En la ingeniería mecánica , reacción , a veces llamado latigazo , juego , o de decantación , una holgura o movimiento perdido en un mecanismo causada por huecos entre las partes. Puede definirse como "la distancia o ángulo máximo a través del cual cualquier parte de un sistema mecánico puede moverse en una dirección sin aplicar fuerza o movimiento apreciables a la siguiente parte en secuencia mecánica". [1] p. 1-8 Un ejemplo, en el contexto de engranajes y trenes de engranajes, es la cantidad de espacio libre entre los dientes acoplados del engranaje. Se puede ver cuando se invierte la dirección del movimiento y se recupera el movimiento flojo o perdido antes de que se complete la inversión del movimiento. Se puede escuchar en los acoplamientos ferroviarios cuando un tren cambia de dirección. Otro ejemplo es en un tren de válvulas con empujadores mecánicos , donde es necesario un cierto rango de juego para que las válvulas funcionen correctamente.
Dependiendo de la aplicación, la reacción puede ser deseable o no. Es inevitable cierta cantidad de juego en casi todos los acoplamientos mecánicos de inversión, aunque sus efectos se pueden anular o compensar. En muchas aplicaciones, el ideal teórico sería cero holgura, pero en la práctica real se debe permitir cierta holgura para evitar atascos. [ cita requerida ] Las razones de la presencia de holgura o "juego" en los enlaces mecánicos que causan juego incluyen permitir la lubricación , errores de fabricación, deflexión bajo carga y expansión térmica . [ cita requerida ]
Engranajes
Los factores que afectan la cantidad de juego requerido en un tren de engranajes incluyen errores en el perfil, paso, grosor de los dientes, ángulo de hélice y distancia entre centros, y excentricidad . Cuanto mayor sea la precisión, menor será la reacción necesaria. El contragolpe se crea más comúnmente al cortar los dientes más profundamente en los engranajes que la profundidad ideal. Otra forma de introducir juego es aumentando las distancias centrales entre los engranajes. [2]
El juego debido a cambios en el grosor de los dientes se mide típicamente a lo largo del círculo primitivo y se define por:
dónde:
= juego debido a modificaciones del grosor de los dientes | ||
= espesor de diente en el círculo primitivo para un engranaje ideal (sin holgura) | ||
= espesor real del diente |
El juego, medido en el círculo primitivo, debido a modificaciones del centro de operación se define por: La velocidad de la máquina. El material en la máquina
dónde:
= juego debido a modificaciones de la distancia del centro de operación | ||
= diferencia entre las distancias reales e ideales del centro operativo | ||
= ángulo de presión |
La práctica estándar es tener en cuenta la mitad del juego en el grosor de los dientes de cada engranaje. [ cita requerida ] Sin embargo, si el piñón (el más pequeño de los dos engranajes) es significativamente más pequeño que el engranaje con el que está engranando, entonces es una práctica común tener en cuenta todo el juego en el engranaje más grande. Esto mantiene la mayor fuerza posible en los dientes del piñón. [2] La cantidad de material adicional que se extrae al hacer los engranajes depende del ángulo de presión de los dientes. Para un ángulo de presión de 14,5 °, la distancia adicional en la que se mueve la herramienta de corte es igual a la cantidad de juego deseado. Para un ángulo de presión de 20 °, la distancia es igual a 0,73 veces la cantidad de juego deseado. [3]
Como regla general, el juego medio se define como 0,04 dividido por el paso diametral ; siendo el mínimo 0,03 dividido por el paso diametral y el máximo 0,05 dividido por el paso diametral . [3]
En un tren de engranajes , el juego es acumulativo. Cuando se invierte un tren de engranajes, el engranaje impulsor se gira una distancia corta, igual al total de todos los juegos, antes de que el engranaje impulsor final comience a girar. En salidas de baja potencia, la reacción da como resultado un cálculo inexacto debido a los pequeños errores introducidos en cada cambio de dirección; a grandes salidas de potencia, el juego envía choques a todo el sistema y puede dañar los dientes y otros componentes. [ cita requerida ]
Diseños anti-retroceso
En ciertas aplicaciones, el juego es una característica indeseable y debe minimizarse.
