Soy estudiante de ingeniería mecánica en la UN de Colombia y me gusta analizar e inventar mecanismos, acá te dejo los mas comunes que conozco. Estaré pendiente por si hay algún error.
Que lo disfruten.
1. Autómatas
Los autómatas son mecanismos que buscan imitar el movimiento de un animal o cualquier otro ser animado.
Como ven, son mecanismos sencillos e ingeniosos, y se busca que todo este en movimiento haciendo girar una manivela. Mas adelante veremos otro tipo de autómata muy importante en la rebotica.
2. Brazo robotico
La mayoría de los brazos roboticos en la industria funcionan como el que vemos a continuación, accionados por un pistón neumático o hidráulico. Cada uno de sus dedos actúa como una palanca, lo que permite ejercer una gran fuerza en los extremos. Ambos dedos comparten el mismo eje de rotación, por lo cual se mueven a la misma velocidad y siempre se van a encontrar en el mismo punto.
3. Motor de pistones enfrentados
Todos conocemos el típico motor con pistones en V, usado en autos, motocicletas, y motores de alta potencia.
Los motores de pistones enfrentados tienen la ventaja de ser mas estables ya que el pistón no debe hacer una carrera muy larga las vibraciones serán menores, su centro de gravedad es muy bajo lo que también ayuda a reducir vibraciones, sus desventajas son el mantenimiento y fabricación, para repararlo es necesario desmontar prácticamente todo el bloque, lo cual requiere tiempo y dinero.
4. Engranajes no circulares.
Como dije anteriormente soy estudiante de ingeniería mecánica, e incluso yo he visto compañeros de la carrera que no saben que existen este tipo de engranajes. Siempre imaginamos engranajes circulares, pero no es necesario que un objeto sea redondo para que gire sobre otro.
Los engranajes circulares se basan en el principio de que la distancia entre los centro de dos engranajes siempre debe ser la misma.
Observen los gifs y notaran que la geometrías en los contornos de los engranajes se "contrarrestan" de manera que la distancia entre sus centros siempre es la misma.
5. Transmisión sin fin y corona.
Este tipo de transmisiones se utiliza mucho en motores electricos.
Por lo general se utilizan relaciones de transmisión de 40 ó 30, es decir que cada vez que el tornillo sin fin da 40 vueltas, la corona solo da 1 vuelta. Ahora imaginen un motor que tiene una salida de 2400 Revoluciones Por Minutos (eje verde), luego de pasar por la transmisión el eje rojo tendrá una salida de solo 60 RPM, pero ahora el torque del eje verde sera 40 veces mayor!!! (Ley de conservación de la energia). En conclusión el eje pierde velocidad, pero gana fuerza neta que por lo general es mas útil que tener un motor girando como mil demonios.
6. Dirección de un automóvil.
Gracias a un sistema de Piñón y Cremallera las ruedas delanteras de un auto pueden rotar el mismo angulo, esto mantiene las ruedas siempre apuntando en la misma dirección y le da estabilidad al automóvil.
7. Diferencial de un automovil
Alguna vez te has preguntado como hacen los autos para girar? Si lo piensas, al dar una curva, la llanta que esta mas cerca al centro de la curva girara mas lento que la llanta que esta mas lejos. En las llantas delanteras esto no es ningún problemas, pero en las llantas trasera si, ya que ambas deben girar a la misma velocidad para que el auto pueda ir en linea recta.
Si un auto gira en una curva y sus ruedas traseras giran a la misma velocidad, el auto terminara perdiendo el control, ya que la rueda interna intentara empujar el automóvil mas de lo que la rueda externa permite hacerlo.
Con un diferencial, una de las ruedas puede detenerse por completo (eje azul) y la otra rueda seguirá girando como si nada (eje rojo), luego el auto saldrá de la curva y las ruedas giraran exactamente a la misma velocidad llevando al auto en linea recta.
8. Acá otros mecanismos simples pero ingeniosos
Este mecanismo transforma el movimiento rotatorio en movimiento lineal.
Como ven el piñón interno gira en una u otra dirección dependiendo del engranaje mayor. Realmente no se como se llama este mecanismo.
Parece la puerta de una nave espacial de Futurama o algo asi. Una vez vi un mecanismo similar que se usaba para asegurar piezas redondas a un torno industrial, la pieza puede variar de diámetro y siempre va a quedar centrada y alineada con el eje del torno.
9. Mecanismo de Theo jansen
Tal vez han escuchado de Theo Jansen, es un artista Holandés que invento esa cosa rara que esta caminando en la playa. Este funciona con la energía del viento (ya que en Holanda les sobra).
Aquí vemos mejor como funciona este mecanismo, actualmente se usa este mecanismo para tratar de imitar el movimiento de los animales (asi es... Autómatas!! como vimos al comienzo).
Aquí vemos algunos ejemplos:
Este imita a un Guepardo corriendo a toda velocidad:
10. Tatuaje
Dependiendo del grosor de la linea que se busque, una maquina tatuadora puede tener varias agujas, las cuales pinchan la segunda capa de la piel hasta 500 veces por minuto.
