¿Qué son los engranes de Piñón y cremallera y cómo se diseñan?

Los sistrmas de engranes de íñon y cremallera se utilizan para convertir el movimiento giratorio en movimiento lineal. Una cremallera tiene dientes rectos cortados en una superficie de una sección cuadrada o redonda de la barra y funciona con un piñón, que es un engranaje cilíndrico pequeño que se engrana con la cremallera.

En general, la cremallera y el piñón se denominan colectivamente “cremallera y piñón”. Hay muchas formas de usar engranajes. Por ejemplo, como se muestra en la imagen, se usa un engranaje con la cremallera para girar un eje paralelo.

Si la aplicación requiere una larga longitud que requiere múltiples cremalleras en serie, tenemos bastidores con las formas de los dientes configuradas correctamente en los extremos. Estos se describen como “cremalleras con extremos mecanizados”. Cuando se produce una cremallera, el proceso de corte de dientes y el proceso de tratamiento térmico pueden hacer que intente salir de la realidad. Podemos controlar esto con prensas especiales y procesos correctivos.

Hay aplicaciones en las que la cremallera es estacionaria, mientras el piñón atraviesa y otras donde el piñón gira sobre un eje fijo mientras la cremallera se mueve. El primero se usa ampliamente en sistemas de transporte, mientras que el segundo se puede usar en sistemas de extrusión y aplicaciones de elevación / descenso.

Como elemento mecánico para transferir el movimiento rotativo a lineal, las cremalleras de engranajes a menudo se comparan con los husillos de bolas. Hay ventajas y desventajas para usar cremalleras en lugar de tornillos de bola. Las ventajas de una cremallera son su simplicidad mecánica, gran capacidad de carga y sin límite de longitud, etc. Sin embargo, una desventaja es la reacción. Las ventajas de un husillo de bolas son la alta precisión y menor holgura, mientras que sus defectos incluyen el límite de longitud debido a la desviación.

La cremallera y los piñones se utilizan para mecanismos de elevación (movimiento vertical), movimiento horizontal, mecanismos de posicionamiento, topes y para permitir la rotación sincrónica de varios ejes en maquinaria industrial en general. Por otro lado, también se utilizan en sistemas de dirección para cambiar la dirección de los automóviles. Las características de los sistemas de piñón y cremallera en la dirección son las siguientes: estructura simple, alta rigidez, pequeña y ligera, y excelente capacidad de respuesta. Con este mecanismo, el piñón, montado en el eje de dirección, se engrana con una cremallera de dirección para transmitir el movimiento giratorio posteriormente (convirtiéndolo en movimiento lineal) para que pueda controlar la rueda. Además, la cremallera y los piñones se utilizan para otros fines, como juguetes y puertas laterales deslizantes.

Diseño y fórmulas

En el sector atomotriz

El mecanismo de dirección se utiliza para cambiar la dirección de los automóviles y se clasifican principalmente en tipos de cremallera y piñón.

De estos dos, el mecanismo de dirección tipo piñón y cremallera se ha convertido en la corriente principal utilizada en muchos automóviles pequeños. Su construcción es simple con otras características como peso ligero, alta resistencia, baja fricción, capacidad de respuesta superior, etc.

El mecanismo de dirección de tipo cremallera y piñón consiste en un piñón unido a la punta del eje de dirección en el que está montado el volante. El piñón está engranado con una cremallera para que el movimiento del mango gire el piñón que a su vez mueve la cremallera lateralmente. La rueda se mueve hacia la izquierda y hacia la derecha a través del sistema de tirantes conectados a los extremos del bastidor.

¿Qué son las Cadenas de Transmisión y cómo se diseñan para la industria Automotriz?

Los sistemas de transmisión por cadena se emplean para transmitir movimiento entre dos ejes paralelos que se encuentran alejados entre sí tal es el caso de las cadenas de distribución de motor que une el árbol de levas con el cigüeñal mediante el movimiento de los sprockets de los ejes del cigüeñal y árbol de levas y este movimiento lo permite en sincroniza gracias a la cadena que esta fabricada con fundiciones de acero gris así como acero fundido

Las transmisiones por cadena son menos sensibles a la suciedad y a la falta de mantenimiento. que los engranajes y otras unidades, también se pueden usar en altas temperaturas de funcionamiento Las cadenas de rodillos de acero se utilizan en todo Ingeniería. Se utilizan en la fabricación de máquinas herramientas, en la construcción de vehículos y motores.

