La articulación de rodilla es una de las estructuras más complejas y fundamentales para el movimiento humano. Comprender su funcionamiento, conocer sus componentes y saber cómo se calcula su diseño son aspectos clave para su correcto funcionamiento. En este artículo, exploraremos a fondo la articulación de rodilla, desde sus piezas y diagrama, hasta su cálculo de diseño y diversas aplicaciones. Si te interesa el mundo de la biomecánica y la anatomía humana, ¡presta atención porque esto te va a fascinar!
Articulación del tobillo
Se utiliza una articulación de rodilla para conectar dos varillas sobre las que actúan fuerzas de tracción. Sin embargo, cuando la articulación está guiada, las varillas pueden absorber una carga de compresión.
Una articulación de rodilla se puede soltar fácilmente para realizar ajustes o reparaciones.
Su uso se puede encontrar en el eslabón de una cadena de bicicleta, en uniones de tirantes para cerchas de techo, en uniones de vástagos de válvulas con la varilla excéntrica, en uniones de vástagos de bombas, en tendones en estructuras de puentes así como en uniones de palancas y varillas de diversos tipos.
Construcción de la articulación de la rodilla:
- En la articulación de la rodilla (las dos vistas se muestran en la figura), un extremo de una de las varillas tiene forma de ojo y el extremo de la otra varilla tiene forma de horquilla con un ojal en cada una de las patas de la horquilla.
- El perno rey pasa a través del orificio del ojo y del orificio de la horquilla y se puede asegurar con un collar y un pasador cónico o un pasador expansor. Se puede evitar que el perno rey gire en la horquilla mediante un pequeño tope, un pasador, una espiga o un casquillo de pasador.
- Para lograr una conexión de mejor calidad, se mecanizan los lados de la horquilla y el ojo, se perfora el orificio con precisión y se gira el pasador. El material utilizado para la conexión puede ser acero o hierro forjado.
Partes conjuntas:
- Ojo,
- tenedor y
- Pin como se muestra en la imagen.
En una de las varillas se forma el ojo y en la otra la horquilla. El ojo encaja en el tenedor y el bolígrafo pasa tanto por el tenedor como por el ojo. Este pasador está asegurado en su lugar mediante una chaveta. Los extremos de las barras son octogonales a cierta distancia para un mejor agarre y cuadrados para una pieza antes de forjarse para darle forma de ojo y horquilla.
Se requieren relaciones empíricas para diseñar una articulación de rodilla.
Las dimensiones de varias partes de la articulación de la rodilla están determinadas por las relaciones empíricas que se indican a continuación. Cabe señalar que todas las piezas deben ser del mismo material, como por ejemplo: Por ejemplo, acero dulce o hierro forjado.
Si d= diámetro de la varilla
1. Diámetro del perno rey d1=d
2. Diámetro exterior del ojo d2=2d
3. Diámetro de la cabeza o collar del muñón de dirección d3=1,5d
4. Grosor de cada barra ocular t=1,25d
5. Grosor del cáncamo doble t1=1,25d
6. Espesor de la cabeza o collar del pasador del muñón de dirección t2=1,25d
Diseño de articulación de rodilla.
Fallo de tensión de la varilla.
Puede ocurrir una falla de tensión de la varilla debido a la carga de tracción.
Resistencia a la tracción de la barra, P = /4 x² x
El diámetro de la varilla se puede determinar a partir de esta ecuación.
Diámetro del kingpin al cortar
Dado que el pasador sufre doble corte, la resistencia al corte del pasador es P =/4 x 1² x
El valor de d1 se puede encontrar aquí: 1=d
Fijar las dimensiones usando relaciones empíricas.
Diám. Desde Pin = 1 =d
Diámetro exterior de ojo simple o doble = 2 =2d
Diám. Desde la cabeza del tobillo y el cuello =3 = 1,5d
Grosor del ojo individual = t = 1,25d
Grosor de la horquilla =1 = 0,75d
Espesor del perno con collar =t2 = 0,5d
Verificación del fallo de un solo ojo bajo tensión.
= p/(d2-d1)xt
Verificación del fallo de un solo ojo durante el aplastamiento.
= p/d1xt
Comprobando la pérdida de un solo ojo por cizallamiento
= p/(d2-d1)xt
Comprobación de fallo de tensión del doble ojal
= p/2(d2-d1) x t1
Comprobación del fallo del doble ojal durante la trituración
= p/2d1 x t1 Comprobación del fallo del doble ojal en cizalla
= p/2(d2-d1) x t1
Las ventajas de la articulación de la rodilla son:
- Fácil de diseñar y fabricar.
- Menos piezas: menores costos, más confiabilidad.
- Fácil de montar y desmontar
- La articulación de la rodilla soporta grandes cargas de tracción.
- Contiene buena rigidez mecánica.
- Fácil de hacer y configurar.
- El diseño es sencillo y ligero.
