Partes móviles

Componentes de una máquina que pueden moverse con respecto a los demás.

Un modelo de las partes móviles de un motor.

Las máquinas incluyen partes fijas y móviles . Las partes móviles tienen movimientos controlados y restringidos. ^{[1] [2]}

Las piezas móviles son componentes de la máquina, excluyendo cualquier fluido en movimiento, como combustible , refrigerante o fluido hidráulico . ^{[ cita requerida ]} Las partes móviles tampoco incluyen cerraduras mecánicas , interruptores , tuercas y pernos , tapones de rosca para botellas, etc. Un sistema sin partes móviles se describe como " estado sólido " ^{[ cita requerida ]} .

Eficiencia mecánica y desgaste.

La cantidad de piezas móviles de una máquina es un factor de su eficiencia mecánica . Cuanto mayor sea el número de piezas móviles, mayor será la cantidad de energía perdida en calor por la fricción entre esas piezas. ^[3] Por ejemplo, en un motor de automóvil moderno, aproximadamente el 7% de la potencia total obtenida al quemar el combustible del motor se pierde debido a la fricción entre las partes móviles del motor. ^[4]

Por el contrario, cuanto menor sea el número de piezas móviles, mayor será la eficiencia. Las máquinas sin ninguna pieza móvil pueden ser muy eficientes. Un transformador eléctrico , por ejemplo, no tiene partes móviles y su eficiencia mecánica generalmente está por encima del 90%. (Las pérdidas de energía restantes en un transformador se deben a otras causas, incluida la pérdida de resistencia eléctrica en los devanados de cobre y la pérdida por histéresis y la pérdida por corrientes parásitas en el núcleo de hierro) ^.

Se utilizan dos medios para superar las pérdidas de eficiencia provocadas por la fricción entre piezas móviles. Primero, se lubrican las piezas móviles . En segundo lugar, las partes móviles de una máquina están diseñadas para que tengan un pequeño contacto entre sí. Este último, a su vez, comprende dos enfoques. Se puede reducir el tamaño de una máquina, reduciendo así simplemente las áreas de las partes móviles que rozan entre sí; y se pueden modificar los diseños de los componentes individuales, cambiando sus formas y estructuras para reducir o evitar el contacto entre sí. ^[4]

La lubricación también reduce el desgaste , al igual que el uso de materiales adecuados. A medida que las piezas móviles se desgastan, esto puede afectar la precisión de la máquina. Por lo tanto, los diseñadores tienen que diseñar piezas móviles teniendo en cuenta este factor, asegurándose de que, si la precisión durante la vida útil de la máquina es primordial, se tenga en cuenta el desgaste y, si es posible, se minimice. (Un ejemplo sencillo de esto es el diseño de una carretilla sencilla de una sola rueda . Un diseño en el que el eje está fijado a los brazos de la carretilla y la rueda gira alrededor de él es propenso al desgaste, lo que provoca rápidamente una oscilación, mientras que un eje giratorio que está sujeto a la rueda y que gira sobre cojinetes en los brazos no comienza a tambalearse a medida que el eje se desgasta a través de los brazos.) ^[6]

La disciplina científica y de ingeniería que se ocupa de la lubricación, la fricción y el desgaste de piezas móviles es la tribología , un campo interdisciplinario que abarca la ciencia de los materiales , la ingeniería mecánica , la química y la mecánica . ^[7]

Falla

Como se mencionó, el desgaste es un problema para las piezas móviles de una máquina. ^[8] Otras preocupaciones que conducen a fallas incluyen la corrosión , ^[8] la erosión , ^[8] el estrés térmico y la generación de calor, ^[8] la vibración , ^[8] la carga por fatiga, ^[8] y la cavitación .

La fatiga está relacionada con grandes fuerzas de inercia y se ve afectada por el tipo de movimiento que tiene una parte móvil. Una parte móvil que tiene un movimiento de rotación uniforme está sujeta a menos fatiga que una parte móvil que oscila hacia adelante y hacia atrás. La vibración provoca fallas cuando la frecuencia de fuerza del funcionamiento de la máquina alcanza una frecuencia resonante de una o más partes móviles, como ejes giratorios. Los diseñadores evitan estos problemas calculando las frecuencias naturales de las piezas en el momento del diseño y alterando las piezas para limitar o eliminar dicha resonancia.

