Laboratorio de anatomía mecánica 3D

Engranajes, diferencial, motor 4T y cinemática en WebGL • Ciencia
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⚙ Cinemática mecánica interactiva

Explorador anatómico de mecanismos y transmisión de potencia

Visualiza en 3D el reparto de par en curvas de un diferencial de coche, los trenes epicicloidales de cajas automáticas mediante la fórmula de Willis, la sincronización de levas y explosión de un motor de 4 tiempos y la marcha del caminante de Theo Jansen. Despieza con la vista explosionada y analiza con planos de corte.

🧭 Trayectoria del vehículo:
● Visualización CAD en tiempo real
👆 Arrastra para orbitar • Rueda para zoom • Dos dedos en móvil
Velocidad de entrada 300 RPM Eje de accionamiento principal
Salida cinemática I: 86 | D: 86 Semiejes o elementos conducidos
Relación de transmisión 3.50 : 1 Multiplicación o desmultiplicación
Fase o régimen Satélites: 0 RPM Estado interno del tren
💡

En línea recta con tracción uniforme, la corona y los dos semiejes giran a la misma velocidad. Los satélites no giran sobre sus pernos.

⚡ Accionamiento y velocidad

300 RPM
Embragado

🔍 Despiece e inspección CAD

0 % (Armado)
Plano de corte transversal Seccionar cárter para ver engranajes internos
Recomendaciones técnicas de fijate.com

Maquetas mecánicas funcionales, kits de engranajes y herramientas de ingeniería recomendadas

Kits de motor de 4 tiempos transparente con pistones y levas móviles, maquetas de diferencial cortadas con láser, kits del caminante de Theo Jansen, calibres digitales de precisión y lubricantes de micromecánica.

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Motor 4T educativo funcional

Kit de montaje de motor de 4 tiempos transparente con bujías LED y pistones móviles

Franzis / Haynes / Revell

Maqueta a escala transparente de más de 100 piezas con cigüeñal funcional, árbol de levas sincronizado, correa dentada, pistones móviles y bujías con iluminación LED que simulan la detonación real.

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Cinemática de engranajes y diferencial

Maqueta de madera de diferencial y caja de cambios mecánica funcional para montar

Ugears / ROKR / Robotime

Modelo cinemático cortado por láser con piñón cónico, corona, satélites y planetarios funcionales que demuestra la compensación de giro en curvas y el bloqueo de ejes sin pegamento.

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Mecanismo caminante de Theo Jansen

Kit científico de montaje del caminante cinemático de Theo Jansen (Strandbeest)

Gakken / Edu-Toys / Elenco

Réplica a escala con el enlace de 8 barras y las 11 proporciones exactas de Theo Jansen que camina sobre superficies lisas impulsada por una pequeña hélice de viento o manivela manual.

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Metrología y medición milimétrica

Calibre pie de rey digital de acero inoxidable con pantalla LCD de precisión (0,01 mm)

Mitutoyo / Tacklife / Neiko

Instrumento de medición de precisión en acero templado para determinar diámetros primitivos, módulos de engranajes, cotas de ejes y tolerancias mecánicas con botón de puesta a cero instantánea.

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Lubricación técnica de engranajes

Grasa sintética de litio blanco y PTFE para engranajes plásticos y metálicos

Super Lube / WD-40 Specialist / Liqui Moly

Lubricante dieléctrico de alta adherencia con teflón PTFE que reduce la fricción, amortigua el ruido de rozamiento entre dientes y protege piezas mecánicas frente al desgaste.

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Fundamentos técnicos y cinemática de los mecanismos

1. El diferencial de automoción

Inventado por Onésiphore Pecqueur en 1827, el diferencial resuelve el dilema geométrico de las curvas: cuando un vehículo gira, la rueda exterior debe recorrer una distancia mayor que la rueda interior en el mismo intervalo de tiempo.