Las ventajas que tienen las cadenas es que pueden tener distancias ilimitadas entre los centros de los ejes, así como un tamaño reducido y facilidad de ensamblaje, flexibilidad así como soportar altas temperaturas de operación y presión

Componentes

Tipos de cadenas

Medidas de cadenas

Diseño

La forma de las ruedas de cadena está determinada por el tamaño de la cadena, número de dientes y el par a transmitir.

Ruedas con los cubos permiten la transmisión de un par más alto, mientras que la placa las ruedas solo pueden usarse para la transmisión de pares más pequeños.

Cálculo de velocidad de cadena


Dimensiones de cadenas automotrices

¿Qué es el acabado superficial y cuál es su simbología?

El acabado superficial en la ingeniería es medible y tiene una simbología peculiar en el cual conforme al proceso de manufactura al cual se someta la pieza tendrá ciertas especificaciones de calidad de superficie que deberá cumplir como producto final.

Por lo tanto deben de tener una tolerancia, estas especificaciones son puestas en los planos de trabajo que delimitan cuales serán los parámetros y limites que deberá tener la superficie de la pieza ya terminada algunos conceptos básicos son:

Las rugosidades son irregularidades de paso en las superficies mecanizadas, debido a la acción cortantes de de los dientes de las herramientas.

La unidad de rugosidad es la micra (1 micra= 1 µm = 0,001 mm). Se mide a través de unos instrumentos electrónicos llamados rugosímetros (mecánicos, ópticos, eléctricos y electrónicos). Esta rugosidad debe estar definida en los distintos planos constructivos de la piezas, pero no se hace de forma numérica, sino utilizando unos signos y valores numéricos.

Las ondulaciones son irregularidades mas espaciadas y pueden producirse por flexión de la máquina herramienta o de la pieza por vibraciones.

Proporción de los símbolos

El símbolo gráficos y sus componentes debe dibujarse de acuerdo con Norma UNE 1 037-83 ampliada con la ISO 1302-2002. El símbolo básico está formado por dos trazos desiguales inclinados aproximadamente 60º con relación a la línea que representa la superficie considerada

Simbología

Tolerancia de mecanizado

Dirección de mecánizado

Tabla de Valores Ra

Esta medida se indica en los planos constructivos de las piezas mediante signos y valores numéricos, de acuerdo a la normas de calidad existentes, que varían según la región geográfica

En la tabla, se recogen los valores de la rugosidad Ra(valor de la rugosidad media) relacionados con la designación correspondiente (clase de rugosidad) y los signos antiguos para su representación

Indicación de planos de fabricación

¿Qué son los Grados de Libertad en los marcos de referencia Datum? – GD&T

Para el desarrollo de Marcos de Referencia Datum en GD&T encontrarémos referencias muy importantes como son los Grados de Libertad. Todas las partes tienen seis grados de libertad, tres translacionales y tres rotacionales, el cual puede ser constreñido o restringido por referencias de característica datum en un marco de control de característica.

Los tres grados translacionales de libertad son descritos como X, Y, y Z. Los tres grados rotacionales de libertad son descritos como u, v, y w.

NOTA: En el significado esta porción de algunas figuras en este Estándar, los grados de libertad transnacional y rotacional son anotados tal como en las

GRADOS DE LIBERTAD CONSTREÑIDO POR CARACTERISTICAS DATUM PRIMARIOS SIN TOMAR EN CUENTA EL LIMITE (BOUNDARY) DE MATERIAL

La relación entre la característica datum primaria y su característica datum simuladora constriñe o restringe los grados de libertad de acuerdo a la condición límite (Boundary) de material aplicada a la característica datum en el marco de control de la característica. El simulador de característica datum restringe el movimiento de la característica datum y establece el datum o datums.

Aunque colecciones de características pueden ser usados para establecer un datum simple, para simplicidad, Los grados de libertad constreñidos o restringidos dependen de ya sea que la característica datum referenciada como una característica datum primaria, secundaria o terciaria.

