CAJA REDUCTORA.

CESDE
TECNICO EN MECATRONICA
SUBMODULO
ANALISIS MECATRONICO
DISEÑO DE CAJA DE REDUCCIÓN DE
VELOCIDADES
1
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.
2
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
16
3450
RELACIÓN
CHOQUE
TOTAL DE
VELOCIDADES
9
BAJO
DURACIÓN
(HORAS)
25000
1.1 CÁLCULO 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
:
3
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:
4
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.
5
g) Se deja un ángulo de presión de 20º:
6
h) Se selecciona el material de los engranajes haciendo click en el ícono
:
7
Quedando:
Se selecciona el tipo de choque y se ingresa el número de horas vida:
8
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:
9
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
10