Trenes de engranajes donde el posicionamiento es clave pero la transmisión de potencia es ligera
El mejor ejemplo aquí es un dial de sintonización de radio analógica donde se pueden realizar movimientos de sintonización precisos tanto hacia adelante como hacia atrás. Los diseños de engranajes especializados lo permiten. Uno de los diseños más comunes divide el engranaje en dos engranajes, cada uno de los cuales tiene la mitad del grosor del original.
Una mitad del engranaje está fijada a su eje, mientras que la otra mitad del engranaje puede girar sobre el eje, pero precargada en rotación por pequeños resortes helicoidales que hacen girar el engranaje libre en relación con el engranaje fijo. De esta manera, la compresión del resorte hace girar el engranaje libre hasta que se ha eliminado todo el juego en el sistema; los dientes del engranaje fijo presionan contra un lado de los dientes del piñón mientras que los dientes del engranaje libre presionan contra el otro lado de los dientes del piñón. Cargas menores que la fuerza de los resortes no comprimen los resortes y sin espacios entre los dientes para ser recogidos, se elimina el juego.
Tornillos de cabeza donde el posicionamiento y la potencia son importantes
Otra área donde la reacción es importante son los tornillos de avance . Nuevamente, como en el ejemplo del tren de engranajes, el culpable es la pérdida de movimiento cuando se invierte un mecanismo que se supone que transmite el movimiento con precisión. En lugar de dientes de engranaje, el contexto son roscas de tornillo . Los ejes de deslizamiento lineales (carros de máquina ) de las máquinas herramienta son una aplicación de ejemplo.
La mayoría de los deslizadores de máquinas durante muchas décadas, y muchos incluso hoy en día, han sido superficies de cojinetes lineales de hierro fundido simples (pero precisas) , como un deslizamiento de cola de milano o de caja, con un tornillo de avance Acme . Con una simple tuerca, es inevitable que se produzca una reacción violenta. En las máquinas herramienta manuales (no CNC ), el medio de un maquinista para compensar el juego es acercarse a todas las posiciones precisas utilizando la misma dirección de desplazamiento, es decir, si han estado marcando a la izquierda y luego quieren moverse a un punto hacia la derecha, se moverán hacia la derecha más allá de ella, a continuación, marcar de nuevo hacia la izquierda a la misma; En ese caso, las configuraciones, enfoques de herramientas y trayectorias de herramientas deben diseñarse dentro de esta restricción. [ cita requerida ]
El siguiente método más complejo que la tuerca simple es una tuerca partida , cuyas mitades se pueden ajustar y bloquear con tornillos, de modo que los dos lados se muevan, respectivamente, contra la rosca hacia la izquierda y el otro lado se mueva hacia la derecha. Observe la analogía aquí con el ejemplo del dial de radio que usa engranajes divididos, donde las mitades divididas se empujan en direcciones opuestas. A diferencia del ejemplo del dial de radio, la idea de la tensión del resorte no es útil aquí, porque las máquinas herramienta que realizan un corte ejercen demasiada fuerza contra el tornillo. Cualquier resorte lo suficientemente ligero como para permitir el movimiento del deslizamiento permitiría el traqueteo del cortador en el mejor de los casos y el movimiento del deslizador en el peor. Estos diseños de tornillos de avance de tuerca dividida ajustados con tornillos no pueden eliminar todo el juego en la corredera de una máquina a menos que estén tan ajustados que el recorrido comience a atascarse. Por lo tanto, esta idea no puede obviar totalmente el concepto de enfoque siempre desde la misma dirección; Sin embargo, la reacción se puede mantener en una pequeña cantidad (1 o 2 milésimas de pulgada o), lo que es más conveniente, y en algunos trabajos no precisos es suficiente para permitir "ignorar" la reacción, es decir, diseñar como si no hubiera ninguno. Los CNC pueden programarse para utilizar el concepto de aproximación siempre desde la misma dirección, pero esa no es la forma normal en que se utilizan hoy en día [ ¿cuándo? ] , porque las tuercas divididas anti-retroceso hidráulico y las formas más nuevas de husillo de avance que el Acme / trapezoidal, como los husillos de bolas de recirculación , eliminan eficazmente el retroceso. [ cita requerida ] El eje puede moverse en cualquier dirección sin el movimiento de ir más allá y regresar.
