Inversión cinemáticaGarcía Hernández Michel Fernando

El mecanismo de biela - manivela es un mecanismo que transforma un movimiento circular en un movimiento de traslación, o viceversa. El ejemplo actual más común se encuentra en el motor de combustión interna de un automóvil, en el cual el movimiento lineal del pistón producido por la explosión de la gasolina se trasmite a la biela y se convierte en movimiento circular en el cigüeñal.

En forma esquemática, este mecanismo se crea con dos barras unidas por una unión de revoluta. El extremo que rota de la barra (la manivela) se encuentra unido a un punto fijo, el centro de giro, y el otro extremo se encuentra unido a la biela. El extremo restante de la biela se encuentra unido a un pistón que se mueve en línea recta.

Todo mecanismo tiene, por definición, un eslabón fijo denominado marco de referencia. De hecho, mientras no se selecciona este eslabón de referencia, al conjunto de eslabones conectados se le conoce como cadena cinemática. Cuando se eligen diferentes eslabones como referencia para una cadena cinemática dada, los movimientos relativos entre los diferentes eslabones no se alteran, pero los movimientos absolutos pueden cambiar drásticamente. El proceso de elegir como referencia diferentes eslabones de una cadena recibe el nombre de inversión cinemática, y a los diferentes mecanismos que pueden formarse (se consideran mecanismos diferentes cuando lo son estructuralmente, no geométricamente) se les denomina inversiones de una cadena cinemática.

En una cadena cinemática de n eslabones, si se escoge cada uno de ellos como referencia, se tienen n - 1inversiones cinemáticas de la cadena.

Por ejemplo, el mecanismo manivela - biela - corredera mostrado en la figura tiene tres inversiones cinemáticas. El mecanismo original, en donde solo hay traslación de la corredera y se muestra en la siguiente figura:

 

Fig 1. la barra mas grande esta fija

En la siguiente figura, se ilustra la primera inversión cinemática del mecanismo manivela - biela - corredera, donde el eslabón 2 queda estacionario. El eslabón 1, que antes era de referencia, gira en torno a la revoluta. Esta inversión el mecanismo se utilizó como base del motor rotatorio empleado en los primeros aviones.

Fig. 2. La barra mas pequeña se encuentra fija

La siguiente figura muestra otra inversión cinemática del mecanismo original, compuesta por el eslabón 3, que antes era la biela, y que en estas circunstancias actúa como bancada. Este mecanismo se usó para impulsar las ruedas de las primeras locomotoras de vapor, siendo el eslabón 2 una rueda.

Fig. 3. La Barra mediana es la que se encuentra fija

La tercera y última inversión de este mecanismo tiene a la corredera, el eslabón 4, estacionario. Aunque no se encuentra en motores, si se hace girar la figura 90º en el mismo sentido del movimiento de las manecillas del reloj, este mecanismo se puede reconocer como parte de una bomba de agua para jardín. Se observará en esta figura que el par prismático que conecta a los eslabones 1 y 4 está también invertido, es decir, se han invertido los elementos "interior" y "exterior" del par.

Fig. 4. La corredera se encuentra fija

Referencias:

http://mecasalinasa.mex.tl/1063640_1-4-INVERSIONES.html

http://www.mecapedia.uji.es/inversion_cinematica.htm

http://sanchezmecanica.mex.tl/844518_UNIDAD-1.html

http://es.wikipedia.org/wiki/Biela-manivela