Manual de Mecanismos u. Tec.de Puebla.

Mecanismos

GUÍA GU ÍA DEL A L UMNO UMNO SECRETARÍA SECRETARÍA DE EDUCACIÓN EDUCACIÓN PÚBLICA PÚBL ICA SUBSECRETARÍA DE EDUCACIÓN SUPERIOR E INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA SUBSISTEMA DE UNIVERSIDADES TECNOLÓGICAS COORDINACIÓN GENERAL DE UNIVERSIDADES TECNOLÓGICAS ELABORÓ:

APROBÓ:

Revisión no. 0.

(GRUPO DE DIRECTORES DE LA CARRERA DE ............................ ........................................... ............................) .............)

REVISÓ:

COORDINACIÓN COORDINACIÓN GENERAL DE

FECHA DE ENTRADA

UNIVERSIDADES UNIVERSIDADES TECNOLÓGICAS TECNOLÓGICAS

EN VIGOR:

Fecha de revis ión: Marzo, 2004.

Págin a 1 de 111

(COMISIÓN ACADÉMICA NACIONAL DEL ÁREA ....................)

SEPTIEMBRE 2001

F-CADI-SA-MA-27-GP-A

1

Titles you can't find anywhere else

Try Scribd FREE for 30 days to access over 125 million titles without ads or interruptions! Start Free Trial Cancel Anytime.

























I. DIRECTORIO (Anotar el nombre del funcionario actual) SECRETARÍO DE EDUCACIÓN PÚBLICA (Anotar el nombre del funcionario actual) SUBSECRETARIO DE EDUCACIÓN SUPERIOR E INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA

DR. ARTURO ARTURO NAVA JAIMES JA IMES COORDINADOR GENERAL DE UNIVERSIDADES TECNOLÓGICAS

RECONOCIMIENTOS Ing. Francisco Betanzos Castillo

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL SUR DEL ESTADO DE MÉXICO

(MECANISMOS) D.R.

2004

ESTA OBRA, SUS CARACTERÍSTICAS Y DERECHOS SON PROPIEDAD DE LA: COORDINACIÓN GENERAL DE UNIVERSIDADES TECNOLÓGICAS (CGUT) FRANCISCO PETRARCA No. 321, COL. CHAPULTEPEC MORALES, MORAL ES, MÉXICO D.F. LOS DERECHOS DE PUBLICACIÓN PERTENECEN A LA CGUT. QUEDA PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN PARCIAL O TOTAL POR CUALQUIER MEDIO, SIN AUTORIZACIÓN PREVIA Y POR ESCRITO DEL TITULAR DE LOS DERECHOS.



























ÍNDICE

#

CONTENIDO CONTENIDO

PAGINA

I.

DIRECTORIO Y RECONOCIMIENTOS

2

II.

ÍNDICE

3

III.

INTRODUCCIÓN DE LA ASIGNATURA

4

IV.

UNIDADES TEMÁTICAS

1. INTRODUCCIÓN A LA MECATRÓNICA

5

2. SERVOMECANISMO SERVOMECANISMOSS

14

3. SERVOSISTEMA

23

4. SFA, SFF, SFIC

25

5. ESTRUCTURA DE TRANSPORTACIÓN

31

6. MECANISMOS DE LEVAS

36

7. ENGRANAJE REDUCTOR

67

8. ELEMENTOS DE TRANSMISIÓN

95

V.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

111

VI.

GLOSARIO

VII.

