En este artículo vamos a explicar cómo funcionan los **joints universales**. Estos joints son comúnmente utilizados para transferir poder mecánico entre dos ejes que están inclinados entre sí. Aunque su invención se remonta a hace muchos siglos, el mecanismo de los joints universales es bastante complicado e interesante desde el punto de vista de la física.
Componentes básicos
Un joint universal consta de tres partes básicas: dos horquillas y una cruz. Ahora vamos a considerar diferentes escenarios de transmisión de poder.
Escenario 1: Ejes en línea recta
En este caso, la conexión entre el eje de entrada y el eje de salida es directa. Aquí, el movimiento es bastante simple: el eje de entrada hace girar la cruz y la cruz hace girar el eje de salida. Es evidente que tanto el eje de entrada como el eje de salida girarán a la misma velocidad.
Escenario 2: Ejes en ángulo
Ahora vamos a analizar qué sucede cuando los ejes están inclinados. Supongamos que el eje de entrada se mueve a una velocidad constante. Aquí, el movimiento es diferente y para entenderlo, observemos el comportamiento de los extremos rojos y verdes de la cruz. Podemos notar que los extremos verdes, que están conectados al eje de entrada, giran en un plano vertical, mientras que los extremos rojos, que están conectados al eje de salida, deben moverse en un plano diferente.
Para hacer que los extremos rojos se muevan en el plano inclinado, la cruz tiene que girar a lo largo del eje que conecta los extremos verdes. Si observamos la marca en la cruz, podemos ver este fenómeno.
Para hacer más claro el concepto de giro de la cruz, consideremos esta animación hipotética donde el giro del eje verde se detiene. Es evidente que sin este giro, el movimiento del joint inclinado sería imposible.
El giro de la cruz tiene un impacto significativo en la velocidad del eje de salida. Cuando la cruz gira y rota al mismo tiempo, la velocidad del eje de salida se ve afectada adicionalmente. Durante los primeros 90 grados de la rotación del eje de entrada, el eje verde gira hacia su ángulo máximo y esa rotación adicional afecta y cambia la rotación del eje de salida, como se muestra. Pero para los siguientes 90 grados, el eje verde debe girar de vuelta a su posición inicial, y ese giro en sentido contrario tendrá un efecto opuesto en la rotación del eje de salida.
Al tomar una simple diferencial de tiempo de este gráfico de desplazamiento, podemos determinar la velocidad del eje de salida. Es evidente que el eje de salida tiene una velocidad fluctuante, como se muestra. Esto significa que el joint universal no es un joint de velocidad constante.
Joint universal de doble acción
Sin embargo, se puede convertir en un joint de velocidad constante al incorporar un joint adicional, como se muestra. Si una entrada de velocidad constante produce una salida fluctuante, una entrada fluctuante producirá una salida de velocidad constante. De esta manera, el joint universal de doble acción actúa como un joint de velocidad constante.
Esperamos que ahora hayas comprendido de manera clara cómo funcionan los joints universales. ¡Gracias!