Desventaja de la articulación de la rodilla:
- No es adecuado para cargas de alta presión.
- Permitir movimientos angulares solo en un plano.
Aplicaciones de la articulación de la rodilla:
- Eslabón de la cadena de la bicicleta
- Conexiones de tirantes para vigas de tejado
- Junta de varilla de válvula para junta de varilla de bomba de varilla excéntrica
- Conexión de tren en la estructura del puente.
- Conexiones de palanca y varilla de varios tipos.
- Basculante de un vehículo de dos ruedas.
- Conexión de la biela de ballestas en vehículos de varios ejes
- Pistones, pasadores de pistón, bielas.
- Conexiones de la ballesta al chasis
Diferencia entre articulación de rodilla y articulación de férula
| No Señor. | Articulación del tobillo | conexión de pasador de chaveta |
|---|---|---|
| 1. | Sólo puede soportar una carga de tracción. | Puede absorber cargas de tracción y compresión. |
| 2. | Puede permitir el movimiento angular entre barras. | El movimiento angular no es posible. |
| 3. | Posible daño al rodamiento. | No sujeto a fallas en los rodamientos. |
| 4. | No se proporcionó ninguna reducción ni juego. | Cono o regalo de juego. |
| 5. | Aplicación: biela, eslabones de una cadena de bicicleta, Articulación para mecanismo de desplazamiento de carril. |
Aplicación: Perno de base con pasador de chaveta, conexión de dos varillas con un tubo, conexión de varilla de pistón con cabeza C/S |
Preguntas y respuestas :
1. Explique “Falla del Kingpin al doblarse” con un diagrama claro.
Respuesta: En la práctica, el pivote central de las horquillas está suelto para permitir el movimiento angular de uno con respecto al otro, por lo que además de cortante, el pasador también está sujeto a flexión. Ajustando el diámetro del tobillo.
Si el pasador es igual al diámetro de la varilla (d1 = d), se proporciona un margen de resistencia para permitir que el pasador se doble.
Si se tiene en cuenta la carga debida a la flexión, se supone que la carga sobre el pasador está distribuida uniformemente sobre la parte media (es decir, el extremo del ojo) y varía igualmente sobre las horquillas, como se muestra en la figura. Así, en las horquillas, una carga P/2 actúa a una distancia de t1/3 desde el borde interior y el momento flector es máximo en el centro del pasador. El valor del momento flector máximo está dado por
2. ¿Qué usos prácticos tiene la articulación del nudillo?
- Conexión del puente colgante.
- Mecanismo de válvulas de un motor de pistón alternativo.
- Cadena de bicicleta
- Punto de giro de la palanca
- Piezas para alineación de ruedas de tractores.
- brazos robóticos
3. ¿Qué material se utiliza para fabricar la articulación de la rodilla?
Junta de unión, todas las piezas como el extremo de la horquilla, el pasador de la articulación, el pasador cónico, el collar y el extremo del ojo están hechos de acero y hierro forjado.
4. ¿Qué es una articulación de rodilla?
Una articulación de rodilla es un tipo de articulación mecánica que se utiliza en estructuras para conectar dos varillas cilíndricas que se cruzan cuyos ejes se encuentran en el mismo plano. Permite cierto movimiento angular entre las varillas cilíndricas (en su plano). Está diseñado específicamente para soportar cargas de tracción.
Partes de una articulación del tobillo:
Una articulación de rodilla típica consta de las siguientes partes:
extremo de la horquilla
extremo del ojo
Pasador de tobillo
cuello
pasador cónico
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Artículo optimizado para SEO: Unión de nudillo: componentes, diagrama, cálculos de diseño, aplicaciones.
Introducción a la unión de nudillo:
La unión de nudillo se utiliza para conectar dos varillas que están sometidas a cargas de tracción. Sin embargo, si la junta está guiada, las varillas pueden soportar una carga compresiva.
Una unión de nudillo se puede desconectar fácilmente para ajustes o reparaciones. Se utiliza en la cadena de una bicicleta, en la unión de una barra de amarre para una cercha de techo, en la unión de una varilla de válvula con una varilla excéntrica, en la unión de la varilla de una bomba, en el enlace de tensión de una estructura de puente, y en conexiones de diferentes tipos de palancas y varillas.
Construcción de la unión de nudillo:
En la unión de nudillo (cuyas dos vistas se muestran en la figura), un extremo de una de las varillas se forma en un ojal y el extremo de la otra varilla se forma en una horquilla con un ojal en cada una de las patas de la horquilla. El pasador de nudillo pasa a través del orificio del ojal y de los orificios de la horquilla y puede asegurarse mediante un collar y un pasador cónico o pasador dividido. Se puede evitar que el pasador de nudillo gire en la horquilla mediante un pequeño tope, clavija o pasador.
Para obtener una mejor calidad de la junta, los lados de la horquilla y el ojal se maquinan, el orificio se perfora con precisión y el pasador se torna. El material utilizado para la junta puede ser acero o hierro forjado.
