Instituto Politécnico Nacional.
Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Culhuacán.
Laboratorio de Diseño Mecánico I. Dra. Maribel Angélica Mendoza Núñez
Diseño de pieza del Contenido Sintético.
Engrane Recto Integrantes: Escamilla Martínez Isaí Huang Chieh Chang Grupo: 8MM2
Fecha de entrega: 07/Marzo /2017
Unidad II “ENGRANES”
Selección de la pieza Los engranes sirven para transmitir torque y velocidad angular en variedad de aplicaciones. Existen diferentes diferentes tipos de engranes como: - Engranes rectos - Engranes Helicoidales - Engranes Cónicos - Tornillo sin fin
Para este trabajo se seleccionó el engrane recto el cual se considera el tipo más simple, diseñado para operar con ejes paralelos y con dientes paralelos a las líneas de centro de los ejes. En la actualidad, los engranes están muy estandarizados por la forma y el tamaño del diente. Para el presente trabajo se utilizan las normas emitida por la Asociación Estadounidense de Fabricantes de Engranes por sus siglas en inglés (AGMA), encargadas de financiar investigación para el diseño, materiales y manufactura de engranes. Cuando dos engranes se ajustan para que uno le transmita potencia a otro, a ese conjunto se le conoce como engranaje, llamándole al engrane conductor y más pequeño piñón y al otro simplemente engrane. Según AGMA, para el diseño de un engrane se deben tener presentes algunos conceptos, que a continuación se mencionan:
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La forma de los dientes se basa en la involuta de un círculo como se muestra en fig. 1 y fig2.
Fig1. Involuta de un círculo.
Fig2.
Forma del diente por involuta.
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Angulo de presión: Es el ángulo entre la línea de acción (normal común) y la dirección de velocidad en el punto de paso
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Diámetro de paso: Son las superficies de los cilindros de rodamiento, sobre estos diámetros se encuentra un punto de contacto llamado punto de paso
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Addendum: Distancia radial entre el diámetro de cabeza y diámetro de paso.
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Deddendum: Distancia radial entre el diámetro de paso y el de pie.
La fig3. Se muestra la nomenclatura del engrane.
OBJETIVO Se requiere el diseño normalizado por AGMA de un piñón que tenga resistencia a la fatiga por flexión que cuente con las siguientes especificaciones. Numero de dientes = 18 dientes Angulo de presión = 20 grados Diámetro de cabeza = 100 mm Addendum = 5 mm Deddendum = 6.25 El material seleccionado para este engrane es un AISI 4340. Se seleccionó este material debido a las recomendaciones de AGMA, que lo definen como un material de alta resistencia a la fatiga por flexión, con una resistencia que se encuentra en el intervalo de 250 a 325 Mpa.
DESARROLLO
Abrir un nuevo documento de solidworks (v.2016), seleccionando Part para dibujar una pieza.
Seleccionamos la cara en la que vamos a trabajar(en nuestro caso usamos la parte de alzado) y le damos clic en la parte de Sketch (croquis).
Empezaremos usando la herramienta de Circle (circulo) para dibujar círculos.
Con la herramienta Circle dibujamos tres círculos, y con la herramienta de SmartDimension (Cota inteligente que está en al arte izquierda superior de la barra de herramientas) ajustamos los diámetros de nuestros círculos.
Ahora con la herramienta Line (línea, a un costado de la herramienta SmartDimension) trazaremos una línea horizontal de la mitad de la circunferencia hasta el exterior atravesando los tres círculos.
Trazamos tres líneas más dos que atraviesen los tres círculos y uno que se quede al borde del primer circulo.
Ajustamos los ángulos de cada línea que acabamos de trazar con los que se muestra en la fig. anterior.
Ahora seleccionamos la herramienta de 3 Point Arc (arco de 3 puntos).
Con la herramienta previamente seleccionada, pondremos el primer punto en la intersección de la línea con 5° y el con la circunferencia del medio, y el segundo punto se colocara en la intersección de la línea de 2.5° con la circunferencia externa, y el tercer clic lo ponemos en donde sea, siempre y cuando la curve debe tener una forma convexa. (como se muestra)
Con la opción de Line, trazamos una línea recta sobre la línea de 5° entre las intersecciones de los círculos interno y medio.
Ahora seleccionamos ambos trazos (ctrl + clic) y le damos en la opción de Make Tangent (hacer tangentes) en el menú que se despliega.
Así es como queda, observamos que la línea recta ya no se encuentra a lo largo de las distancias entre los círculos inferiores y medio.
Damos clic en el punto para alargar la línea recta y lo recolocaremos en la intersección deseada.
