INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO

MESA DE CORTE PARA VIDRIO DE 3 GRADOS DE LIBERTAD

TESIS QUE PARA OBETENER EL TÍTULO DE:

INGENIERO EN ROBÓTICA INDUSTRIAL P

R

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S

E

N

T

A

N:

GALVÁN OROZCO JOSÉ ANTONIO GARCÍA PIMENTEL EVERARDO GRACÍA RAMIREZ ROBERTO SANCHEZ LOZANO JESÚS

MEXICO DF A 20

DE NOVIEMBRE D E 2007

INDICE

MESA DECORTE PARA VIDRIO

ÍNDICE CAPITULO I “ESTADO DEL ARTE”

INTRODUCCION 1.1 EL VIDRIO …………………………………………………………………………2 1.1.1

HISTORIA DE EL VIDRIO…………………………………………….………2

1.1.2

FABRICACION DEL VIDRIO…………………………………………………3

1.1.3

PROPIEDADES…………………………………………………………………7

1.1.4

USOS…………………………………………………………………………...12

1.1.5

TIPOS DE VIDRIO…………………………………………………………….12

1.2 CORTE DE VIDRIO…………………………………………………………….....15 1.2.1

CORTE MANUAL……………………………………………………………..15

1.2.2

CORTE SEMIAUTOMÁTICO…………………………………………...……18

1.2.3

CORTE AUTOMÁTICO……………………………..………………………..21

1.3 FILOSOFÍA DEL DISEÑO……………………………………...………………...27 1.4 SUMARIO………………………………………………………………………….31 CAPITULO II “GENERALIDADES”

2.1 MOTORES ELÉCTRICOS……………………………………………………….31 2.1.1 CLASIFICACIÓN………………………………………………………………35

2.2 NEUMÁTICA……………………………………………………………………..39 2.2.1 ACTUADORES NEUMÁTICOS……………………………………………….41 2.2.2 VÁLVULAS……………………………………………………………………..47 2.2.3 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA NEUMÁTICA…………………….....50

2.3 TRANSMISIONES DE POTENCIA………………………………………………51 2.3.1 ACOPLAMIENTOS……………………………………………………………..51

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MESA DECORTE PARA VIDRIO

2.4 CINEMATICA DE MANIPULADORES CONFIGURACION CARTESIANA…68 2.5 CONTROL DE MÁQUINAS……………………………………………………...69 2.5.1 CONTROLADORES SECUENCIALES………………………………………..69 2.5.2CONTROLADORES PROGRAMABLES…………………………………….....69 2.5.3 VENTAJAS DEL USO DEL CONTROL NUMÉRICO………………………71 2.6 ACTUADORES LINEALES ELÉCTRICOS……………………………………...73 2.7 SUMARIO………………………………………………………………………….74 CAPITULO III “DISEÑO MECÁNICO”

3.1 DISEÑO DE LA MESA (BASE)…………………………………………………..77 3.1.1 CÁLCULO DE LA SOLDADURA……………………………………………...78 3.1.2 CALCULO DEL ESPESOR DE LA PLACA DE LA MESA…………………...81 3.2 DISEÑO DEL ACTUADOR ELECTRICO “A”………………………………….85 3.2.1 DISEÑO DE LA TRANSMISIÓN ……………………………………………...86 3.2.2 DISEÑO DEL EJE GUIA DEL ACTUADOR “A”……………………………...93 3.2.3 DISEÑO DE EJES PARA POLEA………………………………………………98 3.2.4 SELECCIÓN DE RODAMIENTOS PARA EJES DE POLEAS………….…...102 3.2.5 DISEÑO DE LOS BUJES………………………………………………………104 3.2.6 DISEÑO DE CUÑAS…………………………………………………………...107 3.3 DISEÑO DEL ACTUADOR ELECTRICO “B”………………………………...109 3.3.2 DISEÑO DEL EJE GUIA ACTUADOR DE 4 m………………………………110

3.4 CORTADOR…………………………………………………………………...…115

3.4 SUMARIO………………………………………………………………………...116

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CAPITULO IV “CONTROL”

4.1 INTRODUCCIÓN………………………………………………………………...117 4.2 ARRANQUE, PARO E INVERSION DE GIRO DE LOS MOTORES PARA LOS ACTUADORES ELECTRICOS……………………………………………………...117 4.3 CONTROL DE VELOCIDAD DE LOS MOTORES…………………………….121 4.4 CONVERTIDOR ANALÓGICO DIGITAL……………………………………...124 4.4

INTERFAZ DE COMUNICACIÓN PIC 16F877-PC……………………….126

4.5

IMPLEMENTACIÓN DE SOFTWARE……………………………………...127

4.5.1 CARACTERISTICAS DEL SOFTWARE……………………………………128 4.6 SUMARIO………………………………………………………………………...130

CAPITULO V “ANALISIS DE COSTOS”

5.1 INTRODUCCIÓN………………………………………………………………...131 5.1.1 EL PRECIO DE VENTA Y SU DETERMINACIÓN………………………….131

5.2 LA RUTA CRÍTICA……………………………………………………………..131 5.2.1 VENTAJAS DEL METODO DE LA RUTA CRÍTICA………………………..131 5.2.2 PRINCIPALES COMPONENTES DEL MÉTODO DE LA RUTA CRÍTICA..132 5.2.3 DESARROLLO DEL MÉTODO DE LA RUTA CRÍTICA…………………...133 5.2.4 RUTA CRÍTICA PARA EL PROCESO INVESTIGACIÓN…………………..133

5.4 COSTOS Y PRESUPUESTOS…………………………………………………...137 5.4.1 ANÁLISIS DE TRES COMPONENTES DE LA MESA DE CORTE PARA VIDRIO……………………………………………………………………………….138 5.5 SUMARIO……………………………………………………………………...…145 ANEXOS…………………………………………………………………………..….146 PLANOS……………………………………………………………………………...154

JUSTIFICACION

MESA DE CORTE PARA VIDRIO

JUSTIFICACION Las pequeñas y medianas empresas (Pymes) podrían consolidarse en el mercado y lograr un crecimiento sostenido si algunas de ellas contarán con ciertos insumos o herramientas importadas. Sin embargo, muchas carecen de capital fresco o no tienen acceso a esquemas preferenciales de financiamiento para su operación básica, investigación o búsqueda y diseño de tecnologías que les permitan ser competitivas.

Quienes trabajan con vidrio, destinado a acabados arquitectónicos, decorativos o de mobiliario, sólo tienen dos opciones de herramientas para hacer trazos y cortes a dicho material. Una que sólo permite trazos rectos, resulta simple y económica; la otra, corresponde a máquinas muy sofisticadas, con las que se pueden elaborar cortes angulados, pero que por sus costos elevados son inaccesibles para la mayoría de Pymes.

Sí podemos desarrollar una máquina y sus herramientas para el corte de vidrio, que permita hacer tanto trazos rectos como de ángulos complejos a un precio razonable entonces este instrumento representará una opción real ante las alternativas sofisticadas disponibles en el mercado. La justificación de una cortadora automatizada depende de varios factores: volumen, calidad, mano de obra, costo de equipo, seguridad, etc.

Las cortadoras, además del alto precio que tienen dichas máquinas, también se suma el costo de las herramientas necesarias para su operación, lo que las hace poco rentables para las Pymes que ven limitado su campo de acción y servicio a clientes. Con base en esta premisa, comenzaremos a analizar las distintas herramientas que el mercado brinda para trabajar los cortes de material cristalino. Por lo tanto eligiendo un cortador de carburo de tungsteno podemos aplicarle un recubrimiento que le proporcione dureza extra y, por ende, mayor duración.

