Mecanismos que generan movimiento en línea recta real o aproximado.
Animación del vínculo de WattEnlace de Roberts. Los enlaces del mismo color tienen la misma longitud.Enlace Sarrus. Las piezas del mismo color tienen las mismas dimensiones.Inversor Peaucellier-Lipkin. Los enlaces del mismo color tienen la misma longitud.
Un mecanismo rectilíneo es un mecanismo que convierte cualquier tipo de movimiento giratorio o angular en un movimiento rectilíneo perfecto o casi perfecto, o viceversa . El movimiento en línea recta es un movimiento lineal de longitud definida o "carrera", en el que cada carrera de avance es seguida por una carrera de retorno, lo que genera un movimiento alternativo . El primer mecanismo de este tipo, patentado en 1784 por James Watt , produjo un movimiento rectilíneo aproximado, al que Watt se refiere como movimiento paralelo .
Los mecanismos de línea recta se utilizan en una variedad de aplicaciones, como motores, suspensiones de vehículos, robots andantes y ruedas de vehículos terrestres. [ cita necesaria ]
Historia
A finales del siglo XVIII, antes del desarrollo de la cepilladora y la fresadora , era extremadamente difícil mecanizar superficies rectas y planas. Durante esa época, se pensó mucho en el problema de lograr un movimiento rectilíneo , ya que esto permitiría mecanizar superficies planas. Para encontrar una solución al problema, James Watt desarrolló el primer mecanismo en línea recta , para guiar el pistón de las primeras máquinas de vapor. Aunque no genera una línea recta exacta, se logra una buena aproximación en una distancia de recorrido considerable.
Los vínculos en línea recta perfecta se descubrieron más tarde en el siglo XIX, pero no eran tan necesarios, ya que para entonces se habían desarrollado otras técnicas de mecanizado. [ cita necesaria ]
Lista de enlaces
Enlaces aproximados en línea recta
Estos mecanismos suelen utilizar varillajes de cuatro barras, ya que requieren muy pocas piezas. Estos varillajes de cuatro barras tienen curvas de acoplador que tienen una o más regiones de movimiento rectilíneo aproximadamente perfecto. La excepción en esta lista es el movimiento paralelo de Watt, que combina el varillaje de Watt con otro varillaje de cuatro barras (el pantógrafo ) para amplificar el movimiento en línea recta aproximado existente.
No es posible crear un movimiento en línea perfectamente recta utilizando un varillaje de cuatro barras sin utilizar una articulación prismática .
Con el tiempo se lograría un movimiento rectilíneo perfecto.
El enlace Sarrus fue el primer enlace lineal perfecto, realizado en 1853. Sin embargo, es un enlace espacial más que un enlace plano. El primer enlace plano no se realizaría hasta 1864.
Actualmente, todos los vínculos planos que producen un movimiento lineal perfecto utilizan la inversión alrededor de un círculo para producir un círculo hipotético de radio infinito, que es una línea. Por eso se les llama inversoras o células inversoras. Las soluciones más sencillas son el marco en W de Hart, que utiliza 6 barras, y los inversores cuadruplanares, Sylvester-Kempe y Kumara-Kampling, que también utilizan 6 barras.
El mecanismo de Scott Russell (1803) traduce el movimiento lineal en un ángulo recto, pero no es un mecanismo de línea recta en sí mismo. El varillaje Grasshopper Beam/Evans , un varillaje en línea recta aproximada, y el varillaje Bricard, un varillaje en línea recta exacta, comparten similitudes con el varillaje de Scott Russell y el trasmallo de Arquímedes .
Mecanismos excéntricos compuestos con movimiento elíptico.
Estos mecanismos utilizan el principio de una curva rodante en lugar de una curva de acoplador y pueden convertir un movimiento giratorio continuo, en lugar de limitado, en movimiento alternativo y viceversa mediante un movimiento elíptico. El movimiento rectilíneo sinusoidal no produce fuerzas de inercia de segundo orden, lo que simplifica el equilibrio en máquinas de alta velocidad.
Trasmallo de Arquímedes . Originalmente un elipsógrafo. Como mecanismo, utiliza el hecho de que un círculo y una línea recta son casos especiales de una elipse. Se basa en gran medida en el mismo principio cinemático que el mecanismo de línea recta de Cardan (arriba) y podría considerarse como un engranaje recto con dos dientes en una corona con cuatro dientes. Se ha utilizado en el motor Baker-Cross. [3] Se ha utilizado en forma invertida en la máquina de vapor de Parsons [4] y todavía se puede encontrar hoy en una inversión adicional como el acoplamiento Oldham .