ANEXOS (FIGURAS, TABLAS, ETC.) 1. Evaluación del curso, taller, materiales. 2. Resultados Finales de evaluación del aprendizaje



























III. INTRODUC INTRODUCCIÓN CIÓN DE LA ASIGNATURA

El mundo moderno se distingue por el uso creciente de máquinas con características diversas y aplicaciones múltiples. Las máquinas y sus mecanismos constituyen una clave fundamental sobre el que se apoya toda la actividad del hombre. Prácticamente nadie queda al margen de este mundo de la máquina, de modo que de una forma u otra todos somos usuarios de ellas. Con el paso del tiempo, la importancia de las máquinas no va a disminuir, al contrario se ha producido una gran evolución en manos de la electrónica, la informática o los nuevos materiales. En este sentido, las necesidades formativas en el campo de las máquinas son crecientes. En particular, la formación sobre mecanismos, es esencial para todos los ingenieros y técnicos, cualquiera que sea su especialidad. La mayoría de los textos son documentos especializados, dirigidas a ingenieros mecánicos, por lo que prácticamente ninguno abarca las necesidades reales y concretas del amplio número de técnicos de diversas ramas de la ingeniería que no son expertos en mecánica, pero que necesitan conocimientos relacionados con los mecanismos. Por ello, el presente trabajo tiene como objetivo dar respuesta a esta necesidad formativa, por lo que se pretende presentar de manera que una parte del contenido tenga una aplicación práctica y directa en la actividad normal relacionado con este campo de la mecánica y la adecuación al plan de estudio del T.S.U. en MECATRÓNICA, con un lenguaje sencillo y directo, sin descuidar el rigor conceptual y matemático.



























UNIDAD 1

INTRODUCCIÓN A LA MECATRÓNICA INTRODUCCIÓN El término "Mecatrónica" fue acuñado en Japón a principios de los 80’s y comenzó a ser usado en Europa y USA un poco después. En estos días es necesaria la creación de sistemas de manufactura y productos más especiales en la rama de la industria. La integración del trabajo del hombre y la invención de nuevas tecnologías han provocado la integración de dos grandes áreas como lo son la Mecánica y la Electrónica Electrónic a en algo a lo que hoy llamamos MECATRÓNICA. La mecatrónica representa un nuevo nivel de integración de las tecnologías de manufactura y procesos, en la actualidad se tiende a la optimización de tiempos y movimientos con la unión de sistemas mecánicos y electrónicos aplicados a sistemas de manufactura avanzada con la utilización de inteligencia artificial, expertos de sistemas, robots, etc. y la continua generación de tecnología de punta para la industria futura.

OBJETIVO: Que el el alumno s ea capaz de compr ender la import ancia de los mecanismo s y su relación dentro de ámbito ámbito de la mecatrónic mecatrónic a

OBJETIVO Y CRITERIOS DE APRENDIZAJE APRENDIZAJE 1.1 1. 1 Concepto Conc epto de mecatrón mecatrónica ica

Página 6



























DEMOSTRACIÓN DE HABILIDADES PARCIALES (RESULTADO DE APRENDIZAJE) El alumno aplicará aplicará y/o conocerá: 1.11.1 El conce 1. ceppto de mec ecaatr tróóni nicca 1.2.1 El origen de la mecatrónica y su desarrollo a través del tiempo 4.3.1 La mecatrónica y su relación con otras disciplinas 1.4.1 Áreas específicas donde se usa la mecatrónica 1.4.2 Áreas donde se pueda aplicar la mecatrónica 1.4.3 Un sistema mecatrónico de uso práctico

1.1 CONCEPTO DE MECATRÓNICA

El comité técnico sobre Mecatrónica de la International Federation for the Theory of Machines and Mechanisms, define la Mecatrónica cómo " the synergistic combination of precision mechanical engineering, electronic control and systems thinking in the design of products and manufacturing processes. processes. "

"El espíritu de la mecatrónica rechaza dividir a la ingeniería en disciplinas separadas" . Pero una definición aproximada seria la utilizada por la comunidad

europea: "mecatrónica es la integración sinergética de la ingeniería mecánica con la electrónica y con el control de computadores inteligentes para el diseño y la manufactura de productos y procesos". Una definición más amplia de mecatrónica en el diseño de productos y máquinas ha sido adaptada así para estas notas: "mecatrónica es el diseño y manufactura





























Algunas otras definiciones de Mecatrónica son: Loughborough University (Inglaterra): "Mechatronics is a design philosophy that utilizes a synergistic integration of Mechanics, Electronics and Computer Technology (or IT) to produce enhanced products, processes or systems."