Al tener listo el cortador de tungsteno endurecido, comenzaremos a diseñar la máquina con un especial apoyo del académico. Esta máquina, podrá hacer cortes rectos y de ángulos complejos en vidrio a precios razonables.

JUSTIFICACION

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JUSTIFICATION

For the small and medium companies, might be consolidated on the market and achieve a supported growth if some of them will possess (rely on) certain inputs or imported tools. Nevertheless, many people lack the fresh capital or do not have access to preferential schemes of financing for his basic operation, investigation or search and design of technologies that allow them to be competitive.

Those who work with glass, destined to ended architectural, decorative or of furniture, only have two options of tools to do outlines and cuts to the above mentioned material. One that only allows straight outlines, turns out to be simple and economic; other one, it corresponds to very sophisticated machines, with which cuts can be elaborated angles, but that for his high costs are inaccessible for the majority for the small and medium companies. If we can develop a machine and his tools for the glass cut, which allows to do so much straight outlines since from complex angles to a reasonable price at the time this instrument will represent a real option before the sophisticated available alternatives on the market. The justification of an automated cutting machine depends on several factors: volume, quality, manpower, cost of equipment, safety, etc..

The cutting machines, besides the high price that the above mentioned machines have, also there adds the cost of the tools necessary for his operation, which makes them slightly profitable for the small and medium companies that come limited his field of action and service to clients. With base in this premise, we will begin to analyze the different tools that the market offers to work the cuts of crystalline material. Therefore choosing a cutter of carbide of tungsten we can apply to him a cover that provides hardness to him extra and, although, more duration. On having had ready the cutter of hard tungsten, we will begin to design the machine with a special support of the teachers.

This machine, it will be able to do straight cuts and of complex angles in glass to reasonable prices.

El cabezal de corte con desplazamientos manuales sobre dos ejes es controlado por dos visualizadores electrónicos de alta precisión. La máquina es muy adecuada para cristalerías con productividad limitada o como soporte para máquinas o líneas automáticas. Características principales Volteo neumático del plano de trabajo Cojín de aire en el plano de trabajo Barra para tronzar en x e y accionadas neumáticamente

Visualizadores electrónicos en x e y Alineadores neumáticos lubricación automática de herramienta de corte regulación neumática de presión de corte doble cero para el corte de vidrio laminar

Datos técnicos espesor del vidrio 2-15 mm dimensión max. de hojas 2.550 x 3.300 mm precisión de corte +/- 0,35 mm dimensiones externas 3.000 x 4.000 mm peso total 1.200 kg potencia instalada 1 kw

CAPÍTULO I ESTADO DEL ARTE

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Figura 1.10 mesa semiautomática.

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Mesa semiautomática controlada por un posicionador cuota y servomotor con

magneto (fig.1.10). La máquina de fácil uso, permite a través de un teclado con símbolos colocado sobre el puente de corte la introducción de datos. Características principales memorización de la cuota búsqueda del inicio de hoja automático velocidad de corte regulable lubricación y movimiento automático del cabezal doble cero para el corte del laminar mando a pedal para tronzadores y cojín de aire foto célula de seguridad señalador de anomalías y mal funcionamiento 1

CAPÍTULO I ESTADO DEL ARTE

MESA DE CORTE PARA VIDRIO

posibilidad de instalar ordenador con programa de optimización Datos técnicos Espesor del vidrio 2-19 mm. dimensión máx. de hojas 2.550 x 3.300 mm. precisión de corte +/- 0,35 mm. dimensión externa 3.000 x 4.000 mm. peso total 1200 Kg. potencia instalada. 2 Kw

1.2.3 CORTE AUTOMÁTICO El corte automático es realizado por maquinas que por medio de un programa o software efectúan la acción automáticamente con una mejor precisión, rapidez y calidad.

En la actualidad existen diferentes maquinas automáticas en la industria, un ejemplo de éstas son:

Figura 1.11 mesa automática

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CAPÍTULO I ESTADO DEL ARTE



MESA DE CORTE PARA VIDRIO

Máquina controlada mediante un ordenador para el corte de vidrio de 2 a 19 mm.

(fig.1.11). Las características principales son: facilidad de uso, robustez y precisión. La máquina esta dotada de un ordenador con programa de optimización e impresora que permite controlar la maquina hasta 200 mts. de la mesa gracias a la transmisión vía cable. Características principales ordenador, programa de optimización e impresora búsqueda del inicio de hoja automático velocidad de corte regulable lubricación y movimiento automático del cabezal doble cero para el corte del laminar mando a pedal para tronzadores y cojín de aire foto célula de seguridad señalador de anomalías y mal funcionamiento

Datos técnicos Espesor del vidrio 2-19 mm dimensión max de hojas 2.550 x 3.300 mm precisión de corte +/- 0,35 mm dimensiones externas 3.000 x 4.000 mm peso total 1.200 kg potencia instalada 2 kw

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CAPÍTULO I ESTADO DEL ARTE

MESA DE CORTE PARA VIDRIO

FIGURA 1.12 Mesa modular de 3 ejes para corte con plasma y oxicorte. Tecoi 3020. La mesa de corte modelo 3020 es de la marca Tecoi (fig.1.12). Se trata de una mesa modular de 3 ejes para corte con plasma y oxicorte. En cuanto a su rendimiento, su diseño modular le permite la posibilidad de ampliar la longitud de la zona de corte. En cuanto a su precisión, la consigue gracias a la doble motorización en los extremos del pórtico para el eje X. Para la flexibilidad, el pórtico elevado a 200 mm de altura de corte útil permite realizar variedad de trabajos, como el corte de piezas planas o con volumen. Para su fiabilidad dispone de un control electrónico de altura que permite la detección y el seguimiento continuo de la superficie de corte. Para la seguridad tiene el sistema de prevención de colisiones.

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CAPÍTULO I ESTADO DEL ARTE

MESA DE CORTE PARA VIDRIO

Sistema electromecánico para el bloqueo de la máquina ante posibles impactos de la antorcha. Dislocación amortiguada frente a impactos. Para la estabilidad, aislamiento del área de trabajo: bancada exterior con sistema de guiado y tracción. Mesa inferior independiente con rejilla de trabajo y extracción de gases. Para la comodidad, los cajones son extraíbles, lo que permite fácil retirada de recortes, sin interrumpir el trabajo de la máquina. En cuanto a robustez dispone de un sistema de guiado y tracción totalmente cubierto con una larga vida útil. Finalmente, la versatilidad de la máquina la aporta el corte de la chapa perforada, trayectorias abiertas, biselados,interiores,etc. La zona útil de trabajo es de 3.100x2.150 mm. La altura de corte útil es de entre 0 hasta 200 mm. La precisión en el posicionamiento es de ±0,1 mm. Su velocidad máxima es de 1 m/s. Incluye un CNC con el software de corte, que permite la comunicación con la oficina técnica. Opcionalmente dispone del módulo de calderería.

Figura 1.13 mesa de corte de vidrio lamicut

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CAPÍTULO I ESTADO DEL ARTE

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Características de la mese de corte Lamicut (fig. 1.13) Corte y separación eficientes y precisos de vidrio laminado, vidrio flotante y vidrios especiales, con decapado de bordes opcional Desarrollo automático de los procesos de corte en X, Y y Z Elevada productividad con máximo rendimiento del vidrio Construcción compacta, que ahorra espacio Perfecto concepto de manipuleo que trata cuidadosamente el vidrio Posibilidades flexibles de producción sin necesidad de efectuar modificaciones en la máquina Ideal para altas capacidades de producción Otros Tipos De Mesas De Corte

Figura 1.14 mesa de corte universal smart_cut.

