Análisis dinámico de un mecanismo de fuerza constante.

Abstract

Los mecanismos de fuerza constante, desde que se comenzaron a utilizar por los relojeros en el siglo XV, siempre han sido uno de los principales objetos de estudio de este gremio. En los últimos años, con los grandes avances en los diferentes campos como la medicina, la electrónica y la fabricación, los mecanismos de fuerza constante han pasado a controlar más que el tiempo. Su uso ha sido clave desde el ensamblaje de micro piezas en componentes electrónicos, hasta operaciones quirúrgicas. Es por ello, por lo que se han convertido hoy día en una de las principales vías de investigación de la ingeniería mecánica. Si bien, hasta el momento, para mantener una fuerza constante en un mecanismo, se han usado complejos sistemas de control que derivaban en un alto coste o en poca precisión. Es por ello, por lo que ha renacido un nuevo mundo de mecanismo de fuerza constante, volviendo a los originales mecanismos de los relojeros. Estos usan su propia estructura para que, mediante una combinación de elementos elásticos y rígidos, el sistema consiga tener un output o input de fuerza constante sin necesidad de ningún control. En este documento, se analizará dinámicamente el diseño de un mecanismo CFM basado en un perfil de leva. En su estudio se considerarán las fuerzas de rozamiento y las fuerzas de inercia, las cuales fueron despreciadas en el estudio realizado para la obtención de puntos de la leva. Así se verá la influencia que tienen estas fuerzas en el diseño final del mecanismo, convergiendo finalmente a un perfil diseñado de forma más rigurosa que en los demás estudios de la bibliografía.

Constant force mechanisms since their very first used in the fifteenth century clocks, have always been one of the main objects of study of this guild. In recent years, with the great advances in different fields such as medicine, electronics and manufacturing, the constant force mechanisms control more than time. Their use has been key from the assembly of micro pieces in electronic components, to surgical operations. That is why, today, it has become one of the main research branches of mechanical engineering. Although, until now to maintain a constant force in a mechanism, complex control systems have been used, which established a high cost or low accuracy. That is why, a new branch of constant force mechanism has reborn. These systems use their own structure through a combination of elastic and rigid elements, to have a constant output or input force without the need of complex control systems. In this document, the design of a constant force mechanism based on a cam profile will be dynamically analyzed. In his study, rolling and inertia forces are considered. These forces, were despised in the study carried out to obtain the points of the cam, as in all the analyzes of the bibliography. This consideration, in the dynamic analysis, will show the influence of these forces on the final design of the mechanism, converging in a more rigorously design of the profile of the cam than in the other studies in the bibliography.