ME Magazine: "Mechatronics is the synergistic use of precision engineering, control theory, computer science, and sensor and a nd actuator technology to design improved products p roducts and processes. Is simply the application of the latest techniques in precision mechanical engineering, controls theory, computer science, and electronics to the design process to create more functional and adaptable products."

•

Chico State University

"field of study that combines the fundamentals of Mechanical, Electrical, and Computer Engineering"





























•

Industrial Research and Development Advisory Committee of the European Community

"synergistic combination of precision engineering, electronic control and systems thinking in the design of products and manufacturing processes." •

(book)) Introduction to Mechatronics and Measurement Systems (book

"the interdisciplinary field of engineering dealing with the design of products whose function relies on the integration of mechanical and electronic components coordinated by a control architecture." •

Loughborough University (United University (United Kingdom)

"Mechatronics is a design philosophy that utilizes a synergistic integration of Mechanics, Electronics and Computer Technology (or IT) to produce enhanced products,

processes

or

systems."

Mechatronical Mechatron ical Secondary Vocational School (Budapest, School (Budapest, Hungary; source: EGK) "integration of mechanics, electronics and intelligent computer controlling in the field of planning and starting production and processes, where all the three subjects continuously help and increase each other's effects."





























•

(book)) Mechatronics - Electronics in produts and processes (book

"an integrating theme within the design process [combining] electronic engineering, computing and mechanical engineering"

•

book)) Mechatronics - Mechanical System Interfacing (book

"the application of complex decision making to the operation of physical systems"

•

book)) Mechatronics Engineering (book

"preplanned "preplanned activity to consider electrical, mechanical, and software constraints over the product life cycle in a simultaneous manner early in the development process"

•

North Carolina State University Course

"the synergistic intergration of precision mechanical engineering, electronic





























1.2 ÁREAS ESPECÍFI ESPECÍFICAS CAS DONDE DONDE SE USA LA MECATRÓNICA MECATRÓNICA

Una excelente representación simbólica de la Mecatró Mecatrónica nica es la del Dr. Kevin Craig, del Departamento de Ingeniería Mecánica Mecánica d e Renss Renss elaer elaer Polytechni Poly technicc Institute:

Este esquema ilustra la naturaleza integradora y multidisciplinaria de la Mecatrónica.





























1.3 ¿POR QUÉ MECATRÓNICA? MECATRÓNICA?

La Mecatrónica ha dado origen a la manufactura de una gran variedad de productos de uso diario, tanto en la industria como en el hogar. Algunos ejemplos de productos y procesos derivados derivados de un diseño mecatrónico son:

Suspensión automotriz inteligente Se ajusta a cargas desbalanceadas para

mantener

la

plataforma

nivelada durante las vueltas que da el vehículo, y a los caminos de superficie difícil para mantener una buena amortiguación.

Líneas de producción































Cámara con enfoque y exposímetro automáticos Para usarla se pone frente a lo que se quiere fotografiar y se oprime el botón. La cámara

ajusta

automáticamente

la

abertura y velocidad del obturador a fin de lograr la cantidad de luz que se requiere.































1.4 DISEÑO MECATRÓNICO

La sinergia y la integración son los elementos que distinguen a un diseño mecatrónico del diseño multidisciplinario convencional. Estos elementos de integración y sinergia en el diseño de procesos o productos se logran mediante un balance entre tres tipos de habilidades fundamentales de profesional mecatrónico: 

Habilidades de modelación y análisis .



Habilidades de experimentación e implementación mediante hardware.



Habilidades de trabajo en equipo.

