Mecanismos asombrosos: el ubicuo enlace de cuatro barras
La conexión de cuatro barras es un tipo de conexión mecánica que se utiliza en muchos dispositivos diferentes. Algunos ejemplos son: abrazaderas de llave, bicicletas, bombas para pozos de petróleo, cargadores, motores de combustión interna, compresores y pantógrafos. En biología también podemos encontrar ejemplos de esta conexión, como en la articulación de la rodilla humana, donde el mecanismo permite la rotación y mantiene los dos huesos de las piernas conectados entre sí. También está presente en algunas mandíbulas de pescado que han evolucionado para aprovechar la fuerte multiplicación que pueden proporcionar los mecanismos de las cuatro cañas.
Cómo funciona
Espejo desplegable con tijeras. Delaware [Catsquisher] por Wikimedia Commons El estudio de los enlaces comenzó con Arquímedes, quien aplicó la geometría al estudio de la palanca, pero una descripción matemática completa tuvo que esperar hasta finales del siglo XIX, sin embargo, debido a la complejidad de las ecuaciones resultantes, el estudio y diseño de complejos conexiones. se ha simplificado enormemente con la llegada de la computadora digital.
Las conexiones mecánicas son generalmente un grupo de cuerpos conectados entre sí para gestionar las fuerzas y el movimiento. Los cuerpos, o conexiones que forman la conexión, están conectados entre sí en puntos llamados uniones. Quizás el ejemplo más simple sea la palanca, que consiste en una barra rígida a la que se le permite girar alrededor de un fulcro, que se usa para obtener una ventaja mecánica: puede levantar un objeto con menos fuerza que el peso del objeto.
Se pueden conectar dos palancas entre sí para formar las cuatro conexiones de barra. En la figura, las palancas están representadas por los enlaces a (AD) y B (ANTES DE CRISTO). Los puntos A y B son los puntos máximos. Tercer enlace F (CD) conecta las palancas, y la cuarta conexión es el suelo o el marco gramo (AB) donde está montado el dispositivo. En la siguiente animación, el enlace de entrada a (la manivela) realiza un movimiento de rotación presionando el balancín B y resulta en un movimiento recíproco del vínculo B (el rockero).
Esta disposición de manivela deslizante es el corazón del motor de combustión interna, donde la expansión de los gases contra un pistón deslizante en el cilindro impulsa la rotación de la manivela. En un compresor ocurre lo contrario, la rotación de la manivela empuja el pistón para comprimir el gas en el cilindro. Dependiendo de cómo esté organizado el dispositivo, puede realizar las siguientes tareas:
- Convierta el movimiento de rotación en movimiento recíproco, como acabamos de discutir anteriormente.
- Convierta el movimiento recíproco en movimiento de rotación, como en la bicicleta.
- limitar el movimiento, como la articulación de la rodilla y la suspensión del automóvil.
- aumentar la fuerza, como en la mandíbula del pez loro.
- Un enlace cuadrilátero plano que consta de cuatro enlaces y cuatro puntos giratorios. Esto se muestra en la animación anterior.
- Conexión de manivela deslizante, formada por tres articulaciones giratorias y una articulación prismática.
- Deslizador doble formado por dos juntas giratorias y dos juntas prismáticas. El yugo escocés y el bastón de Arquímedes son ejemplos.
Mal mago glick dice:
¿Fue fresca la invención de esta Mac? ¿Siempre hace sol?
Paul dice:
Un divertido diseñador de enlaces interactivo, visto anteriormente aquí en HaD: http://blog.rectorsquid.com/linkage-mechanism-designer-and-simulator/
CodeMonkey dice:
¡Vence a la liga en solo unos segundos! 🙂
Paul dice:
Grandes mentes piensan igual. Y tiene mejor memoria del contenido de HaD que los editores.
Frikis dice:
Varios comentaristas parecen creer que los editores de HaD son un grupo estático central que nunca cambia. Este no es el caso. Es extremadamente fluido. Y es posible que algunos de los nuevos autores solo hayan leído HaD durante los últimos dos años, por lo que no sé qué se ha publicado en el pasado.
¿Son de Google? Si probablemente.
CodeMonkey dice:
Bueno, los editores deben verificar si se ha publicado algún enlace / elemento antes ...
Sin embargo, después de enviar consejos a HaD durante los últimos años, aprendí de la manera más difícil a verificar si mis enlaces se habían publicado antes. Una vez enviado un enlace y provocado una segunda publicación de este:
https://la-tecnologia.com/2012/10/18/most-useless-machine-building-elevator-edition/Ostraco dice:
¿No tienen alguna base de datos?
Dax dice:
> "¿No tienen alguna base de datos?"
Cada artículo parece tener etiquetas de búsqueda, así que sí.
Pero, ¿de qué sirve si no recuerda las palabras clave?
Mike Szczys dice:
Eso es increíble. No recuerdo haber visto ese pasar en diciembre. ¡Gracias!