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CAPÍTULO I ESTADO DEL ARTE

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Características de la mesa de corte universal smart_cut (fig. 1.14) Calidad excelente en el corte para espesores de vidrio de 2 a 19 mm Ideal para el corte en producciones medias, especiales y sustituciones Aplicaciones universales, operaciones simples Mínimo espacio requerido Opciones versátiles como por ejemplo decapado de bajos emisivos (low-E) y software disponible Calidad Bystronic con una relación de primera clase entre precio y producción

Figura 1.15 mesa de corte smartlamicut.

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CAPÍTULO I ESTADO DEL ARTE

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Figura 1.16 mesa de corte router.

1.3 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Las pequeñas y medianas empresas (Pymes) podrían consolidarse en el mercado y lograr un crecimiento sostenido si algunas de ellas contarán con ciertos insumos o herramientas importadas. Sin embargo, muchas carecen de capital fresco o no tienen acceso a esquemas preferenciales de financiamiento para su operación básica, investigación o búsqueda y diseño de tecnologías que les permitan ser competitivas.

1.3.1 NECESIDAD Quienes trabajan con vidrio, destinado a acabados arquitectónicos, decorativos o de mobiliario, sólo tienen dos opciones de herramientas para hacer trazos y cortes a dicho material. Una que sólo permite trazos rectos, resulta simple y económica; la otra, corresponde a máquinas muy sofisticadas, con las que se pueden elaborar cortes angulados, pero que por sus costos elevados son inaccesibles para la mayoría de Pymes.

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CAPÍTULO I ESTADO DEL ARTE

MESA DE CORTE PARA VIDRIO

1.4 OBJETIVO GENERAL Desarrollar una máquina y sus herramientas para el corte de vidrio, que permita hacer tanto trazos rectos como de ángulos complejos a un precio razonable, así este instrumento representaría una opción real ante las alternativas sofisticadas disponibles en el mercado.

1.5 OBJETIVOS PARTICULARES 1. Desarrollar una máquina con tecnología nacional, que sea competitiva ante las diferentes cortadoras ya existentes. 2. Conocimiento técnico y científico de los componentes mecánicos, eléctricos y electrónicos que integrarán la cortadora de vidrio. 3. Cálculo y diseño de cada elemento que será parte de la máquina a partir de los requerimientos de diseño. 4. Análisis de costos de cada componente y de la construcción de la cortadora, verificando que dicho valor final, sea el idóneo para satisfacer nuestro objetivo general. 5. Construcción de la máquina. 1.5.1 REQUERIMIENTOS DE DISEÑO

Nuestros requerimientos de diseño serán: Vidrio: 

Longitud máxima 4 m



Ancho máximo 3 m



Espesor máximo 0.015 m



Peso máximo 162 kg

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CAPÍTULO I ESTADO DEL ARTE

MESA DE CORTE PARA VIDRIO

Mesa: 

Longitud máxima 3 m



Ancho máximo 2.5 m



Peso 400 kg aprox.



Precisión +/ - 0.35 mm



Movimiento en ejes x, y ,z

METAS DE DISEÑO 

Cortes con precisión de +/- 0.35 mm



Cortes curvilíneos con un radio máximo de 1.20 m



Tiempo de corte máximo 1.5 min en cortes longitudinales



Cortador de carburo de tungsteno

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CAPÍTULO I ESTADO DEL ARTE

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1.6 ORGANIZACIÓN DE LA TESIS Esta tesis esta compuesta por una serie de capítulos a través de los cuales podremos dar solución a cada uno de nuestros objetivos particulares. En el capítulo I, Estado del Arte, se habla sobre todo lo ya existente de nuestro proyecto en el mundo industrial; como lo es: el vidrio, sus propiedades y los diferentes tipos de mesas de corte. Con ello tendremos una visión más exacta y precisa de lo que habremos de desarrollar; así mismo se le dará solución a nuestro primer objetivo. Desarrollando el capítulo II, Generalidades, podremos darle solución al segundo objetivo particular, ya que en este capítulo se mostrarán las diferentes ciencias, conocimientos y técnicas que se deben conocer para resolver el problema en cuestión. La parte central de esta tesis, es el cálculo y diseño de cada componente que integrará la cortadora de vidrio, así como el control de dicha máquina; estos aspectos serán vistos en el capítulo III, Diseño mecánico y capítulo IV, Diseño electrónico. Por último para cumplir nuestro objetivo general, tenemos que asegurarnos que el precio de nuestro producto sea menor al de una máquina importada y por lo tanto accesible a las pequeñas y medianas empresas. Para verificar esto último, contamos con el capítulo V, Costos.

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CAPÍTULO I ESTADO DEL ARTE

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1.7 SUMARIO

EL VIDRIO El vidrio es un material duro, frágil y transparente que ordinariamente se obtiene por fusión a unos 1.500 ºC de arena de sílice (SiO2), carbonato sódico (Na2CO3) y caliza (CaCO3). Su primer uso, que se remonta a tiempos muy antiguos, era para objetos de bisutería. Añadiéndole diversos minerales durante el fundido se obtenían cuentas de diferentes colores. En la Antigua Roma se inventó el soplado, técnica que permitió la elaboración de recipientes e, incluso, de láminas para ventanas. Al principio de la industria del vidrio, las únicas materias primas que se utilizaban en su fabricación eran las arcillas. En la actualidad se emplean distintas mezclas para obtener diferentes tipos. Por ejemplo, los bloques de vidrio se fabrican en moldes con una mezcla de arena de sílice, cal y sosa, y se les añade dolomita, arcilla de aluminio y productos para el refinado. Hoy en día muchos materiales desempeñan un papel importante, pero las arcillas siguen siendo fundamentales. Una clasificación geológica es la más conveniente en el caso de la arcilla, pues puede ser una guía preliminar útil de las materias primas empleadas en la industria del vidrio. Asimismo pueden dividirse en dos grandes grupos: las primarias y las secundarias El éxito en la manufactura del vidrio radica en controlar la temperatura del proceso, para regular las fuerzas internas que lo hacen quebradizo. Estas fuerzas internas también se aprovechan para producir vidrio de extrema dureza y resistencia si se emplea la técnica del templado. Templar un vidrio es someterlo a un calentamiento controlado y después enfriarlo rápidamente. Generalmente, cuando pensamos en el vidrio nos imaginamos un sólido con una rigidez y elasticidad comparables a las del acero, pero con ciertas propiedades mecánicas que limitan sus aplicaciones; como por ejemplo que no tiene ductibilidad, ya que no se deforma a temperatura ambiente, y que si tratamos de cambiar su forma aplicando una fuerza, lo único que logramos es que se rompa. En realidad es un material duro pero frágil al mismo tiempo, y algo que refuerza esa debilidad es la presencia de imperfecciones superficiales, como astilladuras o ranuras.

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CAPÍTULO I ESTADO DEL ARTE

MESA DE CORTE PARA VIDRIO

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CAPÍTULO I ESTADO DEL ARTE

MESA DE CORTE PARA VIDRIO

USOS El vidrio es ampliamente utilizado en múltiples aspectos de la vida humana, los usos más comunes son como contenedor de alimentos, bebidas u otro tipo de sustancia (como las utilizadas en laboratorios químicos); en la construcción como es el caso de ventanas y elementos arquitectónicos diversos tanto ornamentales como funcionales; para fabricación de aisladores en la industria eléctrica y para fines puramente ornamentales entre otros usos. Existe a su vez diferentes tipos de vidrio que de acuerdo a sus características y especificaciones pueden seleccionarse, estos pueden ser, Vidrio Curvado, Vidrio Estirado, Vidrio Flotado, Vidrio Fundido, Vidrio Horneado, Vidrio Laminado, Vidrio Soldado, y Vidrio Vertido.

