Mecanismo de palanca articulada - ¿Cómo funciona?

El mecanismo de palanca articulada es un principio técnico que se utiliza para generar o ejercer grandes fuerzas con relativamente poco uso de fuerza. Este principio se utiliza principalmente en la industria para asegurar posiciones sin un uso permanente de fuerza, por ejemplo con abrazaderas rápidas.

Efecto palanca y transferencia de fuerza

El efecto palanca es un fenómeno fundamental que explica la transferencia de fuerza en los mecanismos de palanca. Se basa en la relación entre la fuerza ejercida sobre una palanca, la distancia de esa fuerza en relación con un punto de apoyo y la carga que soporta la palanca.

La transferencia de fuerza es el proceso mediante el cual la fuerza ejercida sobre la palanca se transfiere a otro punto. Una palanca es un cuerpo rígido que puede girar alrededor de un punto fijo, el llamado fulcro. Se pueden aplicar fuerzas en diferentes puntos de apoyo a lo largo de la palanca para levantar o mover cargas. La fuerza ejercida sobre la palanca también se llama fuerza de compresión o fuerza de tracción. Esta fuerza se ejerce en un extremo del brazo de palanca o en un punto entre el fulcro y el extremo. El tamaño y la dirección de la fuerza de compresión determinan la eficacia con la que se mueve la carga. El efecto de palanca se crea mediante las diferentes longitudes de los brazos de palanca a ambos lados del fulcro. Si el brazo de fuerza es más largo que el brazo de carga, una fuerza menor puede mover una carga mayor. Por el contrario, si el brazo de carga es más largo, se requiere una fuerza mayor para mover la misma carga.

¿Cómo funciona el mecanismo de palanca articulada?

El mecanismo de palanca articulada es un principio mecánico que se utiliza a menudo en diversas aplicaciones, como accesorios de sujeción, prensado o transferencia de movimiento. La función de la palanca articulada se basa en el uso de dos o más brazos de palanca que están conectados entre sí de manera que pueden formar un ángulo similar a una rodilla.

La palanca articulada consta de al menos dos brazos de palanca rígidos de longitud fija que están conectados entre sí mediante una articulación. El mecanismo funciona de tal manera que la longitud fija de las palancas fuerza el movimiento de los extremos de la palanca mediante el movimiento lateral de la articulación de conexión. Cuando la palanca articulada se mueve más allá del estado recto, puede sostener cargas grandes con relativamente poco esfuerzo cuando se usa un tope fijo.

La función del mecanismo de palanca articulada se basa en el efecto de palanca y la transferencia de fuerza ya explicados. Dependiendo de la orientación de los brazos de palanca entre sí, el efecto de palanca aumenta la fuerza de compresión ejercida por los extremos de la palanca al aumentar la extensión de la palanca articulada con fuerza constante sobre la articulación. El autobloqueo se produce con una posición casi recta de la palanca articulada, lo que significa que una fuerza de sujeción pequeña ya es suficiente para absorber una carga muy grande o mantener la tensión.

¿Cómo se construye una palanca articulada?

La construcción de un mecanismo de palanca articulada se manifiesta por su capacidad característica de crear una fuerte fuerza de fijación o de sujeción con un esfuerzo mínimo tan pronto como el mecanismo se coloca en la posición "sobreextendida". Estos son los componentes principales y cómo funcionan:

• Brazos de palanca: La palanca articulada consta de al menos dos brazos de palanca. Estos brazos están conectados entre sí para formar un ángulo similar a una rodilla humana cuando se acciona la palanca.
• Articulaciones: Los brazos de palanca están unidos entre sí mediante al menos una articulación. Esta articulación permite que los brazos de palanca se muevan entre sí. En muchas palancas articuladas hay articulaciones adicionales que permiten una mayor libertad de movimiento o secuencias de movimiento específicas.
• Fulcro: El fulcro es el punto fijo alrededor del cual se mueven los brazos de palanca. En una palanca articulada, el punto de apoyo puede estar en una de las articulaciones o en una parte separada del mecanismo.
• Punto de fuerza: Este es el punto donde se ejerce la fuerza sobre la palanca para accionarla. La posición y el tipo de aplicación de fuerza pueden variar según el diseño y el propósito de la palanca articulada.
• Punto de carga: La carga o resistencia se ejerce en este punto. Por tanto, este es el punto donde actúa la fuerza de sujeción ejercida.
• Mecanismo de sobreextensión: La clave del mecanismo de palanca es la posibilidad de alcanzar una posición en la que los brazos de palanca y los ejes de conexión estén alineados casi o completamente en línea. En esta posición, que a menudo se denomina "sobreextendida" o "excediendo el punto muerto", el mecanismo alcanza su fuerza de sujeción máxima y se estabiliza. Solo se requiere una fuerza mínima para mantener esta posición.

(1) Ángulo pequeño θ (2) Ángulo grande θ (3) Ángulo θ = 180° (punto muerto)

Mecanismo de sobreextensión y bloqueo del punto muerto pasado

Como ya se mencionó, las palancas articuladas tienen un mecanismo de sobreextensión que permite que los brazos de palanca se muevan a una posición sobreextendida. El bloqueo del punto muerto pasado o mecanismo de autobloqueo es una característica central de este mecanismo. Este autobloqueo es responsable de la alta fuerza de fijación y de sujeción y al mismo tiempo ejerce una fuerza mínima.

El punto muerto en un mecanismo de palanca articulada es el momento en el que los brazos de palanca y los ejes de conexión forman una línea recta. En esta posición, la palanca está extendida al máximo. El punto muerto es el punto en el que el mecanismo de palanca articulada ejerce la mayor fuerza. Este estado es muy inestable y se deja con ligeros cambios de fuerza en cualquier dirección.

El bloqueo del punto muerto pasado se produce cuando el mecanismo se mueve ligeramente más allá de este punto muerto. En esta posición sobreextendida, los brazos de palanca están alineados para formar una rodilla ligeramente doblada. Si la articulación de la rodilla está sobreextendida, la articulación de la rodilla se bloquea automáticamente. Después de alcanzar esta posición, solo se requiere una fuerza mínima para mantener la palanca en la posición bloqueada. Este tipo de mecanismo de bloqueo es particularmente útil en aplicaciones que requieren una fuerza de sujeción fuerte y permanente sin ejercer fuerza manual constantemente. Por ejemplo, llaves inglesas, cerraduras de resorte y dispositivos de sujeción en la tecnología de fabricación.

¿Dónde se utilizan las palancas articuladas?

El mecanismo de palanca articulada se utiliza a menudo para aplicaciones que requieren una fuerte fuerza de fijación o de sujeción con un mínimo esfuerzo de fuerza continua. Algunos ejemplos son los dispositivos de sujeción en máquinas herramienta, los dispositivos de sujeción en la producción y los mecanismos de bloqueo en diversos dispositivos. Las palancas articuladas también se utilizan para bloquear o asegurar componentes.

La siguiente ilustración de ejemplo muestra una abrazadera de palanca articulada que consta de dos componentes conectados entre sí mediante dos acoplamientos. El componente fijo es la línea AB, la palanca es la línea CD. Cuando se acciona la palanca, el punto D se mueve alrededor del punto A porque el punto C se mueve alrededor del punto B. Durante el movimiento se alcanza el punto muerto con la línea BCD. En este estado, se genera la fuerza máxima que actúa sobre el componente. El punto muerto es un estado inestable, cualquier cambio de fuerza quiere cambiar este estado. Para lograr una gran fuerza de sujeción sobre el componente, sin tener que ejercer fuerza sobre el punto D durante todo el tiempo, el mecanismo está diseñado de manera que se supere el punto muerto en la dirección de la flecha roja. El movimiento finaliza con el apoyo del cabezal de sujeción sobre el componente (no mostrado).

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