Introducción al análisis dinámico#

Hasta ahora nos hemos centrado en la cinemática: el estudio del movimiento (posición, velocidad y aceleración) sin atender a sus causas. En este tema entramos en la dinámica, que relaciona ese movimiento con las fuerzas y pares que actúan sobre el mecanismo.

El análisis dinámico es imprescindible en el diseño de máquinas: permite dimensionar los eslabones y los pares cinemáticos para que no fallen, y elegir los actuadores (motores, cilindros) capaces de producir el movimiento deseado.

Tipos de problemas en el cálculo de mecanismos#

  1. Problema cinemático: se conocen algunas posiciones, velocidades y aceleraciones y se buscan las restantes. Es el análisis cinemático del tema 2.

  2. Problema dinámico directo: se conocen las fuerzas y las masas y se busca el movimiento resultante (\(\theta(t)\), \(\dot{\theta}(t)\), \(\ddot{\theta}(t)\)). Exige integrar las ecuaciones diferenciales del movimiento: es la simulación dinámica.

  3. Problema dinámico inverso: se conocen el movimiento (posiciones, velocidades y aceleraciones de todos los eslabones) y las masas, y se buscan las fuerzas que lo producen: el par motor, las fuerzas de los actuadores y las reacciones en los pares cinemáticos. Es el problema habitual en el diseño de maquinaria y en la planificación de trayectorias de robots: ¿qué motor necesito para que la máquina se mueva como quiero?

En este tema resolveremos sobre todo el problema dinámico inverso, también llamado análisis cinetoestático.

Clasificación según las restricciones#

La dificultad de plantear las ecuaciones del movimiento de un sistema mecánico crece con la cantidad y complejidad de las restricciones entre sus cuerpos. En orden creciente de dificultad:

  1. Sólidos rígidos libres:

 

  1. Eslabones en una cadena cinemática abierta:

 

  1. Eslabones en una cadena cinemática cerrada:

Primero estableceremos las ecuaciones de un sólido rígido libre (ecuaciones de Newton-Euler). Después las aplicaremos a cada eslabón de un mecanismo, sustituyendo las restricciones por las fuerzas de reacción que ejercen los pares cinemáticos.

Contenidos del tema#

Fuentes

Estos apuntes se basan en las transparencias de la asignatura y en el libro de apuntes y problemas resueltos de la asignatura. Para ampliar, se recomiendan [AI14] (capítulo 3, dinámica) y [CFCC01] (capítulo 7, rozamiento).