En conclusión , podríamos afirmar que la Mecatrónica le da a los profesionistas una visión más amplia de cómo afrontar y resolver problemas de diseño de productos y /o procesos, así como también le permite generar más y mejores soluciones, soluciones , y finalmente le facilita la comunicación comunicac ión eficiente y el trabajo en equipo































UNIDAD 2 SERVOMECANISMOS INTRODUCCIÓN Un servomecanismo es un mecanismo capaz de devolver mediante un sensor su estado actual, de tal manera que el controlador pueda tomar las decisiones necesarias. Los servomecanismos más comunes utilizan un simple potenciómetro conectado al eje que se desea controlar.

OBJETIVO: Que el alumno alumno co mprenda y aplique aplique el concepto de servomecanismos

OBJETIVO Y CRITERIOS DE APRENDIZAJE APRENDIZAJE .1

Comprender a los servomecanismos como sistemas de realimentación

Página































2.1 2. 1

La definición de servomecanismos y su objetivo en un sistema de

contr ol de malla cerrada

En la ingeniería, la teoría de control se ocupa del comportamiento de sistemas dinámicos en un cierto tiempo. La salida deseada de un sistema se llama variable de referencia. Cuando unas o más variables de salida de un sistema necesitan demostrar cierto comportamiento en un cierto tiempo, los intentos de un regulador por manipular las entradas del sistema determinan el comportamiento en la salida del sistema. Por ejemplo un Control de travesía, en este caso, el sistema es un automovil. La meta del control de la travesía es conservar al automóvil a una velocidad constante. Así pues, la variable de salida del sistema es la velocidad del automóvi. Los medios primarios de controlar la velocidad del automóvi son la cantidad de combustible que es alimentado en el motor.































salida, el error e , para cambiar las entradas u al sistema bajo control P . Esta clase de regulador es regulador a circuito cerrado o regulador de la regeneración.

Un lazo lazo de cont rol simpl e de la regene regeneración ración

Si asumimos que el regulador C y la planta P es entrada lineal, tiempo-invariante y toda la sola, sola salida, podemos analizar este sistema usando la teoría de Laplace transformandolos en las variables. Esto nos da las relaciones siguientes: Y (s) = P (s) U (s) U (s) = C (s) E (s) E (s) = R (s) - Y (s)

Solucionando para Y (s) en la función de R (s), podemos definir y controlar la salida, es decir, el término se refiere como parte de la función de la transferencia

































Un término de la ingeniería para un dispositivo automáticamente de funcionamiento para la regulación variable de s de un sistema ' (s) actuado por la diferencia entre el valor real y deseado de tal variable

Los servomecanismos son sumamente utilizados en todo tipo de dispositivos y muy especialmente en robótica, ya que debido a su sencillez y confiabilidad son muy útiles para posicionar mecanismos. mecanism os. Si bien los motores a pasos son capaces de moverse en la dirección y grados solicitados con total precisión, estos no tienen la posibilidad de advertir si por algún motivo no han podido realizar el movimiento

































la desviación de un estado de la meta. La regeneración positiva aumenta la desviación de un estado inicial. (Umpleby )

La regeneración o la desviación negativa que reduce la regeneración disminuyen la entrada e intrínsecamente está estabilizando al sistema de control. Por ejemplo, el gobernador de un motor de vapor. La regeneración positiva o la regeneración que amplifica de la desviación aumenta la entrada y es intrínsecamente de desestabilización, explosiva o viciosa, Otro ejemplo es el crecimiento de una ciudad cuando más gente crea las nuevas oportunidades que alternadamente

































regeneración automática, involuntaria está ocurriendo constantemente también, controlando procesos tales como respiración, la circulación, la digestión, y el mantenimiento de la temperatura del cuerpo. La regeneración es una de las preocupaciones principales de la cibernética.