CONTROL Desde el punto de vista teórico, la Ingeniería de Control se empieza a consolidar cuando se produce el traslado y aplicación de los conocimientos adquiridos en los problemas de amplificación de señales a los problemas de control industrial. Desde el punto de vista del desarrollo de las técnicas de diseño de control automático, el principal resultado de este gran esfuerzo y experiencia fue extender rápidamente la utilización de las ideas de respuesta en frecuencia a todos los campos y producir así una teoría unificada y coherente para los sistemas realimentados con un único lazo.

CORTE DE VIDRIO Para realizar el corte de un vidrio se tiene que tomar en cuenta el espesor de éste; los vidrios utilizados para cuadros tienen espesores de 0,9 a 1,5 mm, los utilizados en ventanas son de 1,8 a 6,5 mm. Aunque dichas cantidades pueden variar.

El corte de vidrio se puede llevar a cabo por 3 tipos de proceso, manual, semiautomático y automático, los cuales de acuerdo a las necesidades de diseño habrá de seleccionarse para llevar a cabo dicho proceso.

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EN EL SIGUIENTE CAPÍTULO SE MOSTRARAN LAS DIFERENTES CIENCIAS, CONOCIMIENTOS, TÉCNICAS Y TEMAS QUE SE DEBEN CONOCER PARA PODER RESOLVER EL PROBLEMA EN CUESTIÓN.

CAPÍTULO II

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GENERALIDADES

De acuerdo a lo ya establecido en el capítulo I, Estado del arte, para la realización de las metas y objetivos ya establecidos podemos plantear la necesidad de abordar diferentes temas que son básicos y primordialmente necesarios para la realización, cumplimiento y satisfacción de nuestra necesidad básica, que es el diseño de una mesa de corte para vidrio. Los diferentes temas de estudio serán abordados en este capítulo. Para poder atacar nuestro problema necesitamos conocer acerca de: Motores eléctricos Neumática Transmisiones de potencia Electrónica de potencia Cinemática y dinámica de manipuladores cartesianos Procesos de corte Control de máquinas Debido a que todos estos aspectos son fundamentales para la solución, realización y diseño de una maquina cortadora de vidrio de tres grados de libertad. Una vez comprendidos y manejados estos aspectos podremos entonces comenzar con los cálculos y dibujos necesarios para la elaboración de la mesa de corte.

2.1 MOTORES ELÉCTRICOS Un motor eléctrico es un dispositivo rotativo que transforma energía eléctrica en energía mecánica. En diversas circunstancias presenta muchas ventajas respecto a los motores de combustión [Gallegos R.2000]. A igual potencia, su tamaño y peso son más reducidos. Se pueden construir de cualquier tamaño. Tiene un par de giro elevado y, según el tipo de motor, prácticamente constante. Su rendimiento es muy elevado (típicamente en torno al 80%, aumentando el mismo a medida que se incrementa la potencia de la máquina). 34

CAPÍTULO II

MESA DE CORTE PARA VIDRIO

GENERALIDADES

La gran mayoría de los motores eléctricos son máquinas reversibles pudiendo operar como generadores, convirtiendo energía mecánica en eléctrica. Por estos motivos son ampliamente utilizados en instalaciones industriales y demás aplicaciones que no requieran autonomía respecto de la fuente de energía, dado que la energía eléctrica es difícil de almacenar. La energía de una batería de varios kilos equivale a la que contienen 80 gramos de gasolina. Así, en automóviles se están empezando a utilizar en vehículos híbridos para aprovechar las ventajas de ambos.

2.1.1 CLASIFICACIÓN Los motores se dividen en dos grandes grupos: motores de corriente continua (CC) y motores de corriente alterna (CA), y estos a su vez contienen distintos tipos de motores, lo anterior se apreciara mejor en el siguiente cuadro sinóptico:

Cuadro 2.1 Clasificación de los motores eléctricos 35

CAPÍTULO II

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GENERALIDADES

MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA Motor Serie El motor serie es aquel que su devanado de campo se conecta en serie con la armadura. El devanado del inductor es relativamente de pocas espiras y calibre suficiente para permitir que pase la corriente de régimen que requiere el inducido, que normalmente es demasiado grande comparándola con la que absorben los otros motores de CC [Gallegos, 1999]. Motor Paralelo Al motor paralelo también se le conoce con el nombre de motor en derivación y se conecta el inductor en paralelo con la bobina del inducido de tal forma que la intensidad de corriente que las recorre es independiente; la corriente de excitación que pasa por la bobina de campo paralelo normalmente es controlada por reóstato de campo [Gallegos, 1999]. Motor Compuesto Si al motor paralelo se le conecta otra bobina de campo en serie con la armadura, se convierte en un motor compuesto, la bobina de campo paralelo se puede conectar antes o después de la bobina de campo serie, si se conecta antes de la bobina de campo serie entonces al motor se le conoce como paralelo corto y si la bobina de campo paralelo se conecta después de la de campo serie, se le denomina paralelo largo [Gallegos, 1999]. MOTORES DE CORRIENTE ALTERNA Los motores de corriente alterna están formados por dos partes principales: 1. El estator es la parte externa del motor que no gira. Esta consta de embobinados, que al ser alimentados por corriente alterna, generan un campo magnético rotativo. 2. El rotor es la parte del motor que gira, debido a la acción del campo magnético rotativo del estator.

Motores Asíncronos Los motores asíncronos son aquellos que trabajan por efectos de inducción debido a ello reciben el nombre de motores de inducción. El nombre de asíncronos (sin sincronismo) se debe a que el estator (inductor), produce un campo magnético giratorio cuya velocidad es mayor que el que 36

CAPÍTULO II

MESA DE CORTE PARA VIDRIO

GENERALIDADES

origina el rotor y no marcha a la misma velocidad por lo tanto no están en sincronismo debiendo a ello el nombre de asíncronos; la diferencia de velocidades se le llama deslizamiento [Gallegos, 2000]. Motores síncronos Los motores síncronos (con sincronismo), son aquellos en donde el campo magnético giratorio que produce el inductor (estator) y el que origina el rotor (inducido), giran a la misma velocidad y por lo mismo, marchan alineados y no existe deslizamiento y por lo tanto se dice que están en sincronismo. Se caracterizan por trabajar simultáneamente con corriente alterna y con corriente continua, está le sirve para excitar el devanado del rotor [Gallegos 2000]. La velocidad de giro de un motor síncrono es constante y viene determinada por la frecuencia de la tensión de la red a la que este conectada y el número de pares de polos del motor, siendo conocida esa velocidad como "velocidad de sincronismo". La expresión matemática que relaciona la velocidad de la máquina con los parámetros mencionados anteriormente es:

(2.1)

Donde: f: Frecuencia de la red a la que esta conectada la máquina (Hz). p: Número de pares de polos que tiene la máquina (número adimensional. n: Velocidad de sincronismo de la máquina (RPM).