8031bruna dice:
Waa, boo hoo. Alguien vio un artículo antes. Tomar el control. Algunas personas no lo han hecho. No hay un undécimo mandamiento que diga "Verdaderamente, todo debe ser nuevo". Sí, La-Tecnologia debería informar cosas nuevas, pero también debería señalar cosas nuevas.
CodeMonkey dice:
Si desea verificar los enlaces usted mismo (de cualquier tipo, no solo cuatro barras) en un simulador bastante simple, aquí tiene uno:
http://blog.rectorsquid.com/linkage-mechanism-designer-and-simulator/Lo probé yo mismo, muy intuitivo y fácil de aprender.
Mi mamá dice:
Gracias, disfruté de la escultura de la bola rodante.
Matt Cramer dice:
Tengo la versión impresa de los "507 Movimientos Mecánicos" - no sé en absoluto que ahora hay un sitio web animado.
RW versión 0.0.2 dice:
Tengo uno de esos ... también visite archive.org para ver algunos más.
RW versión 0.0.2 dice:
Hay uno de ellos, vea artículos similares a continuación. .....
https://archive.org/details/mechanicalappli00dextgoog
RW versión 0.0.2 dice:
Por cierto, ¿un ciclista deportivo no usa un eslabón de 5 barras, con un clip en la puntera y un pivote en el talón y debajo de la puntera?
Tortuga robot dice:
Tal vez, pero quiero decir desde mi limitada experiencia en el ciclismo que una forma adecuada es evitar mover el tobillo, si es posible, convirtiendo la parte inferior de las piernas y los pies en un ligamento rígido.
Incluso si permite el movimiento, sería pequeño en relación con el resto del sistema. Probablemente aún podría modelarse como 4 barras con un error bastante pequeño.
Por supuesto que en realidad no modelé este escenario en particular. Podría estar muy, muy equivocado.RW versión 0.0.2 dice:
Sí, puedo ver eso durante el descenso, pero pensé que el tobillo se movía libremente durante el ascenso.
Paul dice:
Oh diablo, sí, el tobillo está involucrado. Aunque solo soy un viajero en bicicleta (es decir, nunca andaría en bicicleta por diversión) pasé muchas, muchas horas viendo a mis tres hijos entrenar y competir a nivel nacional y uno que fue a Panamá. Y sí, ese tobillo se mueve mucho. Según una guía aquí: http://www.bicycle.com/training/fitness/perfect-pedal-stroke, la articulación del tobillo pasa por 30 grados en un ciclo.
RW versión 0.0.2 dice:
Realmente, eso es bastante diferente de lo que pensaba, más como mi estilo recreativo, con el talón bajo hacia abajo. Pensé que estaban metidos en las correas de los pies.
Dax dice:
Me parece una ciencia del suelo. Es solo una acción muscular adicional, ya que el movimiento del tobillo trabaja contra la parte superior de la pierna.
La ventaja aparece como "hasta 5 lpm menos de frecuencia cardíaca", que es algo tan difícil de medir en la vida real que también huele a pista falsa.
¿Cuál es la explicación de por qué debería funcionar?
Martín dice:
Pensé que la idea era usar más músculos juntos, para que puedas aplicar más potencia o velocidad al movimiento. Probablemente solo esté interesado en los corredores.
Dax dice:
Enigma me: si tienes dos cilindros hidráulicos, cada uno con una fuerza máxima de 30 kN, y los conectas de un extremo a otro, ¿cuál es tu fuerza máxima? Respuesta: 30 kN, porque un cilindro presiona contra el otro y no tiene que exceder la capacidad de carga de ambos.
Lo mismo ocurre con los músculos de las piernas. Si empuja hacia abajo con los dedos de los pies, también está presionando contra los músculos del muslo, y los músculos del muslo deberían trabajar hacia abajo o, de lo contrario, su rodilla se elevaría en lugar de bajar y los pedales no girarían. Simplemente se sentaría allí balanceando las rodillas en lugar de pedalear la bicicleta.
Si quieres generar fuerza hacia abajo en el Sin embargo, ambos músculos deben llevar la misma fuerza o, de lo contrario, el sistema de fuerza no está equilibrado y el sistema no es rígido ... lo que significa que ahora tiene dos músculos trabajando para el mismo efecto que un conjunto que, según todos La lógica sería desperdiciar más energía sin ganar potencia en la manivela. Un juego funciona solo para mantener la parte inferior de la pierna rígida contra el pedal, lo cual es completamente innecesario.
Es Kalman dice:
Ciclista recreativo (incluido el monociclo de montaña) aquí. He leído algunos libros sobre ciclismo POV y creo que la ventaja del movimiento del tobillo proviene del flexor alrededor de la parte superior de la brazada, lo que reduce la distancia que la pierna relativamente pesada tiene que ser levantada (o empujada por la otra pierna).
Con vatómetros integrados con manivela, un monitor / registrador de frecuencia cardíaca y miles de horas de conocer la respuesta del cuerpo de alguien, 5 lpm está por encima del ruido del piso, incluso para ciclistas recreativos experimentados. Cuando escalo duro, a veces me encuentro alcanzando un máximo de bpm y cayendo en una técnica ineficiente y, después de volver a la ranura con la técnica adecuada, puedo encontrar las 5bpm fácilmente.