Los siguientes datums primarios son derivados desde las características datums asociadas simuladoras:

  • (a).- una característica datum planar (nominalmente plano) establece una característica datum simuladora que crea un datum plano y constriñe tres grados de libertad (uno de translación y dos rotaciones).
  • (b).- un ancho como una característica datum (dos superficies paralelas opuestas) establece una característica datum simuladora que crea un plano central datum y res-tringe o constriñe tres grados de libertad (una translación y dos rotaciones).
  • (c).- una característica datum esférica establece una característica datum simuladora que crea un punto centro datum y constriñe o restringe tres grados de libertad translacionales.
  • (d).- una característica datum cilíndrica establece una característica datum simuladora que crea un eje datum (línea) y constriñe o restringe cuatro grados de libertad (dos translacionales y dos rotaciones).
  • (e).- Una característica datum de forma cónica establece una característica datum simuladora que crea un eje datum y un punto datum y constriñe o restringe cinco grados de libertad (tres translaciones y dos rotaciones).
  • (f).- una característica datum o forma lineal extruida establece una característica datum simuladora que crea un plano datum y un eje datum y constriñe o restringe cinco grados de libertad (dos de translación y tres rotaciones).
  • (g).- un datum característico complejo establece una característica datum simuladora que crea un plano datum, punto datum, y un eje datum y constriñe o restringe seis grados de libertad (tres translaciones y tres rotaciones).

GRADOS DE LIBERTAD CONSTREÑIDOS DE UNA PARTE

Cuando las características datum son referenciadas en un marco de control de característica, la parte es restringida o constreñida en rotación y translación relativa a la característica datum simuladora aplicable en el orden especificado de precedencia con modificadores aplicables que establece el marco de control de característica. Esto define las relaciones geométricas que existe entre las zonas de tolerancia geométrica y el marco de referencia datum.

Los simuladores de característica datum son usados para asociar las características datum y los datums. Esto constriñe o restringe el movimiento (grados de libertad) entre la parte y el marco de característica datum asociado.

¿Qué es un Marco de Control y cómo funciona? – GD&T

Los marcos de control son elementos de identificación y tolerancia en forma de casillas que se localizan en los planos de fabricación en donde en cada casilla viene un simbolo y/o una especificación para el segmento en el cual se coloca

En la ingeniería el GD&T es muy importante para tener una fabricación optima de la pieza sin errores y la introducción de los marcos de control es una herramienta importante para las especificaciones de la pieza

Marco de control de característica es un rectángulo dividido en compartimentos conteniendo el símbolo de característica geométrica seguido por el valor de la tolerancia o descripción, modificadores y cualquier referencia de característica datum aplicable. Cuando sea aplicable, la tolerancia es precedida por el símbolo de diámetro o diámetro esférico y seguido por un modificador de condición de material.

Cuando una tolerancia geométrica es relacionada a un datum, esta relación es indicada metiendo la letra de la característica datum de referencia en un compartimento seguido por la tolerancia. Cuando sea aplicable, la letra de referencia de característica datum es seguida por un modificador de límite (Boundary) de material.

Cuando un datum es establecido por dos o más características datum (ejemplo, un eje establecido por dos características datum) todas las letras de característica datum de referencia, separadas por un guión, son metidas en compartimento simple. Cuando sea aplicable, cada letra de característica datum de referencia es seguida por un modificador de límite (Boundary) de material.

Marco de Control de Característica Incorporando Dos o Tres Características Datum de Referencia

Donde más de un datum es requerido, las letras de la característica datum (cada una seguida por un modificador límite (Boundary), cuando sea aplicable) son metidos en compartimentos separados en el orden deseado de precedencia, desde izquierda hacia la derecha. Las letras de característica datum de referencia no necesitan estar en orden alfabético en el marco de control de característica

Marco de Control de Característica Compuesta

Para un marco de control de característica contiene una sola entrada de un símbolo de característica geométrica (posición o perfil) seguida por cada tolerancia y requerimiento de datum uno arriba del otro.

Marco de Control de Característica Combinado y Símbolo de Característica Datum

Cuando una característica o patrón de características controladas por una tolerancia geométrica también sirve como una característica datum, el marco de control y el símbolo de característica datum puede ser combinada

El símbolo de característica datum puede estar adjunto al marco de control de característica. En el ejemplo de tolerancia posicional, una característica es controlada para posición en relación a los datums A y B, e identificada como característica datum C.