Ahora usaremos la herramienta de Centerpoint Arc (arco de punto central).
Con la herramienta seleccionada colocamos el puntero en el centro de las circunferencias sin dar clic lo arrestamos sobre la línea de 10° hasta la primera intersección con el circulo interior, ahí es donde damos el primer clic.
Y el segundo clic se en la intersección de la linea de 5° con el circulo interno.
Otra vez seleccionamos la herramienta, ahora con la intersección de la linea horizontal con el circulo exterior como primer clic.
Y como segundo clic en la intersección de la línea de 5° con el circulo exterior.
Ahora seleccionamos nuevamente la opción de Line.
Y trazamos desde el centro de la circunferencia hasta el primer círculo.
Ahora ocuparemos la herramienta de Mirror Entities (espejo).
En el primer cuadro de Entities to mirror, seleccionamos todas las líneas que trazamos.
Y en el cuadro de Mirror about, seleccionamos la línea horizontal.
Así es como resulta.
Ahora usemos la función de Extruded Boss/Base (Extrudir base).
Seleccionamos la pieza que vamos a extrudir, dentro del cuadro Selected Contours.
En el cuadro mostrado, donde está el puntero, podemos introducir la medida a la que tendrá de espesor la pieza, este caso 5mm.
Al darle en aceptar podemos ver la pieza terminada.
La herramienta Fillet (Empalme) nos ayudara a dar una curva a las partes seleccionadas de la pieza.
Seleccionamos las partes que queremos modificar, y le ponemos el radio de curva de 1mm. Fillet value is less tan c (c=d -a)
Este es el resultado.
Y ahora usemos la herramienta Circular Pattern (Patron circular).
En la parte de parámetro seleccionaremos la punta naranja como se muestra en al fig. anterior.
Ahora introducir el número de veces que esta pieza se repite, en este caso son 18 dientes, por lo tanto, escribimos 18. [360°/(10°*2)]
Hacemos clic en la parte de Boss -Extrude1 que es nuestra pieza y aceptamos.
Volvemos a seleccionar la superficie de nuestro engrane.
Le dibujamos un círculo con radio de 30 mm, que será en donde tendrá el agujero donde entrará el eje.
Seleccionamos la herramienta de Extruded Cut, que hace que corta.
Se selecciona el círculo que se trazó, y seleccionamos Throught All, la función para atravesar toda la pieza.
Asi queda nuestra pieza.
Ahora para hacer el cubo del engrane, haremos dos círculos, uno de 30 mm donde se encuentra el agujero, y otro lo pondremos de 40 mm.
Volvemos a la herramienta de Extruded Boss/Base.
Seleccionando el medio de las dos circunferencias que trazamos, y le ponemos un espesor de 2.5mm.
Con esta opción podemos volver a la vista frontal en la que nos encontrábamos para así trabajar con mayor facilidad.
Tracemos otros dos círculos, uno a la medida de 40 mm, y otra de 60 mm.
Seleccionamos la opción de Extruded Cut, para dar profundidad, con el medio de las dos circunferencias que trazamos.
Seleccionamos el área que queremos dar profundidad, y especificamos cuanto queremos darle en este caso 2.5mm.
Seleccionamos la herramienta del Circle.
Y dibujamos el circulo verticalmente del centro del engrane, con una medida de 5mm.
Usamos la Smart Dimension para acotarlo de 25mm desde el centro.
La herramienta de Circular Sketch Pattern (Matriz circular de croquis).
Seleccionamos el círculo que trazamos y le ponemos el número de veces que se quiera repetir, este caso 12 veces.
Ahora volvemos a la herramienta de Extrude Cut, y lo aplicamos para los 12 círculos, y haciendo que corte Through All.
Volvemos a ocupar la herramienta de Fillet.
Y seleccionamos todo lo que muestra en azul en la fig. anterior, incluyendo los bordes del cubo.
Ahora para que quede simétrico, ocuparemos la herramienta de Mirror(simetría).
En el cuadro de Mirror Face/Plane (simetría de cara/plano) escogemos la parte plana detrás de la pieza.
Ahora nos vamos al Bodies to Mirror (Solidos para hacer simetría), y en su cuadro escogeremos toda la pieza.
Así es como debe quedar nuestra pieza finalizada.
Para darle tipo de material iremos a donde dice Material {not specified} (material no especificado), y damos clic derecho y seleccionamos Edit Material (Editar material).
Seleccionamos el tipo de material que queremos que la pieza sea, en este caso elegimos un acero AISI 4340, normalizado, y damos en aplicar y cerramos la ventana.