Mrak dice:
¡Disfruta esto!
RoGeorge dice:
Hay tantos dispositivos fascinantes por ahí, ¡gracias por los enlaces!
Dibujos dice:
Si le gustan los enlaces, los mecanismos de calendario complejos en muchos relojes utilizan muchos enlaces simples para obtener resultados realmente interesantes. Obtén una copia de Modern Calendar Watches de B. Humbert: no es más que un enlace, engranajes y bastidores, pornografía de ingenieros geométricos.
Un dron dice:
The Forty-League - un viejo amigo ...
Cuando vaya a la universidad para obtener su Diploma de Ingeniería, después de terminar sus cursos fundamentales en Física y Cálculo / Ecuaciones Diferenciales, debe requerir dos cursos básicos en Ingeniería Mecánica. (No importa cuál sea su departamento de ingeniería objetivo al graduarse, DEBE obtener este conocimiento de su escuela; de lo contrario, inscríbase en otro lugar):
(1) Ingeniería y (2) Dinámica de ingeniería
Aquí hay algunos términos relevantes (la memoria funciona aquí):
Estático: Estudio de las fuerzas sobre un cuerpo rígido que no se mueve.
* Dinámica: Estudio de las fuerzas sobre el movimiento del cuerpo rígido.
* Cinemática: un subconjunto de la dinámica sin las fuerzas que causan el movimiento.
* Cinética: un subconjunto de Dinámica solo sobre las fuerzas que causan el movimiento.Después de completar los cursos de Estática y Dinámica, también se le debe solicitar que estudie una tercera disciplina con cuerpos no rígidos. Esto a menudo se denomina fluidos o dinámica de fluidos. Un título en Ingeniería Básica también debe requerir un curso en Material Mecánico. Estas son disciplinas omitidas de los denominados diplomas “EECS” “Fast”, que son absolutamente necesarios (OMI) si desea sobrevivir a largo plazo como profesional en ejercicio. Divulgación: soy un EE más antiguo generado a partir de lo que considero una buena universidad que en ese momento todavía se lograba para realizar ingenieros, no técnicos.
Cheryll dice:
bien
Mecanismo clave. Foto de [Engineering made easy]
Algunas aplicaciones
Una aplicación interesante del enlace de cuatro barras está en una abrazadera de llave. Los enlaces BC y CD están colocados en un ángulo cercano a los 180 grados. Cuando se aplica una fuerza al mango, el ángulo entre los eslabones es inferior a 180 (medido desde el interior del eslabón) y la fuerza resultante en las mordazas intenta mantener el mango abierto. Cuando la pinza entra en la posición bloqueada, ese ángulo se reduce a menos de 180 y la fuerza en las mordazas mantiene el mango en la posición bloqueada.
En una bicicleta, el movimiento recíproco de las piernas del ciclista se transforma en un movimiento de rotación mediante un mecanismo de cuatro barras formado por los dos segmentos de las piernas, el cuadro de la bicicleta y la manivela.
Un ejemplo de la naturaleza, la morena. Foto de [Matthew West]Al igual que con muchos otros inventos de la humanidad, a menudo encontramos que la naturaleza ya ha inventado la misma idea a través de la evolución. El pez loro vive en los arrecifes de coral, de los que se alimenta, y debe moler el coral para entrar en los pólipos del interior. Para ese trabajo, necesitan un bocado muy poderoso. Los peces loro obtienen una ventaja mecánica para la fuerza muscular al usar un eslabón de cuatro barras en sus mandíbulas. Otras especies también usan el mismo mecanismo, una es la anguila morena que se muestra en la imagen, que tiene la habilidad muy particular de lanzar sus mandíbulas hacia la boca para atrapar a su presa, similar al extraterrestre de la serie de películas.
Las uniones que conectan los enlaces en el enlace pueden ser de dos tipos. Una articulación articulada se llama revoluta y una articulación deslizante es prismática. Dependiendo del número de juntas giratorias y prismáticas, la conexión de cuatro barras puede ser de tres tipos:
Hay muchas variaciones para el enlace de cuatro vías y, como puede adivinar, el diseño para obtener las fuerzas y los movimientos que necesitamos no es una tarea fácil. Un recurso excelente para el lector interesado es KMODDL (Modelos de películas para Project Digital Library) de la Universidad de Cornell. Otros sitios interesantes son los movimientos mecánicos 507, donde puedes encontrar hermosas animaciones, y [thang010146]Canal de Youtube.
Esperamos haber despertado su curiosidad acerca de mis problemas mecánicos. En estos tiempos de desarrollos ultrarrápidos en la electrónica, observar el funcionamiento de los dispositivos desarrollados hace siglos, pero aún presentes y necesarios en nuestra vida diaria, puede ser una experiencia gratificante. Planeamos trabajar en más artículos con mecanismos interesantes, así que háganos saber sus favoritos en los comentarios a continuación.
