unión están en contacto con superficies de bolas o casquillos variados. En el caso de la "junta Rzeppa", por ejemplo, las bolas están en contacto con superficies esféricas acanaladas.

ReferenciasEditar

  1. Reuleaux, F., 1876 The Kinematics of Machinery, (trans. and annotated by A. B. W. Kennedy), reprinted by Dover, New York (1963)
  2. A. P. Usher, 1929, A History of Mechanical Inventions, Harvard University Press, (reprinted by Dover Publications 1968).
  3. Steffen Marx, Gregor Schacht: Juntas en construcción sólida

Véase tambiénEditar