El acoplamiento cinemático describe accesorios diseñados para restringir exactamente la pieza en cuestión, proporcionando precisión y certeza de ubicación. Un ejemplo canónico de un acoplamiento cinemático consiste en tres ranuras en V radiales en una parte que se acoplan con tres hemisferios en otra parte. Cada hemisferio tiene dos puntos de contacto para un total de seis puntos de contacto, suficiente para limitar los seis grados de libertad de la pieza . Un diseño alternativo consta de tres hemisferios en una parte que encajan respectivamente en una abolladura tetraédrica, una ranura en V y una superficie plana. [1]
Fondo
Los acoplamientos cinemáticos surgieron de la necesidad de un acoplamiento de precisión entre interfaces estructurales que debían desmontarse y montarse de forma rutinaria.
Acoplamiento Kelvin
El acoplamiento Kelvin lleva el nombre de William Thompson (Lord Kelvin), quien publicó el diseño en 1868–71. [2] Consta de tres superficies esféricas que descansan sobre un tetraedro cóncavo , una ranura en V que apunta hacia el tetraedro y una placa plana. El tetraedro proporciona tres puntos de contacto, mientras que la ranura en V proporciona dos y el plano proporciona uno para un total de seis puntos de contacto necesarios. Los beneficios de este diseño es que el centro de rotación está ubicado en el tetraedro, sin embargo, sufre problemas de tensión de contacto en aplicaciones de alta carga. [1]
Acoplamiento Maxwell
Los principios de este sistema de acoplamiento fueron publicados originalmente por James Clerk Maxwell en 1871. [2] El sistema cinemático Maxwell consta de tres ranuras en forma de V que están orientadas hacia el centro de la pieza, mientras que la pieza de acoplamiento tiene tres superficies curvas que se asientan hacia abajo en las tres ranuras. [1] Cada una de las tres ranuras en V proporciona dos puntos de contacto para un total de seis. Este diseño se beneficia de la simetría y, por lo tanto, de técnicas de fabricación más sencillas. Además, el acoplamiento Maxwell es térmicamente estable debido a esta simetría, ya que las superficies curvas pueden expandirse o contraerse al unísono en las ranuras en V. [2]
Teoría
La reproducibilidad y precisión de un acoplamiento cinemático proviene de la idea de un diseño de restricción exacta . El principio del diseño de restricción exacta es que el número de puntos de restricción debe ser igual al número de grados de libertad a restringir. [1] En un sistema mecánico hay seis grados de libertad potenciales. Hay tres grados lineales de libertad, los ejes "x", "y" y "z", y tres grados de libertad de rotación alrededor de cada eje, comúnmente llamados cabeceo, balanceo y guiñada. [2] Si un sistema está restringido, las dos partes pueden moverse libremente en uno de los grados de libertad. Si el sistema está demasiado restringido, puede causar que el sistema se rompa por deformación, se debe tener especial cuidado al diseñar un sistema demasiado restringido. Los diseños de acoplamiento cinemático solo hacen contacto con el número de puntos igual al número de grados de libertad que deben restringirse y, por lo tanto, son predecibles.