CESDE

TECNICO EN MECATRONICA

SUBMODULO

ANALISIS MECATRONICO

DISEÑO DE CAJA DE REDUCCIÓN DE VELOCIDADES

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1. INTRODUCCIÓN

El diseño mecánico constituye uno de los pilares de la ingeniería mecánica. Su importancia radica en que cualquier estructura o máquina (y sus componentes) debe ser ideado de forma tal que, además de cumplir con normas y estándares internacionales, debe realizar su función eficazmente, dentro de rangos que incluyen el nivel de confiabilidad, seguridad y eficiencia de producción. Diseñar implica tener en cuenta muchos criterios. Estos criterios están basados principalmente en mediciones experimentales y en los factores de seguridad, que no es más que una medida de cuantas veces por encima de lo calculado puede ser confiable un elemento.

Cualquiera pensaría “se pueden hacer mecanismos y estructuras que tengan factores de seguridad altos para que no ‘falle’ por ningún motivo”; allí es donde sale a flote una de las premisas del ingeniero mecánico: el sobre-diseño es tan pésimo como un diseño que falle en condiciones normales de trabajo. La pericia del diseñador le permite tener consideraciones de seguridad y al mismo tiempo trabajar dentro del concepto de optimizar el diseño. La optimización involucra consideraciones económicas y al mismo tiempo parámetros de “practicidad de un diseño”.

Las consideraciones económicas son de vital importancia. Tener en cuenta los tamaños que son estándares en el mercado, el uso de un rango amplio de tolerancias y pensar en que tanto puede valer el procesamiento de los materiales, son sin duda las bases para equilibrar costos con un diseño eficiente. La practicidad de un diseño incluye factores como: manufactura fácil, flexibilidad en las modificaciones y el mantenimiento fácil.

Uno de los primeros pasos de ese largo camino de diseño, es ese conjunto de suposiciones que se hacen después de tener ideas bien fundamentadas de lo que se quiere crear. El ingeniero se destaca por hacer suposiciones, con el fin de simplificar los modelos o abordar fácilmente los problemas.

El proceso de diseño es de mucho cuidado porque deben realizarse demasiados cálculos. Anteriormente esta tarea laboriosa, de calcular y volver a calcular, la hacía una persona o incluso varias. Hoy día, gracias a herramientas computacionales llamadas software de ingeniería, los cálculos pueden ser llevados a cabo con mayor rapidez y eficiencia, razón por la cual se han vuelto imprescindibles para el ingeniero.

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Con mucha frecuencia en las aplicaciones industriales, es necesario trabajar a velocidades bajas y no a las que está diseñado el motor, por lo que se requieren máquinas llamadas reductores de velocidad que hagan esta transición del motor a la máquina que interviene en el proceso. Este mecanismo de adaptación, está compuesto principalmente de ejes, engranes y rodamientos.

La idea de este trabajo es precisamente aplicar lo dicho anteriormente: realizar un buen proceso de diseño de un sistema de reducción de velocidad, utilizando herramientas computacionales como Solid Edge, MDesign, Excel (programa de tornillería), AutoCAD Mechanical.

1. DESARROLLO DEL DISEÑO DE LA CAJA REDUCTORA

Los siguientes parámetros son los especificados por el profesor

Tabla 1. Datos de Entrada

POTENCIA (HP)

RPM ENTRADA

RELACIÓN TOTAL DE

VELOCIDADES

CHOQUE DURACIÓN (HORAS)

16 3450 9 BAJO 25000

1.1CÁLCULO DEL PRIMER PAR DE ENGRANAJES

a) Se abre Solid Edge 17 y se selecciona conjunto:

b) A continuación se busca el Handbook haciendo clic en :

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c) Se selecciona la norma (en este caso ANSI) y luego se hace doble clic en Spur gearing.

d) Aparece un cuadro y seleccionamos la opción Engineer:

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e) Luego se activa la opción del ángulo de hélice y se ingresa 25º:

f) Se ingresan los datos mostrados en la Tabla 1: rpm de entrada, de salida y potencia. Para ello deben estar activados las opciones Speed y Power.

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g) Se deja un ángulo de presión de 20º:

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h) Se selecciona el material de los engranajes haciendo click en el ícono :

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Quedando:

Se selecciona el tipo de choque y se ingresa el número de horas vida:

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i) Se hace click en Open with default browser para mostrar los resultados:

j) Los resultados para el primer par de engranajes son:

Se generan los resultados para el primer par de engranajes.

De esta tabla se requieren los siguientes datos:

Diámetro primitivo (para calcular el diámetro del eje). Ancho de cara de los engranajes (para calcular las chavetas). Fuerzas axial, radial y tangencial (para calcular los esfuerzos y reacciones en

los soportes – rodamientos -).

k) Por último se muestran las opciones para generar los engranajes. Se selecciona el engranaje deseado y se hace click en Finish:

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4.2. CÁLCULO DEL SEGUNDO PAR DE ENGRANAJES

Para el diseño del segundo y tercer eje es necesario conocer las fuerzas ejercidas en el último par de engranajes. Para saber la magnitud de estas fuerzas, se siguen todos los pasos anteriores a excepción del paso f) en donde se modifican las RPM

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