Motores Monofásicos Los motores monofásicos se alimentan a base de dos hilos, uno de fase y uno neutro, normalmente trabajan a 127.5 volts y durante su funcionamiento emplean un solo devanado de trabajo, algunos otros, utilizan además otro devanado llamado de arranque. Todos los motores monofásicos tienen su devanado de trabajo similar y actúan por efectos de inducción, excepto el motor universal. 37

CAPÍTULO II

MESA DE CORTE PARA VIDRIO

GENERALIDADES

Cualquiera que sea el tipo del motor de corriente alterna, requiere para su funcionamiento como condición necesaria, que establezca o desarrolle en el entre-hierro, un campo magnético de tipo giratorio, es decir, que no este estático. Algunos tipos de motores monofásicos son: Motores de fase partida de arranque a resistencia Motores de fase partida de arranque a resistor Motores de capacitor permanente Motores de doble capacitor Motores de polos sombreados Motores de arranque a repulsión Motor Universal. Los motores monofásicos requieren de dispositivos o de devanados auxiliares para crear el campo magnético giratorio, condición básica para accionar a los motores de corriente alterna; no son de capacidad muy grande si no mas bien son fraccionarios, menores de un H P generalmente, su uso más frecuente es en actividades del tipo doméstico y se arrancan directamente a tensión plena [Gallegos, 2000]. Motores trifásicos

Figura 2.1 Estatores 38

CAPÍTULO II

MESA DE CORTE PARA VIDRIO

GENERALIDADES

Los motores trifásicos no importando el tipo clase o marca, tienen en su estator (inductor) tres devanados monofásicos separados entre sí 120º eléctricos y espaciados simétricamente alrededor de la parte interna de la carcaza (fig. 2.1). [Gallegos R.2000]

Figura 2.2 Devanados Cada devanado monofásico corresponde a una fase, está representado por un arrollamiento en motores trifásicos de seis terminales, en motores de nueve y doce terminales se tienen dos arrollamientos por fase como se muestra en la figura 2.2 [Gallegos, 2000].

2.2 NEUMÁTICA La neumática constituye una herramienta muy importante dentro del control automático en la industria, enumeramos aquí los conceptos más importantes destinados a la elaboración de nuestro proyecto. El aire comprimido es una de las formas de energía más antiguas que conoce el hombre y aprovecha para reforzar sus recursos físicos. El aire comprimido, aire a presión superior a una atmósfera. Puede emplearse para empujar un pistón, como en una perforadora neumática; hacerse pasar por una pequeña turbina de aire para mover un eje, como en los instrumentos odontológicos o expandirse a través de una tobera para producir un chorro de alta velocidad, como en una pistola para pintar. El aire comprimido suministra fuerza a las herramientas llamadas neumáticas, como perforadoras, martillos, remachadoras o taladros de roca. También se utiliza para la utilización de ventosas. 39

CAPÍTULO II

MESA DE CORTE PARA VIDRIO

GENERALIDADES

En la actualidad, ya no se concibe una moderna explotación industrial sin el aire comprimido. Este es el motivo de que en los ramos industriales más variados se utilicen aparatos neumáticos.

ACCIONAMIENTOS NEUMÁTICOS. Los accionamientos neumáticos se utilizan como mando y control de algún sistema de trabajo. Estos sistemas de mando, control y trabajo, generalmente constan de 6 niveles [Hasembrik, 1990], que se deben colocar en el siguiente orden: - Fuente de alimentación general, cuya nomenclatura numérica nos viene dada por: 0.1, 0.2, etc. Que corresponde a las tuberías de servicio, y las unidades de tratamiento del aire en el puesto de trabajo (filtro - regulador - engrasador). - Emisores de señal, que pueden ser de avance (emiten una señal para que el actuador avance), cuya nomenclatura numérica nos viene dada por: 1.2, 1.4, etc.; o de retroceso (emiten una señal para que el actuador retroceda), cuya nomenclatura numérica nos viene dada por: 1.3, 1.5, etc. Todos estos elementos corresponden a válvulas distribuidoras, accionadas de diferente modo. - Lógica de mando, cuya nomenclatura numérica nos viene dada por: 1.6, 1.8, etc.; es decir, es el número par consecutivo, al último que corresponda al emisor de señal. Se utilizan dos tipos de válvulas, que realizan la función lógica “Y” ó “O”. La válvula lógica Y, solo da señal de salida si recibe dos señales de entrada a la vez. La válvula lógica O, solo da señal de salida, si recibe una sola señal. - Elementos de mando principales, cuya nomenclatura numérica nos viene dada por: 1.1, 2.1, 3.1, etc. Estos elementos corresponden a válvulas distribuidoras, accionadas en general o neumáticamente o eléctricamente. - Control de velocidad, que pueden ser para controlar la velocidad de avance del actuador, cuya nomenclatura numérica nos viene dada por: 1.02, 1.04, etc.; o para controlar la velocidad de retroceso del actuador, caso más común, cuya nomenclatura numérica nos viene dada por: 1.01, 1.03, etc. Están compuestos por dos tipos de elementos: reguladores de caudal y escapes libres. 40

CAPÍTULO II

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GENERALIDADES

- Actuadores, es el elemento que realizará el trabajo mecánico, cuya nomenclatura numérica nos viene dada por: 1.0, 2.0, etc.. Pueden ser cilindros (de simple o doble efecto), y motores neumáticos rotativos.

2.2.1 ACTUADORES NEUMÁTICOS. La energía del aire comprimido se transforma, por medio de los cilindros, en un movimiento alternativo lineal, y con ayuda de motores neumáticos en movimiento de giro.

Figura 2.3 Cilindro De Simple Efecto. Cilindros de simple efecto. Estos cilindros tienen solamente una conexión de aire comprimido (fig.2.3). No pueden realizar trabajo más que en un sentido; el retorno del vástago se realiza por un muelle incorporado, o por una fuerza externa [Boix 1993]. Normalmente el resorte interno es dimensionado de manera que vuelva el vástago lo más rápidamente posible a su posición inicial. Para este tipo de cilindro las carreras no sobrepasan los 100 mm. Se utilizan para trabajos simples, como sujeción de piezas, expulsión, alimentación, etc. Los tipos más comunes son: -

Cilindro de simple efecto de émbolo:

Son como los del laboratorio. La estanqueidad entre el émbolo y el cilindro se consigue mediante una junta de perbunan. Existen ejecuciones especiales, como que el aire comprimido efectúe el retorno del vástago a su posición inicial, y salga debido al resorte. Este último tipo se aplica cuando existe riesgo de una 41

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interrupción brusca del aire comprimido, como por ejemplo en los frenos de camiones o trenes, si falta suministro de aire comprimido, automáticamente frenan. -

Cilindro de simple efecto de membrana:

Una membrana de plástico, caucho o metal reemplaza al émbolo, y el vástago es reemplazado por la propia superficie de la membrana. Debido a ello, no existen rozamientos. Se aplica principalmente para sujeción de piezas y prensas de embutición. -

Cilindro de simple efecto de membrana arrollable:

También poseen un rozamiento casi nulo, y tienen la ventaja sobre el tipo anterior que puede tener carreras más largas (hasta aproximadamente 50 – 80 mm).

Figura 2.4 Cilindro De Doble Efecto

Cilindros de doble efecto. Estos cilindros tienen dos conexiones de aire comprimido (Fig.2.4). La fuerza ejercida por el aire comprimido hace que salga el émbolo, y también que se retraiga el émbolo. Es decir, se dispone de fuerza útil tanto a la ida como a la vuelta [Boix 1993].

La carrera sólo está limitada por los efectos de pandeo. Los tipos más comunes son: -

Cilindro de doble efecto de émbolo:

Lo dicho anteriormente. -

Cilindro de doble efecto de émbolo con amortiguación interna:

Cuando las masas trasladadas por estos cilindros son importantes, para evitar choques fuertes repentinos de la cabeza del vástago sobre la masa a mover (lo que puede provocar deterioros 42

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prematuros en los objetos a trasladar), se utiliza el sistema de amortiguación regulable, que entra en acción momentos antes de alcanzar el final de carrera [Boix 1993].

Este sistema está constituido principalmente por una estrangulación regulable en un solo sentido que reduce la sección de paso del escape del aire contenido en la cámara. El aire almacenado es comprimido en la última parte de la cámara del cilindro, y la sobre presión así creada tiene por efecto absorber una parte de la energía. El émbolo es frenado y llega lentamente a su posición extrema. En el momento de la inversión el aire penetra en el cilindro a través del antirretorno y comienza rápidamente su desplazamiento, las fuerzas disponibles son las máximas. [Hasembrik 1990]. Las ejecuciones de esta amortiguación que se puede encontrar en el mercado son las siguientes: Amortiguación en los dos lados, no regulable. Amortiguación posterior no regulable. Amortiguación posterior regulable. Amortiguación en los dos lados regulables.