Para el caso de tolerancias proyectadas es decir; cuando una tolerancia posicional o de orientación es especificada como una zona proyectada de tolerancia, el símbolo de zona proyectada de tolerancia es colocado en el marco de control de característica junto con la dimensión indicando la mínima altura de la zona de tolerancia. Esta seguirá la tolerancia establecida y cualquier modificador.

Cuando se necesite aclarar, la zona proyectada de tolerancia será indicado con una línea de cadena, y la altura mínima de la zona de tolerancia es especificada en una vista del dibujo. La dimensión de la altura puede entonces ser omitida desde el marco de control de característica.

Colocación del Marco de Control de Característica

Un marco de control de característica está relacionado a una característica considerada por uno de los siguientes métodos y como es descrito en la

  • (a).- localizando el marco abajo o adjunto una nota con una guía dirigida o dimensión pertinente respecto a la característica.
  • (b).- adjuntar una guía desde el marco apuntando a la característica.
  • (c).- Adjunto a un lado, esquina, o un final del marco respecto a una línea de extensión desde la característica, proveyendo esta una superficie plana.
  • (d).- Adjunto a un lado, esquina, o un final del marco respecto a una extensión de la línea de dimensión pertinente al tamaño de la característica.
  • (e).- colocando una nota, carta, o el bloque general de tolerancia.

¿Qué es la fuerza de impacto y cómo se calcula?

Las fuerzas de impacto actúan sobre objetos que caen golpeando el suelo, chocando automóviles y similares. La energía cinética dinámica de un objeto en movimiento, como una bola que cae o un automóvil, se puede expresar como

E = 1/2 mv 2                (1)

dónde

  • E = energía cinética (dinámica) (J, ft lb)
  • m = masa del objeto (kg)
  • v = velocidad del objeto (m / s, ft / s)

En un impacto, como un accidente automovilístico, el trabajo realizado por la fuerza del impacto que ralentiza un objeto en movimiento a lo largo de una distancia al deformar la zona de deformación se puede expresar como

W = F promedio s (2)

dónde

  • W = trabajo realizado (J, ft lb)
  • avg = fuerza de impacto promedio durante la deformación (N, lb f )
  • s = distancia de deformación, zona de deformación (m, ft)

Cuando una zona de deformación se deforma en un accidente automovilístico, la fuerza de impacto promedio está diseñada para ser lo más constante posible.

En un impacto donde el objeto no se deforma , el trabajo realizado por la fuerza del impacto que ralentiza el objeto en movimiento equivale al trabajo realizado por una fuerza de resorte , y puede expresarse como

W = 1/2 F máx s     

    = 1/2 ks 2                (2b)

dónde

  • W = trabajo realizado (J, ft lb)
  • max = fuerza máxima al final de la deformación (N, lb f )
  • k = constante de resorte
  • s = distancia de deformación (m, ft)

En un accidente automovilístico, la energía dinámica se convierte en trabajo y las ecuaciones 1 y 2 se pueden combinar para

avg s = 1/2 mv 2                 (3)

La fuerza de impacto promedio se puede calcular como  

Promedio de F = 1/2 mv 2 / s (3b)

La distancia de disminución de la deformación se puede calcular como

s = 1/2 mv 2 /  F promedio                (3c)

¡Nota! – La distancia de disminución de la deformación es muy importante y la clave para limitar las fuerzas que actúan sobre los pasajeros en un accidente automovilístico.

Ejemplo: accidente automovilístico

Un automóvil con una masa de 2000 kg conduce con una velocidad de 60 km / h (16,7 m / s) antes de chocar contra un muro de hormigón macizo. El frente del automóvil impacta 0.5 m (la distancia de deformación).

La fuerza de impacto se puede calcular como

  • máx  = 1/2 (2000 kg) (16,7 m / s) 2 / (0,5 m) 
  •    = 558 kN

Tenga en cuenta que la fuerza de gravitación (peso) que actúa sobre el automóvil es solo

  • w = mg
  •   = (2000 kg) (9.81 m / s 2 )
  •   = 19,6 kN

¡El impacto crea una fuerza 28 veces la gravedad!

