Dinámica de Maquinaria
Dinámica de Maquinaria (IMEC 2543) es un curso electivo profesional del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de los Andes. Aborda el diseño y operación de máquinas desde el punto de vista del movimiento de los mecanismos que las componen, conectando el análisis clásico de mecanismos con la actuación moderna que impulsa las máquinas funcionales.
El curso continúa la línea de Dinámica de Sistemas Mecánicos, su prerrequisito, y avanza desde el modelamiento hacia la implementación: los estudiantes terminan construyendo y validando mecanismos prototipo.
Objetivos de aprendizaje
Al finalizar el curso, los estudiantes serán capaces de:
- Analizar el comportamiento dinámico de máquinas.
- Definir una máquina que cumpla con requerimientos y restricciones establecidas.
- Conocer el funcionamiento de servomotores para la implementación de trayectorias cinemáticas.
Contenido del curso
Parte 1 — Análisis de mecanismos
Grados de libertad, restricciones y representación esquemática; análisis cinemático (cinemática directa e inversa) y análisis cinético (dinámica directa e inversa), apoyados en cómputo científico con Python y en ejemplos interactivos como un robot RR en 2D.
Esquema de conexiones de un mecanismo SCARA de servomotores.
Esta parte cierra con criterios mecánicos — ángulos de transmisión y ventaja mecánica — que permiten escoger entre diferentes elementos o configuraciones de máquinas para una misma funcionalidad.
Parte 2 — Síntesis y comportamiento dinámico
Síntesis de mecanismos y generación de trayectorias: los estudiantes diseñan mecanismos que reproducen trayectorias especificadas, por ejemplo una mandíbula de pez articulada modelada en CAD.
Síntesis de un mecanismo que reproduce la trayectoria de apertura de una mandíbula de pez.
Se estudia además la corrección del comportamiento dinámico mediante volantes y balanceo, el análisis de contacto e interacciones entre eslabones y los elementos de transmisión de movimiento.
Parte 3 — Actuación e implementación
Tipologías de motores y actuadores, su servocontrol y su uso en la implementación de máquinas funcionales. Se complementa con identificación de sistemas, estimación de estados y análisis de datos experimentales.
Plot Clock: robot SCARA de doble servo que escribe sobre una pizarra.
En el taller final los estudiantes implementan un Plot Clock: un robot SCARA de doble servo que traza trayectorias sobre una pizarra, integrando síntesis, cinemática, actuación y control en un mismo prototipo.
Metodología
- Clases magistrales con lectura previa y autonomía en la consulta de referencias.
- Tres talleres a lo largo del semestre: análisis de mecanismos, síntesis de mecanismos e implementación con validación experimental.
- Tareas y ejercicios en clase esporádicos.
Software
- Python (SymPy, NumPy, SciPy) — análisis cinemático, cinético e identificación de sistemas
- Autodesk Inventor — CAD y simulación dinámica de mecanismos
Referencias
- Norton, R. Design of Machinery. McGraw Hill, 2005.
- Uicker, J. J., Pennock, G. R., Shigley, J. E. Theory of Machines and Mechanisms. International Edition, McGraw Hill, 2011.
- Hughes, A., Drury, W. Electric Motors and Drives: Fundamentals, Types and Applications. Elsevier, 2013.
- Smith, S. W. The Scientist and Engineer's Guide to Digital Signal Processing, 1997.