2.3 2. 3

Definir De finir la diferencia entre un servomecanismo y los controles de

proceso

































2.4 2. 4 De Definir finir la diferencia de un servomecanismo servomecanismo y los reguladores

Si los cambios variables (temperatura) de una entrada o de salida del ambiente y de la variable demanda del flujo en un sistema. El sistema puede compensar esos cambios con otra variable (tal como presión) entonces el sistema se dice ser regulado o para ser regulado para esa variable. Si la regulación es obtenida por una remuneración estática en la cual se introduzca cierto acoplamiento o componente que disminuye la sensibilidad para cambiar, entonces ésta es regulación estática (Ej., una escala del resorte se diseña con los materiales que compensan térmicamente al resorte contra cambio de temperatura; un motor de la

































Cualquier comportamiento sistemático de una porción de un sistema que tiende a restringir las fluctuaciones del comportamiento de una parte de ese sistema. Mientras que ambas piezas deben mentir en el mismo lazo de regeneración, la regulación implica esta asimetría básica: el regulador detecta y responde a las discrepancias de una cierta expectativa, que está de un ordinality más arriba que el comportamiento así determinado, y a él calcula acciones apropiadas que son guardadas de tal forma que el comportamiento

se regule dentro de límites

deseables. La parte regulada responde simplemente a la fuente de fluctuaciones y a la acción de regulación sin la información sobre las expectativas del regulador. El comportamiento del regulador es a menudo hard-wired, como en un termóstato,



































cd es un servo. Los servos se utilizan para operar las válvulas reguladoras de los motores que utilizan un control de travesía. Los sistemas simuladores de vuelo de avión utilizan los servos para asemejar las superficies de control que actuansobre

































UNIDAD 3 SERVOSISTEMAS

































TEMA 1 SERVOSISTEMA An tes qu e nad a es c on ven ien te d efini efi nirr el e l con c on cep to de SISTEMA:

































UNIDAD 4 SFA, SFF, SFIC

































GENERALIDADES SOBRE LOS SFA, SFF, SFIC Como punto de partida se debe considerar los NIVELES

DE



































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































Y además: a) k = r sen( β -90º )

y

b) g = r cos( β - 90º )

(6.23)

Para la posición c) es: (6.24)

= ε θ =

Para las posiciones en las cuales la rueda hace contacto con el arco K2K4, el radio r 1, distancia entre O y A2, coincide con la manivela y la distancia l coincide con la

biela, del mecanismo biela manivela de la figura (Fig.7.15c). Todas las ecuaciones para esta posición son similares a las dadas por las expresiones (6.9), (6.18) y (6.19), conteniendo r 1, l1 y r 1/l1 en lugar de r , l y r /l. La pieza empujada opone una fuerza resistente en dirección de OB2, teniendo la fuerza motriz, que realiza la leva sobre la pieza empujada, la dirección A1B2 siendo B

en este caso el ángulo ϕ que forma OB2 A1 , el ángulo de presión.

6.4. 6. 4.6 6 Leva de arco arco cir cular con pieza empu empujada jada en form a de placa (seta) (seta)

El perfil de esta leva se construye también con arcos de círculos, según se muestra en la figura (Fig.7.16), siendo éstos, el arco K0K2 con centro en A1 y el arco K2K4 con centro en A2. La figura (Fig.7.16a) muestra el contacto en el punto K1 para una posición angular ψ y una elevación x



























Para obtener la velocidad u de la pieza empujada, se deriva x dada por la (6.25) respecto del tiempo: dx

u = dt

= −r (− senψ )

d dt

(6.26)

Pero como es: ω =

d dt

(6.27)

Resulta, reemplazando dψ /dt por ω según la (6.26) en la (625) y operando, se obtiene: u

=

dx dt

= r ω sen senψ

(6.28)

Para hallar la aceleración c de la pieza empujada se deriva u dada por la expresión (6.28) con respecto al tiempo, y teniendo en cuenta además la (6.27), se obtiene:

c

=

2

d x 2

dt

= r ω cosψ

d ψ dt

= r ω 2 cosψ

(6.29)

En la posición indicada en la figura (Fig.7.16b), cuando la pieza empujada en el descenso hace contacto en K3, el desplazamiento x1 de la misma desde su posición más elevada, para un recorrido angular ψ 1 de la leva, será:



