Los CNC más simples, como microlathes o conversiones de manual a CNC, que utilizan accionamientos de tuerca y tornillo Acme, se pueden programar para corregir el juego total en cada eje, de modo que el sistema de control de la máquina moverá automáticamente la distancia adicional. necesario para tomar el relevo cuando cambia de dirección. Esta "compensación de holgura" programática es una solución económica, pero los CNC de grado profesional utilizan los variadores de eliminación de holgura más costosos mencionados anteriormente. Esto les permite realizar contornos 3D con una fresa de punta esférica, por ejemplo, donde la fresa se desplaza en muchas direcciones con rigidez constante y sin retrasos. [ cita requerida ]
En las computadoras mecánicas se requiere una solución más compleja, a saber, una caja de cambios frontal . [4] Esto funciona girando un poco más rápido cuando se invierte la dirección para "agotar" la holgura del juego.
Algunos controladores de movimiento incluyen compensación de holgura. La compensación se puede lograr simplemente agregando un movimiento de compensación adicional (como se describió anteriormente) o detectando la posición de la carga en un esquema de control de circuito cerrado . La respuesta dinámica de la reacción en sí, esencialmente un retraso, hace que el bucle de posición sea menos estable y, por lo tanto, más propenso a la oscilación .
Juego mínimo
El juego mínimo es el juego transversal mínimo en el círculo de paso de operación permitido cuando el diente del engranaje con el mayor grosor de diente funcional permitido está en malla con el diente del piñón que tiene su mayor grosor de diente funcional permitido, a la distancia entre centros más ajustada permitida, en condiciones estáticas.
El juego mínimo se define como la diferencia entre el juego máximo y mínimo que se produce en una revolución completa del mayor de un par de engranajes acoplados. [5]
Aplicaciones
Los acoplamientos de engranajes que no son de precisión utilizan un juego para permitir una ligera desalineación angular. Sin embargo, el juego no es deseable en aplicaciones de posicionamiento de precisión como mesas de máquinas herramienta. Puede minimizarse mediante características de diseño más estrictas, como tornillos de bolas en lugar de tornillos de avance , y mediante el uso de cojinetes precargados. Un rodamiento precargado utiliza un resorte u otra fuerza de compresión para mantener las superficies del rodamiento en contacto a pesar de la inversión de dirección.
Puede haber un retroceso significativo en las transmisiones no sincronizadas debido al espacio intencional entre los engranajes en los embragues de garras . El espacio es necesario para que el conductor o la electrónica puedan engranar los engranajes fácilmente mientras sincronizan la velocidad del motor con la velocidad del eje de transmisión. Si hubiera un espacio más pequeño, sería casi imposible engranar los engranajes porque los dientes interferirían entre sí en la mayoría de las configuraciones. En las transmisiones sincronizadas, synchromesh resuelve este problema.
Ver también
- Lista de nomenclatura de artes
- Accionamiento armónico
Referencias
- ^ Bagad, VS (2009). Mecatrónica (cuarta edición revisada). Pune: Publicaciones técnicas. ISBN 9788184314908. Consultado el 28 de junio de 2014 .
- ^ a b Backlash (PDF) , archivado desde el original (PDF) el 2010-02-09 , consultado el 2010-02-09 .
- ^ a b Jones, Franklin Day; Ryffel, Henry H. (1984), Diseño de engranajes simplificado (3ª ed.), Industrial Press Inc., p. 20, ISBN 978-0-8311-1159-5.
- ^ Adler, Michael, Meccano Frontlash Mechanism , archivado desde el original el 2010-02-09 , consultado el 2010-02-09 .
- ^ Nomenclatura de engranajes, definición de términos con símbolos . Asociación Estadounidense de Fabricantes de Engranajes . pag. 72. ISBN 1-55589-846-7. OCLC 65562739 . ANSI / AGMA 1012-G05.