LOS MECANISMOS EN LA MECATRONICA
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.Se le llama mecanismo a los dispositivos o conjuntos de sólidos resistentes que reciben una energía entrante, a través de un sistema de transmisión y transformación de movimientos, realizan un trabajo.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.
Para tener claro qué es un mecanismo de transmisión primero vamos a explicar a qué hace referencia el término mecanismo. Entendemos como mecanismo aquel artilugio o maquinaria encargados de convertir el movimiento realizado gracias a un elemento impulsor (fuerza de entrada), como podría ser el caso de un motor, en un movimiento dirigido (fuerza de salida) al que se llama elemento conducido o dirigido. Estos elementos suelen ir acoplados sobre ejes transmisores.Contamos con dos tipos de mecanismos como son los mecanismos de transmisión del movimiento y los mecanismos de transformación del movimiento. Cada una de estas dos ramas tiene distintos tipos de movimientos que se engloban en movimiento circular o rotatorio, el lineal y el alternativo.
Tipos de sistemas de transmisión del movimiento
Como hemos dicho, tanto los mecanismos de transmisión del movimiento como los de transformación del movimiento cuentan con diferentes movimientos o posiciones.
Movimiento circular o rotatorio
El movimiento circular o rotatorio es el que se basa en realizar un desplazamiento en círculos y girando, como sería el caso de una rueda.
Movimiento lineal
El movimiento lineal, como su propio nombre nos indica, se trata de realizar un desplazamiento en línea recta y de forma continuada. Podemos tomar como ejemplo el trayecto de un tren.
Movimiento alternativo
En el movimiento alternativo encontramos como ejemplo el de un péndulo. El desplazamiento de este tipo de movimiento se caracteriza por realizar un trayecto de ida y vuelta, oscilando o dando bandazos, eso sí, de manera controlada, por supuesto.
Mecanismos de transmisión del movimiento
Para entrar más en profundidad sobre los mecanismos de transmisión del movimiento destacamos los dos tipos característicos que le pertenecen.El mecanismo lineal, donde sus componentes de entrada y salida transcurren en un movimiento lineal y el mecanismo circular, donde sus elementos transcurren en movimiento circular.De estos dos tipos en el mundo del sector podemos destacar la palanca, el sistema de poleas, el sistema de poleas con correa, el sistema de ruedas de fricción y el sistema de engranajes.Elementos que vamos a detallar a continuación.
La Palanca
La palanca se basa en un mecanismo de transmisión lineal. Formada por un elemento rígido que se ayuda de un punto de apoyo con la intención de superar una resistencia mediante una fuerza aplicada.
Sistema de poleas
El sistema de poleas, del cual puedes obtener más información siguiendo este enlace a nuestra publicación de tipos de poleas, es un mecanismo de transmisión lineal donde una rueda con una ranura se desplaza de forma circular girando alrededor de un eje donde, mediante una cuerda situada encima de la polea, ejercemos la fuerza necesaria para realizar el desplazamiento.
Sistema de poleas con correa
El sistema de poleas con correa, de donde puedes obtener más información en nuestra publicación sobre poleas y correas, se trata de dos ruedas o poleas que giran a la vez gracias al efecto de la correa sobre ellas. Se trata de un mecanismo circular.
Sistema de ruedas de fricción
Una vez más nos topamos con un sistema de transmisión circular donde las ruedas rozan entre sí de manera circular con tal de realizar el movimiento deseado.
Sistema de engranajes
Mediante un sistema de engranajes en ruedas dentadas estas transmiten un movimiento circular a las ruedas adyacentes. El tamaño de los dientes de las ruedas debe ser el mismo, aunque no así las ruedas, que varían en tamaño y cantidad de dientes según su función.
Mecanismo de transmisión mecánica de un vehículo
En general, una transmisión mecánica se define como una transmisión que está controlada de forma independiente por el motor del vehículo en lugar de por una serie de dispositivos, como los engranajes y una caja de transferencia. Este tipo de transmisión tiene una serie de ventajas con respecto a las transmisiones manuales más comunes, ya que no necesita engranar el tren motriz ni realizar ninguna otra función en la propia transmisión. A menudo se denomina cambio "paralelo" o "síncrono" porque cambia las marchas y engrana la transmisión al mismo tiempo. Un cambiador típico utiliza un motor eléctrico con un embrague o un embrague de plena potencia para cambiar de marcha, mientras que una transmisión manual convencional cambia de marcha en el lado de la transmisión del motor. El embrague actúa como fuerza reductora entre la transmisión y el motor. Este tipo de transmisión se suele utilizar en vehículos más ligeros o en coches deportivos en los que se desea un rendimiento de alta velocidad, ya que un embrague de plena potencia requiere una cantidad considerable de caballos para acoplarse.
