Poyectos de mecánica

Proyecto 1: Diseño y construcción de elementos mecánicos para instrumentos musicales

El objetivo de este proyecto es diseñar y construir elementos que permitan cumplir con 3 funciones fundamentales en la ejecución de instrumentos: Percutir, rozar y soplar. El objetivo es hacer que estos elementos funcionen mecánicamente.

Kit de martillos percutores

Los requerimientos de diseño son:

Cabeza intercambiable para permitir ejecución con múltiples materiales.

Que funcione en todas las direcciones.

Que sea sensible a la fuerza del ejecutante.

El diseño se hará en dos fases: Diseño de los martillos y diseño del mecanismo.

Diseño de los martillos

Para el diseño de los martillos vamos a tener en cuenta que los materiales que más se utilizan en los elementos para hacer percusión son madera, metal, plástico y lana.

Una buena referencia para nuestro diseño es la forma de los martillos para piano:

Imagen martillo de piano

Se propone fabricar por separado las cabezas, de diferentes materiales y un solo cuerpo de madera, de manera que según el objeto a percutir se intercambien las cabezas para un mismo cuerpo.

Un posible ensamble entre las diferentes cabezas y el cuerpo del martillo es a través de un tornillo como se muestra en el plano.

Otra forma de ensamble entre las cabezas y el cuerpo puede ser mediante el ajuste de dos formas complementarias en cabeza y cuerpo como se muestra en el plano.

El cuerpo va a tener dos agujeros en la parte inferior de manera que se permita el ensamble con el mecanismo activador, de tal forma que el músico pueda emplear varios martillos al tiempo.

Al fabricar el martillo en MDF, cortado por una máquina láser queda así:

Ensamblando ambos modelos, se observa que la opción de la izquierda puede funcionar, ya que el ajuste entre la cabeza y el cuerpo es firme.

Diseño del soporte y el mecanismo activador

Para concebir adecuadamente el soporte del martillo se hizo un prototipo del martillo a partir del modelo establecido y se construyó una caja de soporte para ver físicamente su posible funcionamiento. Así es el prototipo.

Como se observa en las imágenes, el martillo se fija al cuerpo a través del agujero superior de su cuerpo.

El agujero inferior es para ensamblar el elemento que lo activa. En el prototipo se muestra que este elemento es un nylon.

Dos elementos elásticos lo unen por ambos lados a los ejes inferiores de la caja para que esté fijo y retorne a la posición inicial luego de activar el mecanismo.

Al hacer pruebas con este prototipo se observa que es necesario que el diseño final tenga mayor distancia entre el martillo y los ejes de la caja, para que la distancia que recorre el martillo sea mayor.

Además, se observa, al hacer pruebas, que la caja debe tener una inclinación de manera que al ubicarla sobre un objeto a percutir, la cabeza del martillo tenga buena distancia con este.

Se propone entonces un modelo para la caja como se muestra en la imagen:

Al ensamblar el martillo y la caja queda así:

Instrumento para soplar

Los requerimientos de diseño son:

Que no requiera del aire proporcionado por una persona.

Que tenga un ángulo de salida del aire variable.

Que sirva para tocar instrumentos que no tienen lengüetas.

Conceptualización de elemento que proporciona aire

Diseño de caja hermética de aire

El aire entra desde un elemento que lo comprime y se almacena en una caja que está cerrada herméticamente. Al presionar una tecla se levanta un tapón y deja salir el aire a través de una manguera.

Diseño de sistema de amarre al instrumento con inclinación variable de la manguera

Debe fabricarse un elemento que permita fijar la manguera al instrumento y permitir la salida de aire en determinada dirección.

Cómo permitir una posición variable de la manguera

Como el objetivo es que la manguera de salida del aire se pueda acomodar de diferentes maneras según el instrumento que se va a hacer sonar, se definen unas especificaciones para este diseño:

Que haya variación angular en la posición de la manguera, es decir que pueda incidir por ejemplo sobre una flauta de pan en una dirección, pero que pueda proporcionar aire a una flauta traversa en otra dirección.

Que permita variación en la distancia entre el amarre y la manguera. En algunos instrumentos el amarre puede quedar cerca a la boquilla y en otros más lejos.

Según las especificaciones anteriores se observa que el elemento a diseñar debe permitir rotación y traslación.

La rotación se consigue empleando un par rotacional. Una bisagra y su eje forman un par rotacional.

La traslación se consigue empleando un par lineal. Un pistón y su cilindro forman un par lineal.

Cómo fijar la manguera al instrumento

Existen muchas maneras de fijar un elemento a otro con diámetro variable. Algunos que se podrían usar en este caso son:

Abrazadera de sillín de bicicleta.

Correa de caucho con pin.

Pinza.

Belcro.

Tie wrap.

Abrazadera con pin.

Considerando que este elemento debe soportar el peso del sistema de salida del aire a diferentes ángulos se descarta el belcro.
Sabiendo que el elemento no puede deteriorar el instrumento, se descarta la abrazadera con pin.
El tie wrap es desechable. Por esta razón también se descarta.
La abrazadera de sillín de bicileta no permite la unión con elementos cuyos diámetros son muy diferentes entre sí y por esta razón también se omite esta opción.