-

Cilindro con doble vástago:

Es un cilindro, que como indica el nombre tiene dos vástagos, y las fuerzas en ambos sentidos será la misma ya que el área en donde se aplica la presión del aire comprimido es la misma. Se utilizan cuando se utilizan levas o finales de carrera mecánicos y no hay espacio suficiente para colocarlos en el lado del vástago que produce trabajo. También, se utilizan, cuando es necesario trabajar por las dos caras del cilindro [Hasembrik 1990]. -

Cilindro de doble efecto tipo tandem:

Es un cilindro compuesto por dos cilindros de doble efecto acoplados en serie. Aplicando simultáneamente presión sobre los dos émbolos se obtiene una fuerza casi el doble a la de un cilindro del mismo diámetro. 43

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Se utiliza cuando se necesitan fuerzas considerables, y existe un espacio insuficiente para colocar cilindros de diámetro superior [Boix 1993].

-

Cilindros de doble efecto multiposicionales:

Este está compuesto por dos o más cilindros de doble efecto. Los diferentes cilindros están acoplados en serie. Según la posición de trabajo que se requiera al vástago actúa uno y/u otro cilindro. Cuando se unen dos cilindros con dos carreras diferentes podemos obtener 4 posiciones diferentes de posición del vástago [Boix 1993]. -

Cilindro de doble efecto para impacto:

Es un cilindro con la cámara anterior (entrada de aire para la carrera de trabajo) con un pequeño orificio, el émbolo por este mismo lado posee una junta que coincide con dicho orifico. Por otra parte la cámara posterior es del tipo convencional. Su funcionamiento es el siguiente: cuando existe aire comprimido en las dos cámaras, debido a la mayor sección de la cámara posterior, una presión menor será capaz de sostener el émbolo en la posición retraído, cuando desciende a un nivel mínimo, cuando el escape este abierto de la cámara posterior, el aire comprimido de la cámara anterior vencerá el espacio para la separación de la junta, aplicándose entonces plena presión a la superficie del émbolo en la cámara anterior, con la ventaja adicional de estar carente de aire a presión la cámara posterior; con lo que se consigue una enorme aceleración y con ello velocidades del orden de 7,5 a 10 m/s, cuando lo normal es de 0,1 a 1 m/s, con lo que posee una enorme energía cinética y por tanto fuerzas muy elevadas. Se utiliza para el prensado, estampado, etc. [Boix 1993]. -

Cilindro de doble efecto tipo cable:

Es un cilindro de doble vástago donde los vástagos son sustituidos por un cable, el cual se encuentra guiado por sus correspondientes poleas. Su trabajo siempre es de tracción. Se utiliza para apertura y cierre de puertas. Tiene dimensiones reducidas y carreras largas.

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Elementos neumáticos que trabajan con movimiento de giro (cilindros neumáticos).

Son una serie de cilindros de doble efecto cuyo movimiento longitudinal es transformado en un movimiento de giro (rotativo) a través de diferentes dispositivos mecánicos [Boix 1993]. Dentro de estos podemos destacar: -

Cilindro giratorio con engranajes.

Es un cilindro de doble efecto cuyo vástago tiene una cremallera que engrana con un piñón, que transforma el movimiento lineal en un movimiento rotativo en el sentido mandado por el cilindro. Los ángulos de giro pueden ser de 45, 90, 180, 270 hasta 720 º (2 vueltas). Se utiliza para regulación en sistemas de climatización, mando de válvulas de cierre, giro de piezas, doblado de tubos, etc. -

Cilindro de émbolo giratorio:

Es un tipo de émbolo muy poco utilizado en neumática, debido a la dificultad de mantener una buena estanqueidad, el movimiento angular está limitado a los 300. Elementos neumáticos que trabajan con movimiento de giro (motores neumáticos) [Boix 1993].

Estos elementos transforman directamente la energía del aire comprimido en un movimiento rotativo (de giro mecánico). Según su concepción se distinguen: Motores de émbolo. Motores de paletas. Motores de engranajes. Turbomotor axial. Turbomotor radial. 45

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Las características generales que tienen estos tipos de actuadores son las siguientes: -

Regulación continua de la velocidad de rotación y del par.

-

Reducido peso y dimensiones.

-

Gran fiabilidad.

-

Insensibilidad a las condiciones ambientales (temperatura, polvo, suciedad, etc.).

-

No existe peligro de explosión.

-

Amplio rango de velocidades.

-

Prácticamente no le hacen falta mantenimiento.

Motores de émbolo. Por medio de cilindros con movimiento alternativo, el aire acciona, a través de la biela, el árbol de transmisión del motor. Con la finalidad de evitar en lo posible vibraciones, así como el par sea lo más constante posible se disponen normalmente de varios cilindros. La potencia del motor está en función de la presión de entrada, de la cantidad de cilindros y de su superficie. El sentido de giro es fijo. La velocidad máxima es de aproximadamente 5000 revoluciones / minuto, y la potencia puede variar entre 1,5 y 19 kW (de 2 a 25 C.V.).

Motores de paletas. El principio de funcionamiento es igual, pero al revés, del comentado para los compresores de aire de este tipo. Un rotor excéntrico lleva un cierto número de paletas que se deslizan y son oprimidas contra la pared interna por la fuerza centrífuga, realizando así la estanqueidad de las cámaras. En otros tipos las paletas son oprimidas por la acción de unos muelles. En general poseen de 3 a 10 paletas, que crean las cámaras en el interior del motor. En general tienen doble sentido de giro. La velocidad del rotor varía de 3000 a 8500 r.p.m., y la potencia varía de 0,1 a 17 kW (de 0,1 a 24 C.V.). 46

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Motores de engranajes. En este otro tipo, el momento de rotación es engendrado por la presión que ejerce el aire sobre los flancos de los dientes de dos engranajes que engranan uno con el otro, uno de ellos es solidario al árbol motor.

2.2.2 VÁLVULAS.

Las válvulas comandan e influyen sobre el flujo del medio presurizado. Ellas guían al medio dosificado y en el momento correcto hacia los componentes que realizan el trabajo (actuadores) [Hasembrik 1990].

Son los elementos de información y órganos de mando de los sistemas neumáticos y son los que modulan las fases de trabajo de las máquinas y dispositivos. Las válvulas mandan la puesta en marcha, paro, sentido, presión y caudal del aire comprimido. Dependiendo de su función específica (según normas DIN 24300 y recomendaciones de CETOP) podemos clasificarlas en:

-

Válvulas distribuidoras, controlan el inicio, parada y dirección del medio

presurizado. -

Válvulas de bloqueo, bloquean el flujo del aire en un sentido y lo liberan en sentido

contrario. -

Válvulas de caudal, controlan la velocidad del fluido presurizado.

-

Válvulas de presión, influyen sobre la presión del medio presurizado o bien se

controlan con esta presión. -

Válvulas de cierre, son las válvulas que dejan o no pasar al medio presurizado (llaves

de paso). 47

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Válvulas distribuidoras. La misión que se encomienda a las válvulas distribuidoras dentro de un sistema neumático, es la de mantener o cambiar, según unas órdenes o señales recibidas, las conexiones entre los conductos a ellos conectados, para obtener unas señales de salida de acuerdo con el programa establecido [Hasembrik 1990]. De acuerdo con su uso, los distribuidores pueden dividirse en los siguientes grupos. a) Distribuidoras de potencia o principales. Su función es la de suministrar aire directamente a los actuadores neumáticos y permitir el escape de aire de estos elementos. b) Distribuidores finales de carrera. Estas válvulas abren o cierran pasos de aire para accionar otros mecanismos de control (como los distribuidores de potencia). c) Distribuidores auxiliares. Estos se utilizan para dirigir convenientemente las señales de aire.