Derivando x1 dada por la (6.31) respecto del tiempo, y teniendo en cuenta la (6.27), se obtiene para la velocidad u: dx

u = dt

= r 1 senψ 1

d ψ 1 dt

= r 1ω senψ 1

(6.31)

Para la aceleración c, de la misma manera, derivando u dada por la (6.31) respecto del tiempo, y teniendo en cuenta la (6.27), se llega a la expresión: c = 2

d x 2

dt

= r 1ω cosψ 1

d ψ 1 dt

= r 1ω 2 cosψ 1

(6.32)

6.5. 6. 5.7 7 Leva de lados recto s con pieza impu lsada con rueda r ueda de contacto

Se trata, según se muestra en la figura (Fig.7.17), de una leva cuyos lados K0K2 y K6K8 son rectos. El arco K2K4 es un

círculo con centro en A2, aplicándose a la elevación,

velocidad

y

aceleración

producidos en el desplazamiento de la pieza empujada en los puntos en contacto en esta zona de la leva, las expresiones vistas anteriormente. anteriormente. Para el tramo K0K2, según los triángulos OK0M y O1K1M, la elevación x está dada

por la expresión: x = r 0 secα 1 – r 0+r f f sec secα 1 – r f f

(6.33)



























Donde es α 1 la posición angular de la leva respecto del radio OK0 al comienzo de la elevación. Derivando x dada por (6.34) con respecto al tiempo, para hallar la velocidad u, y teniendo en cuenta que es: d α 1

ω =

dt

(6.35)

Se obtiene:

u

=

dx dt

r 0

=

+ r f tgα 1 cos α 1

(6.36)

La aceleración c, surge de derivar la expresión (6.36) que da la velocidad, respecto del tiempo y de considerar la (6.35): c=

2

d x 2

dt

= ω 2 (r 0 + r f )(sec 3 α 1 + tg 2α 1 sec α 1 )

(6.37)

Reemplazando las funciones trigonométricas por otras funciones que dan los mismos valores, se obtiene: c

=

2

d x 2

dt

=

ω 2 (r 0

+ r f )

cosα 1

(1 + 2tg 2α 1 )

(6.38)

De la figura 7.17 se obtienen además las siguientes relaciones: a) r 0 + L = r 1 + r n ;

b) r 0 = r n + r 1 cos β ; (6.39)

c) L = r ( 1- cos β ) )



























Cuando finaliza el contacto en la zona recta de la leva, en el punto K2, el ángulo es:

tgα 1

=

r 1 senβ r f

+ r 0

(6.41)

Desde el punto K2 hasta el punto K6, el movimiento es igual al ya analizado en leva de arco circular con rueda de contacto, y se rige por las relaciones vistas en dicho caso.





























UNIDAD

7

ENGRANAJES REDUCTOR INTRODUCCIÓN Uno de los problemas principales de la Ingeniería Mecánica es la transmisión de movimiento, movimiento , entre un conjunto motor y máquinas conducidas. Desde épocas muy remotas se han utilizado cuerdas y elementos fabricados de madera para solucionar los problemas de transporte, impulsión, elevación y movimiento. El inventor de los engranajes en todas sus formas fue Leonardo da Vinci, quien a su muerte en la Francia de 1519, dejó para nosotros sus valiosos dibujos y esquemas de muchas de los mecanismos que hoy utilizamos diariamente.

OBJETIVO: El alumno obtendrá los conocimientos necesarios del cálculo y diseño de mecanismos que utilizan engranes engranes para la transmisión d e movimiento

OBJETIVO Y CRITERIOS DE APRENDIZAJE APRENDIZAJE 7.1. Panorama general de engranes 7.2. Tipos de engranes

Página 68 69





























7.4.1 Calculo de reducción de velocidades y comprobación 7.5.1 Cálculo del diámetro de paso 7.6.1 Cálculo de trenes de engranajes 7.1.. 7.1