Mecanismo MultiFAZE. [5] El mecanismo excéntrico compuesto de eje fijo múltiple también utiliza movimiento elíptico, pero aquí se convierte en movimiento giratorio mediante un tren de engranajes excéntrico en lugar de un rodamiento de doble carga con restricciones dimensionales, para reducir la fricción y el desgaste. El mecanismo se ha utilizado en una configuración de voladizo flotante en el motor Stiller-Smith [6] [7] (ver Galería).
Galería
Enlaces aproximados en línea recta
Las piezas/enlaces del mismo color tienen las mismas dimensiones.
enlace de Watt
Enlace de movimiento paralelo de Watts
Enlace Evans "Saltamontes"
enlace de roberts
vinculación de Chebyshev
Enlace lambda de Chebyshev
Enlace de la mesa Chebyshev
vínculo de Hoecken
Enlaces perfectos en línea recta
Las piezas/enlaces del mismo color tienen las mismas dimensiones.
Varillaje Sarrus (variante de barras)
Enlace Sarrus (variante de placas)
Inversor Peaucellier-Lipkin
Harts inversor 1
Inversor Harts 2 [Nota 1]
Inversor Perrolatz
Kempe kite inversor 1 [Nota 1]
Kempe kite inversor 2 [Nota 1]
Kempe kite inversor 3 [Nota 1]
Enlace Scott Russell (conexión deslizante) [Nota 1]
Enlace Scott Russell (conectado al enlace Peaucellier-Lipkin)
Inversor Bricard [Nota 1]
Inversor cuadruplanar Sylvester-Kempe 1 [Nota 1]
Inversor cuadruplanar 2 Sylvester-Kempe [Nota 1]
Inversor cuadruplanar Sylvester-Kempe 3
Inversor Kumara-Kampling [Nota 1]
Pareja Tusi, movimiento elíptico: versiones e inversiones.
Pareja Tusi según los diagramas en la traducción de la copia de la descripción original de Tusi: Un círculo pequeño gira dentro de un círculo grande.
Pareja Tusi según la traducción de la copia de la descripción original de Tusi: Los círculos giran en la misma dirección, relación de velocidad 2:1.
La visión de Copérnico sobre la pareja Tusi: la dirección de rotación y la órbita del círculo en movimiento son iguales y opuestas.
Inversión No. 3
Inversión No. 4
El mecanismo de Parsons es una versión duplicada de la pareja Tusi Inversión No. 2 unida por un trasmallo de Arquímedes.
Acoplamiento Oldham . Los extremos ranurados de dos ejes (negro) están acoplados mediante un travesaño (verde). Compárese con la pareja Tusi Inversión No. 4.
Cinemática del mecanismo MultiFAZE caracterizado por el paralelogramo ABCD. El gran círculo discontinuo es sólo como referencia.
Mecanismos excéntricos compuestos con movimiento elíptico.
Un engranaje recto de dos dientes rueda dentro de una corona de cuatro dientes: ¿Arquímedes, Tusi o Cardano?
Par de engranajes hipocíclicos de Cardan: los pines rojo, verde y azul se mueven en línea recta.
Tres trasmallos de Arquímedes sobre un rotor triangular que muestran la órbita circular de los puntos medios del trasmallo.
Motor X4 de 60° con mecanismo MultiFAZE con contrapesos para un equilibrio total.
Motor MultiFAZE 90° X4 con crucetas, engranajes de trasmallo y contrapesos/deslizadores alternativos.
Principio de manivela flotante en voladizo de Stiller-Smith. Oscilación simulada y sobreimpulso exagerados para lograr efecto.
Vista lateral del motor de manivela flotante en voladizo Stiller-Smith
^ abcdefghi Linkage tiene posiciones inestables que no se tienen en cuenta. En aras de la claridad, no se muestran mitigaciones para dichas posiciones inestables.
Referencias
^ Kempe, Alfred Bray (1877). Cómo dibujar una línea recta: una conferencia sobre vínculos. Macmillan y compañía. ISBN 978-1-4297-0244-7.
^ Artobolevsky, Ivan Ivanovich. Mecanismos en el diseño de ingeniería moderna . ISBN978-5-9710-5698-0.
^ Motor de cuatro cilindros y cuatro tiempos con dos componentes alternativos, AJS Baker, ME Cross, Institución de ingenieros mecánicos, División de automóviles, volumen 188 38/74
^ Motor epicicloidal de Parsons
^ Patente No. DE 3232974, publicada en marzo de 1984
^ Solicitud de patente nº US 628 248, julio de 1984 (ver US 4 641 611)
^ Motores limpios: una combinación de materiales avanzados y un nuevo diseño de motor
Teoría de máquinas y mecanismos, Joseph Edward Shigley
enlaces externos
Universidad de Cornell (archivado) - Modelos de mecanismos de línea recta