Para llevar a cabo la elección de una válvula neumática se siguen los siguientes criterios de selección: -

Número de vías y posiciones.

-

Sistemas de accionamiento.

-

Características de caudal.

Las válvulas se designan por dos números, por ejemplo 3/2. Estos indican que la válvula tiene 3 vías y 2 estados [Hasembrik 1990]. El símbolo de la válvula indica los dos estados.

Figura 2.5 Ejemplo De Una Válvula 5/2 48

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Tiene 5 vías y 2 posiciones. Cuando la válvula es pulsada la vía 1 es conectada a la vía 4 (también la vía 2 se conecta a la vía 3).

Figura 2.6 Retorno De Una Válvula 5/2 Cuando retorna a su estado normal gracias al muelle la vía 1 se conecta a la vía 2 (también la vía 4 se conecta a la vía 5) (Fig. 2.6).

Figura 2.7 Símbolos De Operadores Neumáticos

Figura 2.8 Símbolos De Válvulas 5/3 49

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Figura 2.9 Símbolos De Componentes Lógicos

Figura 2.10 Símbolos De Acondicionadores De Línea

2.2.3 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA NEUMÁTICA Ventajas de la Neumática El aire es de fácil captación y abunda en la tierra El aire no posee propiedades explosivas, por lo que no existen riesgos de chispas. Los actuadores pueden trabajar a velocidades razonablemente altas y fácilmente regulables 50

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El trabajo con aire no daña los componentes de un circuito por efecto de golpes de ariete. Las sobrecargas no constituyen situaciones peligrosas o que dañen los equipos en forma permanente. Los cambios de temperatura no afectan en forma significativa. Energía limpia Cambios instantáneos de sentido

Desventajas de la neumática En circuitos muy extensos se producen pérdidas de cargas considerables Requiere de instalaciones especiales para recuperar el aire previamente empleado Altos niveles de ruido generados por la descarga del aire hacia la atmósfera Las presiones a las que trabajan normalmente, no permiten aplicar grandes fuerzas.

2.3 TRANSMISIONES DE POTENCIA Todos los días, los constructores de máquinas y los profesionales de mantenimiento tienen el desafío de diseñar, reparar o mejorar las unidades de transmisión de potencia mecánica. Con cientos de opciones y configuraciones disponibles, esta tarea puede ser abrumadora. La transferencia del torque mediante dispositivos mecánicos se logra con cadenas, bandas, engranes, coples y productos relacionados. 2.3.1 ACOPLAMIENTOS Están disponibles una amplia diversidad de acoplamientos comerciales para flechas, que van desde acoplamientos rígidos simples con cuña, hasta diseños elaborados que utilizan engranes, elastómeros o fluidos para transmitir el par de torsión de una flecha a otra, o a otros dispositivos, en presencia de diversos tipos de desalineación, Los acoplamientos se pueden agrupar de manera muy general en dos categorías, los rígidos y los elásticos. En este contexto los elásticos significan que el acoplamiento puede consentir algo de desalineación entre las dos flechas y los rígidos implican que no se permite ninguna desalineación entre las flechas conectadas [Mott, 1998]. 51

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ACOPLAMIENTOS RÍGIDOS Los acoplamientos rígidos fijan las dos flechas, sin permitir ningún movimiento relativo entre ambas, aunque durante el ensamble es posible algo de ajuste axial. Se emplean cuando la precisión y la fidelidad de la transmisión del par de torsión es de primerísima importancia, como cuando debe mantenerse con precisión la relación de fase entre dispositivo propulsor y dispositivo, propulsado, La maquinaria para producción automatizada impulsada por flechas de líneas largas por esta razón a menudo utiliza acoplamientos rígidos entre secciones de la flecha. Los servomecanismos también necesitan conexiones sin juego en el tren de transmisión. En contrapartida está el hecho que debe ajustarse con mucha precisión la alineación de los ejes de las flechas acopladas, a fin de evitar la introducción de fuerzas laterales y momentos de importancia al fijar el acoplamiento en su lugar [Mott,1998].

Figura 2.11 Varios Tipos Y Tamaños De Acoplamientos Rígidos Para Flecha La Figura 2.11 muestra algunos ejemplos de acoplamientos rígidos comerciales. Hay de tres tipos generales, acoplamientos con prisionero, acoplamientos con cuña y acoplamientos a presión. ACOPLAMIENTOS CON PRISIONERO Llevan un prisionero duro que se introduce a presión en la flecha, para transmitir a la vez el par de torsión y las cargas axiales. No se recomiendan, salvo en aplicaciones con cargas muy ligeras, porque se pueden aflojar con la vibración. [Norton, 1997] 52

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ACOPLAMIENTOS CON CUÑA Llevan cuñas estándar, como fueron vistas en una sección anterior, y pueden transmitir un par de torsión sustancial. Se suele combinar un prisionero con una cuña a 90°. Para una sujeción correcta contra la vibración, se usan prisioneros con extremo en forma de taza, para que ésta se incruste en la flecha. Para mayor seguridad, la flecha deberá tener una depresión, con una perforación de poca profundidad bajo el tomillo prisionero, a fin de proporcionar una interferencia mecánica contra el deslizamiento axial, en vez de basarse en fricción [Norton,1997].

ACOPLAMIENTOS POR SUJECIÓN

Figura 2.12 Un Acoplamiento De Bloqueo Por Conicidad Se fabrican en varios diseños, siendo el más común el de acoplamiento de una o dos piezas divididas, que se fijan alrededor de ambas flechas y que transmiten el par de torsión por fricción, según se mostró en la Figura 2.11. Un acoplamiento de bloqueo con cuña lleva un collarín dividido cónico, que es apretado entre flecha y carcaza de acoplamiento ahusada, para sujetar la flecha como se observa en la Figura 2.12.[Mott,1998].

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ACOPLAMIENTOS ELÁSTICOS

Figura 2.13 Tipos De Desalineación En Flecha

Una flecha, como cuerpo rígido, tiene seis grados de libertad potenciales respecto a una segunda flecha. Sin embargo, por razones de simetría, solo nos preocupan cuatro de estos grados de libertad. Son la desalineación axial, angular, paralela y torsional, como se muestra en la Figura 2.13. Éstas pueden ocurrir de manera individual o en combinación y pueden estar presentes en el ensamble debido a tolerancias de fabricación, o pueden ocurrir durante la operación debido a los movimientos relativos entre ambas flechas. La línea de transmisión final de un automóvil tiene un movimiento relativo entre los extremos de la flecha. El extremo propulsor está sujeto al bastidor y el propulsado está sobre la carretera. El bastidor y la carretera están separados por la suspensión del vehículo, por lo que los acoplamientos del tren de transmisión deben tolerar tanto la desalineación angular como la axial, conforme el automóvil pasa sobre obstáculos; A menos de que se tenga cuidado en alinear dos flechas adyacentes en cualquier tipo de maquinaria puede existir desalineación axial, angular o paralela. La falta de alineación torsional ocurre dinámicamente, cuando una carga impulsada intenta adelantara o atrasarse al impulsor. Si el acoplamiento permite cualquier tolerancia torsional, existirá luego al cambiar de signo el par de torsión. Esto no es deseable cuando se requiere un faseo preciso, como en el caso de los servomecanismos. La elasticidad torsional en un acoplamiento puede ser deseable si deben aislarse grandes cargas de impacto o vibraciones torsionales de su propulsor [Norton,1997]. Se fabrican numerosos diseños de acoplamientos elásticos y cada uno de ellos ofrece una combinación diferente de características, Por lo general, el diseñador puede encontrar un acoplamiento adecuado disponible comercialmente para cualquier tipo de aplicación. Los acoplamientos elásticos se dividen en general en varias subcategorías, las relacionadas en la Tabla 54

