MAQUINAS Y MECANISMOS 1-13
- solucioneszener
- May 30
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Updated: Jun 6
1.13 TÉCNICAS DE ANÁLISIS DE MECANISMOS.
La mayoría de los análisis de mecanismos implica geometría. Con frecuencia se utilizan métodos gráficos para que el movimiento de los mecanismos se logre visualizar con cliaridad. Las soluciones gráficas incluyen el dibujo de línea “a escala” en ángulos específicos. Un ejemplo es el dibujo de un diagrama cinemático. La solución gráfica requiere la preparación de un dibujo que muestre todos los eslabones a escala proporcional con el mecanismo real. La orientación de los eslabones también se debe mostrar con los mismos ángulos del mecanismo real.
El método gráfico tiene la ventaja de facilitar la visualización y la solución del problema. Sin embargo, la exactitud sería difícil de lograr en comparación con los resultados de las técnicas analíticas. Durante muchas décadas, el análisis de mecanismos se realizó usando básicamente métodos gráficos. A pesar de su popularidad, muchas técnicas gráficas fueron desechadas por su falta de precisión. Sin embargo, el desarrollo de sistema de diseño asistido por computadora (CAD) permitió que el enfoque gráfico se aplicara con precisión. Este texto intenta ilustrar los métodos más comunes que se utilizan en el análisis práctico de mecanismos. Cada uno de estos métodos se describe brevemente en las secciones siguientes.
1.13.1 Técnicas tradicionales de representación gráfica.
Durante las últimas décadas del siglo pasado, todos los análisis gráficos se realizaban usando técnicas de dibujo tradicionales. Se usaban equipo gráfico para dibujar las líneas a escala necesaria en ángulos específicos. El equipo utilizado para efectuar tales análisis incluía escuadras, reglas compases, transportadores y escalímetros. Como se mencionó, este método era criticado con frecuencia por ser impreciso. Sin embargo, con atención adecuada a los detalles, se logran obtener soluciones precisas.
La rápida adopción del software de CAD desde principios de este siglo fue lo que limitó el uso de las técnicas gráficas tradicionales. Aun cuando en la industria no tienen gran aplicación, muchos creen que las técnicas gráficas tradicionales se pueden enseñar todavía a los estudiantes para ilustrar los conceptos subyacentes en el análisis gráfico de mecanismos. Desde luego, tales conceptos son idénticos a los que usan en el análisis gráfico con un sistema de CAD, Mediante las técnicas de dibujo tradicionales, el estudiante se concentra más en las teorías cinemáticas, en vez de “atorarse” aprendiendo los comandos de CAD.
1.13.2 Sistemas de CAD
Como se mencionó, el análisis gráfico se realiza usando procedimientos de dibujo tradicionales o un sistema de CAD, como se hace normalmente en la industria. Para el análisis de mecanismos, es posible utilizar cualquiera de los diversos sistemas de CAD disponibles comercialmente (en este blog recomendamos y apoyamos utilizar programas gratuitos de Código Abierto y ayudar a la comunidad de desarrolladores en su mejora). Dentro de los programas comerciales 2D paramétrico el más famoso y fácil de usar es AutoCAD, dentro de los de 3D paramétricos los más comunes en la industria son Inventor, SolidWorks, Catia y CreoElements Pro, pero estos son los comerciales les recomendamos descubrir y familiarizarse con los programas paramétricos gratuitos y de Código Abierto a continuación daré el nombre y el link de donde bajarlos:
FreeCAD
LibreCAD
OpenSCAD
SOLVESPACE
QCAD
También una opción de un programa no de código abierto, pero gratuito y parte de una comunidad con ideales de compartir información y ayudar, no es necesario bajarlo, se trabaja completamente en línea y en la nube:
Onshape
Si bien los comandos difieren entre uno y otro sistema, todos los sistemas de CAD tienen la capacidad de dibujar con alta precisión las líneas con las longitudes y los ángulos designados. Esta es exactamente la característica requerida por el análisis gráfico de mecanismos. Además del aumento en la exactitud, otra ventaja de CAD es que las líneas no necesitan estar a escala para ajustarse sobre una pieza de papel de dibujo. En la computadora, las líneas se trazan sobre un papel “virtual” de tamaño infinito.