Fuerza de impacto de un objeto que cae

La energía dinámica en un objeto que cae en el momento del impacto cuando toca el suelo se puede calcular como

  • E = F peso h
  •    = ma g h (4)

dónde

  • peso = fuerza debida a la gravedad – o peso (N, lb f )
  • g = aceleración de gravedad (9.81 m / s 2 , 32.17405 pies / s 2 )
  • h = altura de caída (m)

Si la energía dinámica de la caída se convierte en trabajo de impacto, las ecuaciones 2 y 4 se pueden combinar para

avg s = ma g h (5)

La fuerza de impacto se puede expresar como  

avg = ma g h / s (5b)

La distancia de disminución de la deformación se puede expresar como

s = ma g h / F promedio                 (5c)

Ejemplo: un automóvil que cae

El mismo automóvil que el anterior cae desde una altura de 14.2 my choca en la zona de deformación con la parte delantera hacia abajo sobre una enorme pista de concreto. El frente impacta 0.5 m (distancia de desaceleración) como arriba. La fuerza de impacto se puede calcular como

Promedio F = (2000 kg) (9.81 m / s 2 ) (14.2 m) / (0.5 m)

   = 558 kN

¡Nota! – ¡un accidente automovilístico en 90 km / h (25 m / s) se compara con una caída de 32 m !

Ejemplo: una persona que cae de una mesa

Una persona con un peso (fuerza gravitacional) de 200 lb (lb f ) cae desde una mesa de 4 pies de altura.

La energía del cuerpo que cae cuando toca el suelo se puede calcular usando (4) como

  • E = (200 lb f ) (4 pies)
  •    = 800 pies lb

El impacto en un cuerpo humano puede ser difícil de determinar, ya que depende de cómo el cuerpo toque el suelo, qué parte del cuerpo, el ángulo del cuerpo y / o si se usan las manos para proteger el cuerpo, etc. 

Para este ejemplo, usamos una distancia de impacto de 3/4 de pulgada (0.0625 pies) para calcular la fuerza de impacto:

  • Promedio de F = (800 pies lb) / (0.0625 pies)
  •   = 12800 lb f

En unidades métricas – persona con peso 90 kg, distancia de caída 1,2 my distancia de impacto 2 cm :

  • E = (90 kg) (9.81 m / s 2 ) (1.2 m)
  •    = 1059 J
  • Promedio de F = (1059 J) / (0.02 m)
  •    = 53 kN

¿Qué es el Circulo de Kamm y cómo funciona?

Básicamente en dinámica del vehículo el Círculo de Kamm es una representación gráfica para comprender las cargas que un neumático puede estar sometido. En él se representan las fuerzas longitudinales, y por otro lado las laterales. La resultante de las dos fuerzas debe quedar en todo momento dentro del círculo que nos da el agarre disponible para que no pierda adherencia.

Para mantener la estabilidad se debe cumplir que la suma de la fuerza de tracción y la fuerza de guiado (llamada fuerza resultante) no supere nunca el límite de adherencia de los neumáticos.

Dicho límite se representa mediante el círculo de Kamm.
Si alguna de las fuerzas sobrepasa el círculo de Kamm, el vehículo se comportará de forma inestable

En aquellas situaciones en que se quiere acelerar pero alguna o todas las ruedas motrices tienen una fuerza de adherencia baja, las ruedas patinan y es necesario modificar la fuerza de tracción, para que se mantenga dentro del círculo de Kamm, independientemente del motivo por el que resbalan, hielo, arena, etc.

El vehículo no avanzará correctamente hasta que la fuerza resultante esté comprendida dentro del círculo de Kamm. Sólo así se logra que el vehículo supere de forma estable y segura esa situación.

Otra situación también delicada es el deslizamiento lateral de una o varias ruedas cuando el vehículo derrapa, ya sea en recta o en curva.
En estos casos la fuerza de guiado lateral es tan elevada que repercute en la fuerza resultante, ya que supera el límite de adherencia del neumático, todo ello a pesar de que la fuerza de tracción sí que está dentro del círculo de Kamm.

Para recuperar la estabilidad en el vehículo es necesario lograr que la fuerza lateral disminuya, hasta el punto de que la fuerza resultante quede
dentro del círculo.