Otros factores que pueden provocar fallos en las piezas móviles incluyen fallos en los sistemas de refrigeración y lubricación de una máquina. ^[8]

Un último factor particular relacionado con la falla de las piezas móviles es la energía cinética. La liberación repentina de la energía cinética de las partes móviles de una máquina provoca fallas por sobreesfuerzo si un objeto extraño impide el movimiento de una parte móvil. Por ejemplo , considere una piedra atrapada en las aspas de un ventilador o hélice, o incluso la proverbial " llave inglesa en proceso". ^[8] (Ver daño por objeto extraño para una discusión más detallada sobre esto).

Energía cinética de las partes móviles de una máquina.

La energía cinética de una máquina es la suma de las energías cinéticas de sus partes móviles individuales. Una máquina con partes móviles puede considerarse matemáticamente como un sistema conectado de cuerpos, cuyas energías cinéticas se suman simplemente. Las energías cinéticas individuales se determinan a partir de las energías cinéticas de las traslaciones y rotaciones de las partes móviles alrededor de sus ejes. ^[9]

La energía cinética de rotación de las partes móviles se puede determinar observando que cada sistema de partes móviles se puede reducir a una colección de cuerpos conectados que giran alrededor de un eje instantáneo, que forman un anillo o una porción de un anillo ideal, de Radio que gira a revoluciones por segundo . Este anillo ideal se conoce como volante equivalente , cuyo radio es el radio de giro . La integral de los cuadrados de los radios de todas las porciones del anillo con respecto a su masa , también expresable si el anillo se modela como un conjunto de partículas discretas como la suma de los productos de esas masas y los cuadrados de sus radios es la momento de inercia del anillo , denotado . La energía cinética de rotación de todo el sistema de partes móviles es , donde es la velocidad angular de las partes móviles alrededor del mismo eje que el momento de inercia. ^{[9] [10]} ${\displaystyle a}$ ${\displaystyle n}$ ${\displaystyle \int a^{2}dm}$ ${\displaystyle \sum _{k=0}^{n}m_{k}\times a_{k}^{2}}$ ${\displaystyle I}$ ${\displaystyle {\frac {1}{2}}I\omega ^{2}}$ ${\displaystyle \omega }$

La energía cinética de traslación de las partes móviles es , donde es la masa total y es la magnitud de la velocidad . Esto da la fórmula para la energía cinética total de las partes móviles de una máquina como . ^{[9] [10]} ${\displaystyle {\frac {1}{2}}mv^{2}}$ ${\displaystyle m}$ ${\displaystyle v}$ ${\displaystyle {\frac {1}{2}}I\omega ^{2}+{\frac {1}{2}}mv^{2}}$

Este diagrama de ingeniería (que ilustra el principio en el diseño cinemático de que el uso de tipos/números incorrectos de enlaces mecánicos puede hacer que las piezas fijas se tambaleen ^[6] ) muestra el movimiento de las piezas oscilantes con un contorno sólido de la parte móvil en una posición en un extremo. de su movimiento y un contorno de línea fantasma de la pieza en la posición en el otro extremo.

Representar piezas móviles en diagramas de ingeniería.

En el dibujo técnico , las piezas móviles se designan convencionalmente dibujando el contorno sólido de la pieza en su posición principal o inicial, con un contorno añadido de la pieza en una posición secundaria, movida, dibujada con una línea fantasma (una línea que comprende " secuencias de punto-punto-rayón" de dos segmentos de línea cortos y uno largo). ^{[11] [12] [13]} Estas convenciones están consagradas en varias normas del Instituto Nacional Estadounidense de Estándares y la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos , incluida ASME Y14.2M publicada en 1979. ^[14]

En las últimas décadas, el uso de la animación se ha vuelto más práctico y generalizado en diagramas técnicos y de ingeniería para ilustrar los movimientos de piezas móviles. La animación representa las piezas en movimiento con mayor claridad y permite visualizarlas y sus movimientos más fácilmente. ^[15] Además, las herramientas de diseño asistido por computadora permiten simular los movimientos de las piezas móviles, lo que permite a los diseñadores de máquinas determinar, por ejemplo, si las piezas móviles en un diseño determinado obstruirían el movimiento de otras o colisionarían mediante una simple inspección visual de ( animado) modelo de computadora en lugar de que el diseñador realice un análisis numérico directamente. ^{[16] [17]}

Ver también

• Arte cinético : escultura que contiene partes móviles.
• Movimiento (mecanismo de relojería) : el nombre específico de las partes móviles de un reloj o reloj.

Referencias

1. VB Bhandari (2001). Introducción al diseño de máquinas . Tata McGraw-Hill. pag. 1.ISBN​ 9780070434493.
2. Thomas Minchin Goodeve (marzo de 2007). Los elementos del mecanismo (Read Books, reimpresión de 2007, edición). Londres: Longman, Green, Longman y Roberts. pag. 1.ISBN​ 9781406700497.
3. Alden J. Balmer (2008). Doc Fizzix Mousetrap Racers: el manual completo del constructor . Publicación de la Capilla Fox. pag. 32.ISBN​ 9781565233591.
4. Steven T. Moeller (2002). Eficiencia energética: problemas y tendencias . Editores Nova. pag. 57.ISBN​ 9781590332016.
5. Trevor Linsley (2008). Trabajos avanzados de instalación eléctrica (5ª ed.). Newnes. págs.216. ISBN 9780750687522.
6. Edgar Bright Wilson (1952). Una introducción a la investigación científica . Libros de Dover que explican la ciencia (edición de reimpresión de 1991). Publicaciones de Courier Dover. págs. 104-105, 108. ISBN 9780486665450.
7. Wakelin, RJ (1974). "Tribología: fricción, lubricación y desgaste de piezas móviles". Revisión anual de la ciencia de los materiales . 4 : 221–253. Código Bib : 1974AnRMS...4..221W. doi : 10.1146/annurev.ms.04.080174.001253.
8. MT Todinov (2007). Análisis de confiabilidad basado en riesgos y principios genéricos para la reducción de riesgos . Elsevier. págs. 208-209. ISBN 9780080447285.
9. Russell C. Hibbeler (2009). Mecánica de ingeniería: dinámica (12ª ed.). Prentice Hall. págs. 457–458. ISBN 9780136077916.
10. James Henry Cotterill (1884). Mecánica Aplicada. Introducción general elemental a la teoría de estructuras y máquinas. Con diagramas, ilustraciones y ejemplos (Reimpresión de Adegi Graphics LLC, edición). Londres: Macmillan & Co. págs. 212-215. ISBN 9781421257013.
11. Jack Lo y David Pressman (2007). Cómo hacer dibujos de patentes: un compañero para patentarlo usted mismo (5ª ed.). Nolo. págs.226. ISBN 9781413306538.
12. David A. Madsen (2001). Dibujo y diseño de ingeniería . Serie de redacción de Delmar (3ª ed.). Aprendizaje Cengage. pag. 48.ISBN​ 9780766816343.
13. Cecil Howard Jensen y Jay D. Helsel (1985). Fundamentos del dibujo de ingeniería (2ª ed.). División Gregg, McGraw-Hill. págs.28. ISBN 9780070325340.
14. Paul H. Wright (2002). Introducción a la ingeniería. Serie Wiley Desktop Editions (3ª ed.). John Wiley e hijos. págs. 155-156, 171. ISBN 9780471059202.
15. David L. Goetsch; William tiza; John A. Nelson (1999). Dibujo técnico . Serie de gráficos técnicos Delmar (4ª ed.). Aprendizaje Cengage. págs.452, 456. ISBN 9780766805316.
16. Peter P. Comninos (1989). "Informática y Animación para Diseñadores de Interiores e Industriales". En John Lansdown; Rae A. Earnshaw (eds.). Computadoras en arte, diseño y animación . Saltador. págs. 216-217. ISBN 9780387968964.
17. Philip Steadman (1989). “Asistencia Informática al Proceso de Diseño”. En John Lansdown; Rae A. Earnshaw (eds.). Computadoras en arte, diseño y animación . Saltador. págs.158. ISBN 9780387968964.

Otras lecturas

• "Convenciones de líneas y letras". Nueva York: Instituto Nacional Estadounidense de Estándares . 1979. ANSI/ASME Y14.2M. {{cite journal}}: Citar diario requiere |journal=( ayuda )
• "Método de diagramación de controles de fluidos de piezas móviles". Asociación Nacional de Energía Fluida e Instituto Nacional Estadounidense de Estándares . 1976. ANSI/NFPA T3.28.9-1976. {{cite journal}}: Citar diario requiere |journal=( ayuda )