El cambio de marchas se produce cuando el vehículo pasa de punto muerto (el coche aparcado) a una marcha alta (la marcha atrás del embrague), lo que eleva la presión del líquido de la transmisión. El fluido se expande ya que se necesita más fluido para empujar el vehículo hacia la marcha más alta, reduciendo la resistencia. A medida que el fluido cambia de dirección, la velocidad del vehículo varía junto con la velocidad del fluido. Cuando se cambia una marcha a punto muerto, el motor empieza a funcionar sin que se acople el embrague. Esto se conoce como conducción "al ralentí", ya que no hay resistencia del embrague, lo que permite una transición suave de la aceleración al frenado
Clasificación de mecanismos
Una clasificación de los mecanismos puede considerar las unidades, los sistemas[1], los niveles de organización, los modos de operación o los estados finales y, además, valerse de distintos criterios. Aquí se propone una clasificación nueva, lo suficientemente amplia como para incluir los mecanismos de las distintas disciplinas, y tal que permite incorporar distintos elementos, como los intereses de la investigación o el carácter de las regularidades en las resultantes de relación.
Como se dijo en la introducción, una cualidad importante de los mecanismos es su condición de artificial (diseñados por los seres humanos) o no artificial. Entre ambos tipos de mecanismo existe una diferencia crucial: la relación de los planos ontológico y analítico: en los artificiales, primero (simplificando un poco las cosas) es el modelo analítico y luego el mecanismo; en los no artificiales, quien investiga debe identificar el mecanismo y para ello estudia el sistema concreto, empírico, y trata de hallar en él los elementos que irán completando el modelo analítico. Es decir, en los artificiales, primero es el modelo y luego el mecanismo; en los no artificiales, primero, el mecanismo y luego el modelo. En los no artificiales se centra (sin tener por eso la exclusividad) el interés científico por el conocimiento, la teorización y la explicación. En los mecanismos artificiales, el interés principal (no el único) será el control y la intervención.
El ser humano siempre ha utilizado aquello que tenía a su alrededor para realizar
un trabajo con el menor esfuerzo posible. Así, ha inventado artilugios o dispositivos
que le sirvieran para reducir la fuerza y la energía empleadas, así como el tiempo
de ejecuciónLa reducción del esfuerzo que realiza una máquina se denomina ventaja mecánica. Cuanto mayor sea la ventaja mecánica, menor fuerza habrá que emplear para
realizar un trabajo.
Puede considerarse una máquina desde algo tan sencillo como unas tijeras hasta
un ordenador. Por lo tanto, su clasificación es muy diversa y en función de distintos
aspectos.Los mecanismos se pueden utilizar para transformar movimientos (el motor de un
coche), modificar la fuerza (una prensa), modificar la velocidad (los cambios de una
bicicleta), cambiar la dirección del movimiento (una polea simple) y acumular energía (un muelle).
La clasificación general de los mecanismos se realiza en función de la relación entre los movimientos conductor y conducido, que pueden ser de transmisión o de
transformación del movimiento.}
Poleas:
Una polea es un mecanismo compuesto por una rueda que gira alrededor de un
eje. Tiene un canal o carril por el cual pasa una cuerda o una correa.
El principal objetivo del uso de las poleas es reducir el esfuerzo obteniendo ventaja
mecánica, aunque también pueden utilizarse para cambiar la dirección de la fuerza.
Las poleas pueden ser fijas, móviles y compuestas.
Poleas de transmisión
La transmisión se produce entre dos o más poleas unidas por correas flexibles. Las
poleas transmiten el movimiento circular entre ejes separados y pueden modificar
el sentido de giro, la fuerza transmitida y la velocidad. Los ejes pueden ser paralelos o se pueden cruzar
Los mecanismos son los elementos de una máquina capaces de transmitir y transformar movimientos y fuerzas desde un elemento motriz o conductor hasta un elemento conducido. Los movimientos que realizan los mecanismos pueden ser de cuatro tipos: lineal, alternativo, de rotación y oscilante. Un sistema mecatrónico es aquel sistema digital que recoge señales, las procesa y emite una respuesta por medio de actuadores, generando movimientos o acciones sobre el sistema en el que se va a actuar.
-.Las partes de un sistema mecatrónico son:
Estructura: Es el "cuerpo" de nuestro sistema, en el irán todos los demás elementos que lo integran.
Sensores: Es un dispositivo capaz de detectar magnitudes físicas o químicas y transformarlas en variables eléctricas.
Actuadores: Los actuadores son, como su nombre lo dice, los que realizan una acción,existen muchos tipos de actuadores, por ejemplo los motores.
Controladores: Los controladores son los que regulan todas las funciones asociadas de temporización, cadencia y conteo lógico.
Interfaces: Es el medio por el cual se conectan dos sistemas o dispositivos.