Panorama Panoram a gener general al de engr anes

La forma más básica de un engrane es una pareja de ruedas, una de ellas provistas de barras cilíndricas y la otra formada por dos ruedas unidas por barras cilíndricas. En la figura 7.1 se aprecia un mecanismo para repeler ataques enemigos, consiste de aspas al nivel del techo movidas por un eje vertical, unido a un "engranaje", el Fig. 7.1 Mecanism Mecanism o de d e engranes

movimiento lo producen soldados que

giran una rueda a nivel del piso y provocando que los enemigos que han alcanzado el techo sean expulsados. En este mecanismo se muestra la transmisión entre dos ejes paralelos, uno de ellos es el eje motor y el otro el eje conducido. Leonardo se dedica mucho a la creación de máquinas de guerra para la defensa y el ataque, sus materiales son madera, hierro y cuerdas las que se elaboran en





























Se puede deducir que la posición entre los ejes es de gran importancia al diseñar la transmisión. Las situaciones son principalmente tres: ejes paralelos, ejes que se cortan y ejes que se cruzan. Un ejemplo de esta última situación se aprecia en la figura 7.3, en donde una manivela mueve un elemento que llamaremos tornillo sin fin el que a su vez mueve la rueda unida a él. En este caso, el mecanismo se utiliza como tecle para subir

un balde. Los ejes se Fig. 7.3 Tornillo encuentran en una posición ortogonal, o sea, se cruzan a 90 ° Sinfín

Los engranes propiamente tales son ruedas provistas de dientes que posibilitan que dos de ellas se conecten entre sí. Leonardo nos entrega el siguiente esquema (Fig. 7.4) en donde se indican los tres diámetros que definen el tamaño del diente.

Fig. 7.4 Diámetros característicos de engranes

7.2. 7. 2.

Tipos de engranes

Los engranes se clasifican en tres grupos:





























Engranajes Engranajes Cilíndric os

Se fabrican a partir de un disco cilíndrico, cortado de una plancha o de un trozo de barra maciza redonda. Este disco se lleva al proceso de fresado en donde se retira parte del metal para formar los dientes. Estos dientes tienen dos orientaciones : dientes rectos (paralelos al eje) y dientes helicoidales (inclinados con respecto al eje). En las figuras 7.5 se muestran un par de engranajes cilíndricos y un engrane cilíndrico de diente helicoidal.





























Los engranajes de diente recto son más simples de producir y por ello mas baratos, la transmisión del movimiento se realiza por medio de los dientes, quienes se empujan sin resbalar. En el caso de los dientes helicoidales los dientes se empujan y resbalan entre sí, parte de la energía transmitida se pierde por roce y el desgaste es mayor. La ventaja de los helicoidales es la falta de juego entre dientes que provoca un funcionamiento silencioso y preciso. Los engranajes cilíndricos se aplican en la transmisión entre ejes paralelos y que se cruzan. En la figura 7.6 se aprecia una transmisión entre dos ejes que se cruzan, utilizando dos engranajes cilíndricos de diente helicoidal.

7.6 Transmisión para ejes que se cruzan con





























































El proceso de fabricación es el maquinado con fresas u otro mecanismo de corte, dependiendo del tamaño del engrane. En la figura 7.8 se aprecia un engrane cilíndrico de diente helicoidal de gran tamaño, durante el proceso de maquinado de dientes.































Engranajes Engranajes Cónico s

Se fabrican a partir de un trozo de cono, formándose los dientes por fresado de su superficie exterior. Estos dientes pueden ser rectos, helicoidales o curvos. Esta familia de engranajes soluciona la transmisión entre ejes que se cortan y que se cruzan. En las figuras 7.9 se aprecian un par de engranes cónicos para ejes que se cortan y un par de engranes cónicos hipoidales de diente curvo para ejes que se cruzan.