Mediante un conjunto de engranajes cónicos (dos satélites solidarios a la corona y dos planetarios conectados a las ruedas), se cumple siempre la ley de conservación de velocidad: la suma de las velocidades angulares de ambas ruedas es exactamente el doble de la velocidad angular de la corona.

ω_izquierda + ω_derecha = 2 · ω_corona

2. Tren epicicloidal y fórmula de Willis

Los engranajes planetarios permiten obtener múltiples relaciones de transmisión en un volumen ultracompacto sin desacoplar engranajes, conformando la base de transmisiones automáticas hidráulicas y trenes híbridos planetarios e-CVT.

Al frenar la corona exterior se obtiene una reductora potente con par multiplicado (primera marcha); al frenar el engranaje solar central se logra sobremarcha (overdrive para autopista); y al frenar el portasatélites se invierte el sentido de giro obteniendo marcha atrás directa.

(ω_solar - ω_portas) / (ω_corona - ω_portas) = - Z_corona / Z_solar

3. Motor de 4 tiempos (Otto) vs Wankel

En el ciclo Otto de 4 tiempos, el cigüeñal completa dos vueltas completas (720°) por cada ciclo termodinámico completo, mientras el árbol de levas gira exactamente a la mitad de velocidad (relación 2:1) para gobernar las válvulas de admisión y escape.

Por su parte, el motor rotativo inventado por Felix Wankel prescinde totalmente de pistones y bielas alternativas: un rotor con forma de triángulo de Reuleaux gira excéntricamente dentro de una carcasa epitrocoide, completando los 4 ciclos simultáneamente en tres cámaras continuas sin vibraciones de inercia secundaria.

4. El enlace caminante de Theo Jansen

El artista e ingeniero holandés Theo Jansen descubrió mediante algoritmos genéticos evolutivos las 11 proporciones geométricas que transforman el giro de una simple manivela en la marcha de una extremidad bípeda o polípoda.

La trayectoria descrita por el extremo inferior de la pata no es elíptica, sino que dibuja una base horizontal perfectamente plana durante la fase de apoyo. Esto garantiza que la estructura avance sobre la arena o terreno llano sin cabeceos ni oscilación vertical de altura.

¿Por qué se queda atascado un coche con diferencial abierto si una rueda patina en hielo? ▾
Un diferencial abierto convencional divide el par motor a partes exactamente iguales (50 % y 50 %) entre ambas ruedas. Si una de las ruedas pierde tracción (por ejemplo, sobre hielo o barro), el par necesario para hacerla girar desciende casi a cero. Como el diferencial no puede transmitir a la rueda con agarre más par del que resiste la rueda que patina, el coche se inmoviliza y la rueda en el aire gira al doble de velocidad. Para evitarlo se emplean diferenciales autoblocantes (LSD), bloqueos mecánicos del 100 % o sistemas electrónicos de control de tracción que frenan la rueda libre.
¿Cómo funciona la marcha atrás en una caja de cambios planetaria? ▾
En un tren epicicloidal, para obtener marcha atrás basta con bloquear el portasatélites mediante una banda de freno al chasis de la transmisión. Al entrar la potencia del motor por el engranaje solar central, los satélites giran sobre ejes fijos actuando como piñones locos e invirtiendo el sentido de rotación de la corona exterior de salida, con una relación determinada por el cociente de dientes de ambos engranajes.
¿Qué ventajas y desventajas tiene el motor Wankel frente al motor de pistones tradicional? ▾
La gran ventaja del motor Wankel es su altísima relación potencia-peso, su suavidad de funcionamiento libre de vibraciones (sin masas que frenen y aceleren alternativamente en los puntos muertos) y un número de piezas móviles drásticamente menor. Sus principales desventajas históricas residen en el sellado de los vértices del rotor (ápices), una combustión en cámara alargada térmicamente menos eficiente y un consumo superior de aceite y combustible en comparación con motores modernos de ciclo Otto o Atkinson.