Mecanismo de retorno rápido

Un mecanismo de retorno rápido es un aparato que produce un movimiento alternativo en el que el tiempo necesario para el recorrido de retorno es menor que el de avance. Es accionado por una fuente de movimiento circular (normalmente un motor de algún tipo) y utiliza un sistema de eslabones con tres pares giratorios y un par deslizante. Un mecanismo de retorno rápido es una subclase de un mecanismo de manivela deslizante , con una manivela desplazada.

El retorno rápido es una característica común de las herramientas en las que la acción se realiza en una sola dirección de la carrera, como las perfiladoras y las sierras eléctricas , porque permite dedicar menos tiempo a devolver la herramienta a su posición inicial.

A principios del siglo XIX, los métodos de corte implicaban el uso de herramientas manuales y manivelas, que solían requerir mucho tiempo de trabajo. Joseph Whitworth cambió esta situación al crear el mecanismo de retorno rápido a mediados del siglo XIX. ^[1] Mediante la cinemática, determinó que la fuerza y ​​la geometría de la articulación giratoria afectarían la fuerza y ​​el movimiento del brazo conectado. Desde un punto de vista de ingeniería, el mecanismo de retorno rápido influyó en la tecnología de la Revolución Industrial al minimizar la duración de una revolución completa, reduciendo así la cantidad de tiempo necesario para un corte o prensado.

Los mecanismos de retorno rápido se encuentran en toda la industria de la ingeniería en diferentes máquinas:

• Moldeador
• Prensa de tornillo
• Sierra eléctrica
• Actuador mecánico
• mecanismos de revólver

El disco influye en la fuerza del brazo, que constituye el marco de referencia del mecanismo de retorno rápido. El marco continúa hasta una varilla adjunta, que está conectada al disco circular. Impulsado por un motor, el disco gira y el brazo lo sigue en la misma dirección (lineal y de izquierda a derecha, por lo general) pero a una velocidad diferente. Cuando el disco se acerca a una revolución completa, el brazo alcanza su posición más lejana y regresa a su posición inicial a un ritmo más rápido, de ahí su nombre. Durante todo el corte, el brazo tiene una velocidad constante. Al regresar a su posición inicial después de alcanzar su desplazamiento horizontal máximo , el brazo alcanza su velocidad más alta .

El mecanismo de retorno rápido se inspiró en la manivela y el deslizador (brazo), y esto está presente en su apariencia y función; sin embargo, la manivela suele accionarse manualmente y el brazo tiene la misma velocidad durante toda una revolución, mientras que el brazo de un mecanismo de retorno rápido retorna a una velocidad más rápida. El "retorno rápido" permite que el brazo funcione con menos energía durante el corte que el ciclo inicial del disco.

Al utilizar una máquina que involucra este mecanismo, es muy importante no forzar la máquina para que alcance su capacidad máxima de estrés ; de lo contrario, la máquina se romperá. La durabilidad de la máquina está relacionada con el tamaño del brazo y la velocidad del disco, donde el brazo podría no ser lo suficientemente flexible para manejar una cierta velocidad. La creación de un diseño gráfico para un mecanismo de retorno rápido involucra todas las inversiones y movimientos, lo que es útil para determinar las dimensiones de un mecanismo en funcionamiento. ^[2] Un diseño especificaría las dimensiones del mecanismo resaltando cada parte y su interacción con el sistema. Estas interacciones incluirían torque , fuerza, velocidad y aceleración . Al relacionar estos conceptos con sus respectivos análisis (cinemática y dinámica), uno puede comprender el efecto que cada parte tiene sobre otra.

Para derivar los vectores de fuerza de estos mecanismos, es necesario abordar un diseño mecánico que consta de análisis cinemáticos y dinámicos.

Dividir el mecanismo en vectores y componentes separados nos permite crear un análisis cinemático que puede resolver la velocidad máxima, la aceleración y la fuerza que el mecanismo es capaz de alcanzar en el espacio tridimensional. ^[3] La mayoría de las ecuaciones involucradas en la configuración del mecanismo de retorno rápido se originan en el principio de Hamilton . ^[4]

La posición del brazo se puede encontrar en diferentes momentos utilizando la sustitución de la fórmula de Euler : ^[5]

${\displaystyle e^{i\theta}=\cos \theta +i\sin \theta}$

en los diferentes componentes que han sido predeterminados, según la configuración.

Esta sustitución permite obtener distintos radios y componentes del desplazamiento del brazo en diferentes valores. La trigonometría es necesaria para comprender por completo los análisis cinemáticos del mecanismo, donde todo el diseño se puede transcribir en un plano, resaltando todos los componentes vectoriales.

Un concepto importante para el análisis de la velocidad del disco con respecto al brazo es la velocidad angular del disco:

${\displaystyle \omega ={\frac {v}{r}}}$^[4]

Si uno desea calcular la velocidad, debe derivar los ángulos de interacción en un solo momento del tiempo, lo que hace que esta ecuación sea útil.

Además del análisis cinemático de un mecanismo de retorno rápido, existe un análisis dinámico. En determinadas longitudes y accesorios, el brazo del mecanismo puede evaluarse y luego ajustarse a ciertas preferencias. Por ejemplo, las diferencias en las fuerzas que actúan sobre el sistema en un instante pueden representarse mediante el principio de D'Alembert . ^[6] Dependiendo del diseño estructural del mecanismo de retorno rápido, la ley de los cosenos puede utilizarse para determinar los ángulos y desplazamientos del brazo. La relación entre la carrera de trabajo (motor) y la carrera de retorno puede simplificarse mediante la manipulación de estos conceptos. ^[7]

A pesar de las similitudes entre los mecanismos de retorno rápido, existen muchas posibilidades diferentes para representar todas las fuerzas, velocidades, longitudes, movimientos, funciones y vectores en un mecanismo.

• Mecanismo de biela-manivela  : mecanismo para convertir el movimiento rotatorio en movimiento lineal
• Manivela (mecanismo)  : máquina simple que transfiere movimiento hacia o desde un eje giratorio a una distancia de la línea central.