Asimismo, el modo de dibujo restringido en sistemas de modelado tridimensional suelen ser extremadamente útiles en el análisis cinemático plano. Las restricciones geométricas, como la longitud, la perpendicularidad y el paralelismo, se deben cumplir al realizar el análisis cinemático. Tales restricciones se ejecutan de manera automática en el modo de dibujo de modelado en tres dimensiones.
No pretendemos estudiar los comandos de ningún programa paramétrico en específico, pero varios problemas de ejemplo se resuelven con un sistema de CAD. La meta principal de este blog es introducir y brindar el entendimiento de los conceptos del análisis de mecanismos. Tal objetivo se puede lograr sin tomar en cuenta el sistema de CAD específico que se utilice. También si gustan hacer los análisis gráficos manualmente los resultados poco difieren.
Les recordamos que aquí apoyamos y recomendamos programas de Código Abierto, como comentario adicional el texto que están leyendo en este momento fue editado en LibreCAD dentro del sistema operativo Linux Mint. Por favor tomen un momento para ver los programas y conocerlos.
1.13.3 Técnicas analíticas.
Se pueden usar también los métodos analíticos para obtener resultados exactos. Las técnicas analíticas avanzadas involucran con frecuencia funciones matemáticas complejas, las cuales están más allá del alcance de este libro y del análisis rutinario de mecanismos. Asimismo, la importancia de los cálculos con frecuencia es difícil de visualizar.
Las técnicas analíticas incorporadas en esta obra son consistentes con las teorías geométricas, trigonométricas y del análisis gráfico de mecanismos que logran soluciones precisas, en tanto que las teorías gráficas permiten que se visualicen las soluciones. Este método tiene la desventaja de cálculos laboriosos para los mecanismos más complejos. Aun así, una gran parte de este blog está dedicado a las técnicas analíticas.
1.13.4 Métodos por computadora.
Conforme se requieren solucione analíticas más precisas para varias posiciones de un mecanismo, el número de cálculos se podría volver inmanejable. En tales casos, se recomienda el uso de una solución por computadora, las cuales también son valiosas cuando se deben analizar varias iteraciones en el diseño.
El método computacional para el análisis de mecanismos tiene varias formas:
Las hojas de cálculo son muy comunes en la solución de problemas rutinarios de mecanismos. Una característica importante de las hojas de cálculo es que al cambiar los datos que se introducen en una celda, los demás resultados se actualizan automáticamente. Esto permite que las iteraciones en el diseño se realicen con facilidad. Conforme los problemas se vuelven más complejos, suele dificultarse su manejo con una hoja de cálculo. No obstante, a lo largo del blog se usan hojas de cálculo para resolver problemas.
Se dispone de programas de análisis dinámico comerciales, como Working Model, ADAMS, Análisis Flow, Ansys y otros. Les recordamos que recomendamos apoyar y conocer los programas de análisis de código abierto como:
OpenModelica
COCO simulator
DWSIM
OpenFOAM
freebyte Dinamic Simulation Software
Es posible crear programas de cómputo escritos por el usuario en lenguajes de alto nivel como Matlab, Mathematica, VisualBasic o C++. El lenguaje de programación seleccionado debe tener acceso directo a funciones trigonométricas y a funciones trigonométricas inversas. Debido al tiempo y al esfuerzo que se requieren para desarrollar programas especiales, estos son más efectivos cuando se necesita resolver un problema complejo que no se enfrenta cotidianamente.
Si gustan que agreguemos entrenamiento en FREECAD que es el programa que personalmente recomendamos y utilizamos, con gusto lo podemos agregar al nuestro canal de Youtube, y también podemos creamos grupos virtuales para asesorías.
Para cualquier recomendación, duda o aclaración no duden en comunicarse con nosotros:
