Para diseñar adecuadamente un mecanismo, el análisis de velocidad es crucial. La principal preocupación de un diseñador es la variación de la velocidad del enlace de salida para una velocidad de entrada específica. El aspecto interesante del análisis de velocidad es que se puede determinar la velocidad de cualquier vínculo comprendiendo dos conceptos simples.
Concepto 1: Velocidad relativa
Cuando se trata de un cuerpo rígido, éste no puede alargarse ni contraerse en ninguna dirección. Esto significa que si tomamos dos puntos dentro de un cuerpo rígido, pueden tener velocidades diferentes, pero las componentes de velocidad paralelas a la línea que conecta los puntos deben ser iguales. Si la componente de velocidad en el punto B es mayor que en el punto A, el vínculo comenzará a alargarse.
Por el contrario, si el componente de velocidad en el punto A es mayor que en el punto B, el enlace comenzará a contraerse. Sin embargo, ambos casos son imposibles ya que un cuerpo rígido no puede deformarse. Por lo tanto, las componentes de velocidad de ambos puntos deben ser iguales. Si restamos la velocidad del punto A de la velocidad del punto B, el vector de velocidad relativa no tendrá componente paralelo a la línea de conexión.
Se cancelará, lo que dará como resultado que el vector de velocidad relativa sea perpendicular a la línea de conexión. En resumen, la velocidad relativa entre dos puntos cualesquiera de un cuerpo rígido debe ser perpendicular a la línea que los conecta.
Concepto 2: No penetración
Cuando se trata de superficies de contacto, nunca deben penetrar entre sí. El punto o línea de acoplamiento común representa la normal común de ambos enlaces. El mismo punto puede tener diferentes velocidades en diferentes enlaces. Ninguna penetración significa que el componente de velocidad de ambas velocidades de enlace a lo largo de la normal común debe ser igual.
Si la componente de velocidad del eslabón 2 es menor que la del eslabón 1, las superficies penetrarán. Por otro lado, si la componente de velocidad del eslabón 2 es mayor que la del eslabón 1, las superficies se desprenderán. Sin embargo, ninguno de estos casos es posible para superficies coincidentes.
Por tanto, las componentes de la velocidad a lo largo de la normal común deberían ser iguales. Si tomamos la diferencia vectorial entre v1 y v2, no debería tener ningún componente a lo largo de la normal común. Por tanto, la velocidad relativa debe ser perpendicular a la normal común.
Ahora, apliquemos estos dos conceptos a diferentes mecanismos de análisis de velocidad.
Variable de cuatro barras
En un varillaje de cuatro barras, donde conocemos la velocidad angular de entrada y queremos determinar la velocidad de salida, el enfoque es simple. Consideramos la barra en el medio, asumiendo que no puede expandirse ni contraerse. Como conocemos la velocidad angular de este eslabón, podemos encontrar fácilmente la magnitud y dirección de la velocidad en el punto 0.1. Sin embargo, para el punto 0.2, sólo conocemos la dirección de la velocidad.
Aquí el primer concepto viene en nuestra ayuda. Como esta barra no puede alargarse ni contraerse, la velocidad relativa entre estos puntos debe ser perpendicular a este eslabón, lo que nos permite determinar la magnitud de la velocidad en el punto 0.2. De allí podemos deducir la velocidad angular del eslabón.
Otros mecanismos
Utilizando la misma metodología, puede realizar análisis de velocidad en cualquier otro mecanismo. Considere el ejemplo de dos levas. Conocemos la velocidad angular de una leva y queremos encontrar la velocidad angular de la segunda leva. En el momento del apareamiento se debe considerar la normalidad común.
Al examinar el punto de acoplamiento de ambas levas, conocemos la dirección y la magnitud de la velocidad en la primera leva, pero sólo la dirección en la segunda leva. Aquí entra en juego el segundo concepto. Como los eslabones no pueden penetrarse entre sí, la velocidad relativa debe ser perpendicular a la normal común. Al determinar la magnitud de v2, podemos calcular la velocidad angular del eslabón.
Análisis de velocidad en mecanismos
Al aplicar estos principios, el análisis de velocidad se puede realizar en varios mecanismos. Por ejemplo, es posible calcular la velocidad promedio en un mecanismo determinado al considerar tanto el concepto de velocidad relativa como el de no penetración. Este cálculo de velocidad promedio resulta fundamental para comprender el funcionamiento eficiente de los mecanismos en diversas aplicaciones.
Con suerte, esta exploración detallada sobre el análisis de velocidad en mecanismos y el cálculo de velocidad promedio le proporcionará una comprensión más profunda de cómo evaluar y optimizar el rendimiento de diferentes dispositivos mecánicos. Gracias.
