Cuando hablamos de ingeniería mecánica, es inevitable no toparse con la Ley de Grashof. Esta ley es fundamental para el diseño de los mecanismos de cuatro barras. Es por eso que hoy te explicaremos ¿Qué nos dice la Ley de Grashof sobre los mecanismos?
¿Quién fue Franz Grashof?
Antes de adentrarnos en la Ley de Grashof, es importante conocer al personaje que le da nombre. Franz Grashof fue un ingeniero e inventor alemán del siglo XIX. Grashof ha contribuido a la creación de la teoría de la elasticidad y ha sido un pionero en la enseñanza de la ingeniería en Alemania.
La Ley de Grashof
La Ley de Grashof se relaciona con el movimiento de un mecanismo de cuatro barras y establece una condición necesaria para que al menos una barra de un mecanismo pueda realizar giros completos respecto de otra. La ley establece que la suma de las longitudes de la barra más corta y la barra más larga es menor o igual que la suma de las longitudes de las barras restantes. Es decir, se debe cumplir que S + L ≤ P + Q para que el mecanismo sea de tipo Grashof.
Cuando se cumple la condición anterior, al menos uno de los eslabones del mecanismo cumplirá con el requisito de una revolución completa, llamada cadena cinemática Clase I. Además, la Ley Grashof indica qué mecanismos cumplen la condición necesaria, existiendo cuatro tipos diferentes de mecanismos de Grashof y un solo tipo de mecanismo no de Grashof.
Los mecanismos tipo Grashof son más confiables y sufren menos tensiones en sus articulaciones y eslabones, en la medida que estén más lejos del caso límite de la igualdad. Si la condición es exactamente igual (S + L = P + Q), entonces se habla de mecanismos plegables que se utilizan en sillas plegables y algunos maleteros de automóviles, como el Volvo S40.
Tipos de mecanismos
En términos generales, los mecanismos de cuatro barras se utilizan en la construcción de motores de combustión interna, maquinaria agrícola y otros dispositivos mecánicos. Estos mecanismos deben tener una articulación completa de revolución, para permitir que al menos una barra del mecanismo pueda girar completamente, y cumplir con las restricciones establecidas por la Ley de Grashof.
Los mecanismos que cumplen la Ley de Grashof tienen múltiples aplicaciones, como la máquina de coser de pedal, los limpiaparabrisas y los balancines para bombear petróleo del subsuelo. Entre los mecanismos que cumplen la Ley Grashof se encuentran los siguientes:
- Mecanismo manivela-balancín
- Mecanismo de doble manivela
- Mecanismo de doble balancín
- Mecanismo de paralelogramo articulado
- Anti-paralelogramo articulado
Por otro lado, el mecanismo de doble balancín no de Grashof se obtiene cuando S + L > P + Q. En este caso, no existe ninguna inversión cinemática del cuadrilátero articulado que proporcione un mecanismo con capacidad para realizar vueltas completas en alguna de sus barras.
Fórmula de Grashof
Para que un mecanismo de cuatro barras se considere tipo Grashof, se debe cumplir que S + L ≤ P + Q. La fórmula de Grashof establece esta condición necesaria para que al menos una barra del mecanismo pueda realizar giros completos respecto de otra.
Si se cumple la igualdad en la fórmula de Grashof, entonces se está en el caso límite en el que las cuatro barras quedan alineadas. En esta posición, las articulaciones no fijas pueden ir en un sentido o el otro, haciendo que el mecanismo pueda trabarse. Es por esta razón que se consideran mecanismos plegables, como los utilizados en sillas plegables y algunos maleteros de automóviles.
Clasificación de mecanismos
Los mecanismos de cuatro barras se pueden clasificar en cinco tipos diferentes según el tipo de movimiento que hará el cuadrilátero articulado que cumple la Ley de Grashof. Estos tipos de movimientos son los siguientes:
- Doble vuelta o manivela
- Vuelta y de vaivén
- Doble balancín
Cada uno de estos tipos de movimiento se puede lograr con diferentes configuraciones de eslabones y articulaciones, y cada uno tiene aplicaciones específicas en la construcción de mecanismos mecánicos.
Usos de la Ley de Grashof
La Ley de Grashof es fundamental en la ingeniería mecánica porque ayuda a determinar si un mecanismo de cuatro barras puede funcionar correctamente. Si un mecanismo no cumple con la Ley de Grashof, no puede realizar giros completos en alguna de sus barras, lo que limita su capacidad para realizar determinadas tareas.
La Ley de Grashof también es importante en el diseño de nuevos mecanismos. Al cumplir con la restricción de la ley, se pueden crear mecanismos más eficientes y confiables. Por lo tanto, la Ley de Grashof es una herramienta importante para el diseño de dispositivos mecánicos que se utilizan en todo tipo de aplicaciones, desde la maquinaria agrícola hasta los limpiaparabrisas de los automóviles.
En conclusión
En conclusión, la Ley de Grashof establece una condición necesaria para que un mecanismo de cuatro barras pueda realizar giros completos en alguna de sus barras. Si se cumple la restricción establecida por la ley, entonces se está ante un mecanismo tipo Grashof que es más confiable y sufre menos tensiones en sus articulaciones y eslabones. La Ley de Grashof es fundamental en el diseño de nuevos mecanismos de cuatro barras y es una herramienta importante en la construcción de dispositivos mecánicos eficientes y confiables.