11. Prensa manual de palanca
Este tipo de prensa se utiliza cuando no se requiere una gran presión, por ejemplo para estampar camisetas, poner remaches en la ropa (el botón de un blue jean por ejemplo).
Como vemos el brazo rosa actúa como una palanca y transforma el movimiento de una persona en una gran fuerza.
12. Pistola de agua
La imagen explica perfectamente como la presión se acumula gracias a unas válvulas que permiten que el agua pase del tanque A al tanque B pero no permite que se devuelva.
Si observamos detenidamente notaremos que el agua no se esta comprimiendo, la presión recae sobre el aire en el tanque B, el aire libera esta presión expulsando el agua a una gran velocidad.
13. Como funciona un gato hidráulico
Recordemos que la Presión es Fuerza dividida el Area (P=F/A). En la imagen vemos a un hombre parado sobre un pistón, el hombre pesa mucho menos que un auto, pero este peso se ejerce sobre una superficie muy pequeña, lo que genera una gran presión.
Supongamos que el hombre pesa 70 kg fuerza, el auto pesa 2000 kg fuerza y las superficies miden 0.1 y 4.5 metros cuadrados respectivamente.
La presión que el hombre genera sobre el fluido es 700 kg fuerza sobre metro cuadrado.
La presión que el auto genera sobre el fluido es 444.45 kg fuerza sobre metro cuadrado.
Aunque es difícil de creer, el fluido cede ante la mayor presión, la cual es la que genera el hombre y por esa razón el auto se ve empujado hacia arriba por el fluido
Bajo este principio funcionan los gatos para levantar autos, esa palanca que debes bombear como loco, en realidad esta ejerciendo una fuerza sobre un cilindro pequeño, el cilindro grande cede y termina levantando el auto.
14. Lineas perfectamente Paralelas
Quienes hayan visto Dibujo técnico recordaran uno de los Teoremas mas importantes: Si dos lineas forman el mismo angulo con una tercera linea, entonces estas dos lineas son paralelas entre si.
15. Maquina de vapor
Como vemos el movimiento lineal de un pistón se puede transformar en movimiento rotatorio, ahora solo debemos encontrar una manera de mover ese pistón de un lado al otro sin parar y a una velocidad constante.
El vapor de agua acumula una gran presión la cual se libera empujando el pistón, luego agua fría entra en la cámara del pistón, enfría el vapor y este se comprime obligando al pistón a regresar a su posición original.
16. Junta universal
Esta junta permite que dos ejes que no son paralelos giren a la misma velocidad, esta junta se utiliza para conectar el tren de transmisión de un vehículo a la caja de cambios, también en el sistema de dirección como ya lo vimos al principio.
17. Movimiento perpetuo
La maquina de movimiento perpetuo no existe (por ahora), esto violaría todas las leyes de física que conocemos, pero en esta búsqueda de la maquina perfecta se han creado mecanismos con una alta eficiencia (del 95% aprox.).
18. Hidrodinamica básica
Como observamos un objeto tiende a desplazar las partículas del fluido que están adelante en su trayectoria y a su vez genera un vació en la parte posterior.
La hidrodinamica se encarga de que este desplazamiento y ese vació sean lo menor posibles y asi moverse con menos energía a través de un fluido.
Los nadadores profesionales nadan de tal manera que sus manos corten la resistencia del agua.
Sus pies expulsan el agua hacia atrás obligando al cuerpo del nadador a moverse en la dirección contraria, es decir hacia adelante (tercera ley de Newton).
Un ejemplo similar con un cocodrilo.
19. Bomba de agua.
Existen muchos tipos de bombas, este es un de los mas simples.
20. Biomecanica
Aunque esta imagen no va con el contexto del post, me parece interesante, es una prueba contundente de que todos los mamíferos tuvimos un ancestro en común, pero este evoluciono en muchas especies diferentes.
21. Esclusas en canales inter-oceánicos
Tal vez muchos han escuchado del canal de Panamá, pero no muchas personas saben que el océano y el océano pacifico no están a la misma altura, por lo cual se deben usar esclusas que se encargan de subir o bajar la embarcación hasta el nivel del océano al que se quiere ir.
22. Vías del tren
Esta maquina facilita cambiar los transversales en las vías del tren en China.
23. Pistola de paintball
24. Válvula de aire
Este tipo de válvulas con resorte se usa en neumáticos de alta presión, como automóviles o motocicletas. Para una bicicleta no es necesario ya que la presión no es tan alta, se utiliza otra válvula que es mucho mas simple.
25. Sistema de movimiento rotatorio a movimiento lineal
26. Como se suelta un paracaídas.
27. Turboreactor
Los turbo reactores funcionan ingresando aire por medio de un difusor, este comprime el aire y le quita velocidad, el aire pasa al compresor (el primer juego de aspas que vemos), en el compresor el aire puede llegar a comprimirse 10 veces su tamaño original, luego el aire es brutalmente calentado a mas de 1500° C en cuestión de centésimas de segundo, como sabemos, el aire caliente se expande y para mantener la presión estable este sale a una gran velocidad por la tobera. Luego la tercera ley de Newton se encarga de terminar el trabajo.
Gracias por pasar!!