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2.1, junto con algunas de sus características. No aparecen capacidades nominales de par,de torsión, ya que éstas varían ampliamente según el tamaño y los materiales, Varios tamaños de acoplamientos manejan niveles de potencia desde fracciones de caballo de fuerza hasta miles de caballos de fuerza. TABLA 2.1 DESALINEACIÓN TOLERADA

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ACOPLAMIENTOS DE QUIJADAS

Figura 1.14 Vista Explotada De Un Acoplamiento De Quijadas Que Muestra Las Quijadas Y El Inserto De Elastómero Tienen dos mazas (casi siempre idénticas) con quijadas protuberantes, como se ve en la Figura 2.14. Estas quijadas se superponen axialmente y se entrelazan torsionalmente a través de un inserto elástico de hule o de algún material de metal blando. Las holguras permiten algo de desalineación axial, angular y paralelo, pero también permiten algún juego indeseable [Norton,1997]. ACOPLAMIENTOS DE DISCO FLEXIBLE

Figura 2.15 Acoplamiento Flexible De Disco Son similares a los acoplamientos de quijada, en que sus dos mazas quedan conectadas por un miembro elástico (disco) de material elástico de resorte metálico, como se aprecia en la Figura 2.15. Permiten desalineación axial, angular y paralela, con algo de elasticidad torsional, pero con poco o ningún juego. 56

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ACOPLAMIENTOS DE ENGRANE Y RANURAS

Figura 2.16 Acoplamiento Flexible Combinan dientes de engranes rectos externos o curvos con dientes internos, como se aprecia en la Fig. 2.16. Suelen permitir un movimiento axial sustancial entre flechas y, dependiendo de la forma de los dientes y de sus holguras, también pueden compensar alguna desalineación angular v paralela relativamente pequeña. Tienen gran capacidad de par de torsión debido al número de dientes en acoplamiento [Mott,1998]. ACOPLAMIENTOS HELICOIDALES Y EN FUELLE

Figura 2.18 Figura 2.17 Acoplamiento helicoidal

Acoplamiento de fuelle metálico Swior Flewnicí inc., Met»! Betlows División, 57

Shsfon, MÍSS. 03067

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Los diseños de una pieza manejan la deflexión elástica para aceptar falta de alineación axial, angular y paralelo con poco o ningún juego. Los acoplamientos helicoidales (Fig.2.17) se fabrican de un cilindro sólido de metal cortado con una ranura helicoidal para incrementar su elasticidad.

Los acoplamientos de fuelle metálico (Fig. 2.18) se fabrican con una delgada lámina de metal soldando una serie de arandelas cóncavas juntas, formando hidráulicamente un tubo en la forma o electro-depositando un recubrimiento grueso sobre un mandril [Faires,1997]. Estos acoplamientos tienen una capacidad de par de torsión limitado, en comparación con otros diseños, pero ofrecen cero juego y elevada rigidez a torsión, en combinación con falta de alineación axial, angular y paralelo.

ACOPLAMIENTOS POR ESLABONES

Figura 2.19 Acoplamiento Desplazado Schmidt

Acoplamiento Schmidt (Fig. 2.19) conecta dos flechas a través de una red de eslabones que permiten una falta de alineación paralelo significativo, sin carga lateral o sin pérdidas por par de torsión, y sin juego. Algunos diseños permiten también pequeñas cantidades de desalineación angular v axial. Estos acoplamientos se utilizan donde se requieran grandes ajustes paralelos o movimientos dinámicos entre flechas [Faires,1997]. 58

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JUNTAS UNIVERSALES

Figura 2.20 Acoplamiento Hooke Son de dos tipos comunes, el-acoplamiento Hooke (Fig. 2.20) que no tiene velocidad constante y el acoplamiento Rzeppa, que sí lo tiene. Los acoplamientos Hooke se montan en pares, para cancelar su error por velocidad. Ambos tipos pueden manejar una desalineación angular muy grande, y en pares proporcionan desplazamientos paralelos de importancia. Se emplean en trenes de transmisión de automóviles, en pares de acoplamientos Hooke de la flecha de transmisión trasera y los Rzeppa (llamados uniones homocinéticas o de velocidad constante) en los vehículos de tracción delantera. La diversidad de acoplamientos disponibles hace necesario que el diseñador pida a los fabricantes información más detallada sobre las capacidades de los del tipo que vaya a utilizar, o solicitarles ayuda en la selección del tipo apropiado de acoplamiento para cualquier aplicación. A menudo los fabricantes pueden suministrar datos de prueba sobre la capacidad de carga y de alineación de acoplamientos específicos [Faires,1997].

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CADENAS

Figura 2.21 Transmisión Por Cadena

Dentro de las transmisiones flexibles, las transmisiones por cadenas (FIG.2.21) son las más empleadas cuando se demanda grandes cargas en los accionamientos con alta eficiencia y sincronismo de velocidad en los elementos de rotación. Las transmisiones por cadenas se emplean fundamentalmente, en accionamientos con árboles dispuestos a mayor distancia entre centros que los engranajes de ruedas cilíndricas con ejes paralelos. Para relaciones de transmisión hasta seis, aunque pudieran emplearse como máximo hasta diez, tienen una eficiencia del 97-98 % y en su funcionamiento no se manifiesta el deslizamiento. Su duración es menor que la de los engranajes, debido al desgaste en las articulaciones de las cadenas, lo que también impone regímenes de lubricación específicos según la velocidad lineal de trabajo de la cadena [Mott,1998].

Principio de funcionamiento.

Figura 2.22 Principio De Funcionamiento 60

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El principio de funcionamiento se basa en que la transmisión de potencia entre la cadena y la rueda se efectúa por un acoplamiento de forma y de fuerza entre los dientes de las ruedas (sprockets) y los eslabones de la cadena (Fig. 2.22). La cadena se adapta a la rueda en forma de polígono, esto produce pequeñas fluctuaciones en el brazo de la fuerza periférica y por consiguiente, también en la velocidad de la cadena y en la fuerza de la misma (efecto de polígono).

ENGRANES El objetivo de los engranajes es transmitir una rotación entre dos ejes con una relación de velocidades angulares constante. Así, se habla de "Par de Engranajes, Ruedas Dentadas o Engrane" para referirse al acoplamiento que se utiliza para transmitir potencia mecánica entre dos ejes mediante contacto directo entre dos cuerpos sólidos unidos rígidamente a cada uno de los ejes. La "Relación de Transmisión" es el cociente entre la velocidad angular de salida ω2 (velocidad de la rueda conducida) y la de entrada ω1 (velocidad de la rueda conductora): µ= ω2/ ω1. Dicha relación puede tener signo positivo -si los ejes giran en el mismo sentido o negativo si los giros son de sentido contrario. Del mismo modo, si la relación de transmisión es mayor que 1 (µ>1) se hablará de un mecanismo multiplicador, y si es menor que 1 (µ> Salidas 5.- Linea AN0 como entrada 6.- OPTION_REG = b'00000111' 7.- ADCON1 = b'00001110' 8.- Banco 0 9.- Limpiar PuertoC 10.- Preguntar si TMR0 desbordo INTCON si no esperar 11.- Limpiar indicador de desborde 12.- Empezar conversion 13.- Preguntar si termino la conversion. ADCONsi no esperar 14.- PORTC = ADRESH mover el dato al puertoC 15.- Ir paso 10 152

ANEXOS

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