Tornillo sin fin y rueda helicoidal RICOS

Este mecanismo se compone de un tornillo cilíndrico o hiperbólico y de una rueda (corona) de diente helicoidal cilíndrica o acanalada. Es muy eficiente como reductor de velocidad, dado que una vuelta del tornillo provoca un pequeño giro de la corona. Es un mecanismo que tiene muchas pérdidas por roce entre dientes, esto obliga a utilizar metales de bajo coeficiente de roce y una lubricación abundante, se suele fabricar el tornillo (gusano) de acero y la corona de bronce. En la figura de la derecha se aprecia un ejemplo de este tipo de mecanismo. En la figura 7.10 se aprecia un gato de tornillo accionada por un mecanismo tipo tornillo sin fin y rueda helicoidal, creada a partir de los planos de Leonardo, una manivela manual gira el tornillo que mueve la rueda helicoidal, la cual tiene un agujero roscado con el cual se conecta al eje que sube el peso.































CREMALLERAS

Este mecanismo permite transformar movimiento circular en movimiento lineal para mover puertas, accionar mecanismos y múltiples aplicaciones en máquinas de producción en línea. En la figura 7.11 se muestra una cremallera conectada a un engrane cilíndrico de diente recto.

7.11. Cremalleras, para transformar un movimiento circular a lineal

































diámetro mayor de una vuelta, de esta forma se reduce la velocidad de giro. Para obtener grandes reducciones se repite este proceso colocando varios pares de engranes conectados uno a continuación del otro. Las figuras 7.12 muestran dos cajas de reductores con engranes cilíndricos y cónicos. Una de ellas tiene dos pares de engranajes cilíndricos de diente helicoidal (izquierda) y la otra posee además un par de engranajes cónicos de diente helicoidal (derecha).

































La figura 7.13 muestra una caja con engranes tipo tornillo sinfin y rueda helicoidal, como ya se dijo, este mecanismo es muy conveniente como reductor de velocidad en un solo paso. El tornillo o gusano se ubica en la parte inferior de la caja para asegurar una lubricación abundante.

































dientes pasan por in diente fijo. Un engrane con N 3 dientes engranados con el anterior harán consecuentemente N 2 / N3 revoluciones revoluciones durante el mismo intervalo.

Si ω2 y ω3 son las velocidades angulares respectivas de dos engranes, entonces; N impulsados 1 ) = N2 = 3 ( N motriz ϖ 3 N 2

ϖ 2

































Si se tienen dos engranajes 1 y 2 con velocidades de giro n1[ rpm]y n2 [rpm]se pueden obtener unas relaciones de gran utilidad. Si los dos engranes van a trabajar juntos, en una unidad de tiempo ambos recorren la misma cantidad de metros, por ejemplo en un minuto ambos recorren: n1 p Dp1 = n2 p Dp2 acomodando términos n1 / n2 = Dp2 / Dp1

































Se entregan a continuación los valores típicos para el módulo : Preferidos

2da Opción

1

1.125

1.25

1.375

1.5

1.75

2

2.25

2.5

2.75

3

3.5

4

4.5



































Los tamaños más utilizados para el Paso diametral son: Bastos

Finos

2

20

































Se diseñará a modo de ejemplo un par de engranes para una relación de transmisión de 2 : 1 con módulo 5. Se utilizarán 20 dientes en el piñón y por lo tanto 40 dientes en la corona. Los dientes de todo engrane se empujan en una dirección llamada línea de presión, línea de acción o generatriz, esta línea se

































Para generar las curvas evolventes en ambos engranajes se traza el círculo de base, concéntrico con el círculo de paso y tangente a la línea de presión. En la

































En nuestro ejemplo: a = 5, determinando un círculo de radio 55 para el piñón y de 105 para la corona. En la figura siguiente se aprecian estos círculos que determinan el largo de los dientes. Es importante notar que en el caso del piñón los tres círculos quedan bien separados y en el caso de la corona el círculo de

































Se limita la curva entre el círculo exterior y el círculo de base. La curva evolvente no puede trazarse debajo del círculo de base, por ello, el diente debe continuarse con una línea en dirección radial hasta cortar el círculo interior.



































































































































































































































































































































































































































































































































































































































Manual de Mecanismos u. Tec.de Puebla.

Recommend Documents