Partes de la unión de nudillo:
La unión de nudillo tiene principalmente tres componentes: ojal, horquilla y pasador, como se muestra en la figura. El ojal se forma en una de las varillas y la horquilla se forma en la otra. El ojal encaja dentro de la horquilla y el pasador pasa a través de la horquilla y el ojal. Este pasador se asegura en su lugar mediante un pasador dividido. Los extremos de las varillas se hacen octogonales a cierta distancia para un mejor agarre y se hacen cuadrados en una parte antes de forjar la forma de ojal y horquilla.
Cálculos de diseño de la unión de nudillo:
El dimensionamiento de las diferentes partes de la unión de nudillo se fija mediante relaciones empíricas. Es importante tener en cuenta que todas las partes deben estar hechas del mismo material, es decir, acero suave o hierro forjado. A continuación se presentan las relaciones empíricas para el dimensionamiento:
– Diámetro del pasador de nudillo: 1 = d
– Diámetro exterior del ojal: 2 = 2d
– Diámetro de la cabeza del pasador de nudillo o el collar: 3 = 1.5d
– Grosor de la varilla de ojal simple: t = 1.25d
– Grosor de la varilla de ojal doble: t1 = 1.25d
– Grosor de la cabeza del pasador de nudillo o el collar: t2 = 1.25d
Ventajas de la unión de nudillo:
– Fácil de diseñar y fabricar.
– Menos piezas, menor costo y mayor confiabilidad.
– Fácil de ensamblar y desmontar.
– Puede soportar grandes cargas de tracción.
– Buena rigidez mecánica.
– Fácil de fabricar e instalar.
– Diseño simple y fácil.
Desventajas de la unión de nudillo:
– No es adecuada para cargas compresivas grandes.
– Permite el movimiento angular en un solo plano.
Aplicaciones de la unión de nudillo:
La unión de nudillo se utiliza en:
– La cadena de una bicicleta.
– Las juntas de las barras de amarre para cerchas de techo.
– Las juntas de las varillas de válvulas con varillas excéntricas.
– Las juntas de las varillas de una bomba.
– Los enlaces de tensión en estructuras de puentes.
– Las conexiones de palancas y varillas de diferentes tipos.
– El brazo oscilante de una motocicleta.
– La conexión de la varilla de conexión de resortes de láminas en vehículos de ejes múltiples.
– Conexiones de pistón, pasador de pistón y biela.
– Conexiones de muelle de hojas con chasis.
Diferencia entre la unión de nudillo y la unión de cuña:
– La unión de nudillo solo puede soportar una carga de tracción, mientras que la unión de cuña puede soportar cargas de tracción y compresión.
– La unión de nudillo permite el movimiento angular entre las varillas, mientras que la unión de cuña no lo permite.
– La unión de nudillo está sujeta a falla por carga de apoyo, mientras que la unión de cuña no está sujeta a esta falla.
– En la unión de nudillo no se proporciona un cono o espacio libre, mientras que en la unión de cuña se proporciona.
– Aplicación de la unión de nudillo: barra tensora, eslabones de cadena de bicicleta, unión para mecanismo de cambio de riel. Aplicación de la unión de cuña: perno de cimentación de cuña, unión de dos varillas con una tubería, unión de varilla de pistón con cabeza de cilindro.
Preguntas frecuentes:
1. Explique con un diagrama claro «fallos del pasador de nudillo por flexión».
R: En la práctica, el pasador de nudillo está suelto en las horquillas para permitir el movimiento angular de una con respecto a la otra, por lo tanto, el pasador está sujeto a flexión además de corte. Al hacer que el diámetro del pasador de nudillo sea igual al diámetro de la varilla (es decir, d1 = d), se proporciona un margen de resistencia para permitir la flexión del pasador.
2. ¿Cuáles son algunas aplicaciones de la vida real de la unión de nudillo?
R: La unión de nudillo se encuentra en: el enlace del puente de suspensión, el mecanismo de válvula de un motor alternativo, la cadena de una bicicleta, el punto de apoyo de una palanca, las partes de alineación de las ruedas de un tractor, los brazos robóticos.
3. ¿Qué material se utiliza para fabricar la unión de nudillo?
R: Para la unión de nudillo, todas las partes como la horquilla, el pasador de nudillo, el pasador cónico, el collar y el ojal están hechos de acero y hierro forjado.
4. ¿Qué es una unión de nudillo?
R: Una unión de nudillo es un tipo de junta mecánica utilizada en estructuras para conectar dos varillas cilíndricas que se intersectan y cuyos ejes se encuentran en el mismo plano. Permite un cierto movimiento angular entre las varillas cilíndricas (en su plano). Está especialmente diseñada para resistir cargas de tracción.
Las dimensiones exactas, los cálculos y las imágenes se pueden encontrar en el artículo original en inglés: [fuente del artículo original].