Dato Histórico

Esta teoría sobre las fuerzas transferibles del neumático a la superficie de la carretera se remonta a Wunibald Kamm. Después de varios años de actividades en Daimler y otras industrias, fundó el Instituto de Investigación de Ingeniería Automotriz y motores de aeronaves en la Universidad Técnica de Stuttgart, como fue nombrado en la década de 1930. Más tarde, este instituto con el primer túnel de viento para el tamaño completo del vehículo fue asumido por Daimler-Benz y desarrollado.

¿Qué es la dinámica del vehículo y cuáles son sus conceptos básicos?

Un automóvil al circular por las calles es sometido a distintos factores como el frenado el giro de ruedas y la aceleración esto produce un gran número de fuerzas

Si la suma de todas las fuerzas es cero, significa que está en reposo. Si es diferente de cero, estará en movimiento.
Todas estas fuerzas varían en función de una magnitud física denominada aceleración, que es la que modifica la velocidad y dirección de cualquier objeto.

En el momento en que se supera el número de fuerzas se producen derrapajes, bloqueo de ruedas e incluso puede ocasionar que el vehículo pierda el control y se salga del camino.

Fuerzas sobre las ruedas

Las fuerzas que intervienen en las ruedas al conducir son las siguientes:

  • Fuerza de tracción es producida por el motor y genera el movimiento.
  • Fuerzas de guiado lateral, responsables de conservar la direccionabilidad del vehículo.
  • Fuerza de adherencia depende del peso que recae sobre la rueda.
  • Fuerza de frenado, que actúa en dirección contraria al movimiento de la rueda. Depende de la fuerza de adherencia y del coeficiente de rozamiento entre la calzada y la rueda.

La unidad de medida resultante es el Newton (N).

Fuerzas que intervienen en el vehículo

Cuando el vehículo esta en marcha es sometido a las mismas fuerzas mencionadas sólo que en diferente proporción en cada rueda y esto va a depender de la distribución del peso y las condiciones del camino por el cual este circulando cada rueda

Al frenar, la carga del vehículo recae con mayor intensidad en el eje delantero (cabeceo), o en el caso de una curva la carga se apoya en mayor proporción en las ruedas exteriores que en las interiores (balanceo).

La suma de todas las fuerzas que provocan el giro del vehículo sobre su eje de geometría vertical aplicadas en cualquier punto se denominan pares de viraje.
Se entiende como par el efecto que se produce al aplicar una fuerza sobre un brazo de palanca respecto a un punto de giro, denominado eje de geometría. Este es el concepto del par de apriete de un tornillo.

Un par de viraje muy conocido en el vehículo se produce al bloquearse una de las ruedas traseras durante una curva; este hecho provoca un par de viraje que ocasiona el derrape del vehiculo. Lo mismo sucede con el aire lateral en autopistas, hecho especialmente acentuado en los camiones

Subviraje y Sobreviraje

La trayectoria no es más que el espacio recorrido por un móvil durante un período de tiempo.

Para la conducción estable la trayectoria trazada por el conductor hace que el vehículo tome dicho trazo. Cuando se traza una curva por encima del límite estable, el comportamiento puede ser de dos tipos: subviraje o sobreviraje.

El subviraje es la desviación del vehículo por la parte exterior de la trayectoria. Consecuencia de que le influye un par de viraje que disminuye la guiabilidad. Ocurre con frecuencia en curvas en las que súbitamente aparece hielo o grava y las ruedas deslizan

En el sobreviraje el vehículo tiende a tomar la curva excesivamente cerrada, desviándose de la trayectoria por la parte interior. En este caso el par de viraje resultante es de sentido contrario. Aparece en aquellas situaciones en que los frenos posteriores se bloquean con facilidad y el piso está resbaladizo.

En el caso de producirse en rectas y por encima del límite estable, se producen unas fuerzas laterales que impiden que el vehículo siga una trayectoria recta.

¿Cómo calcular la fuerza de tracción de un automóvil?

La fuerza de tracción entre la rueda de un automóvil y la superficie se puede expresar como

  • F = μ t W
  •    = μ t ma g   (1)

dónde

  • F = esfuerzo de tracción o fuerza que actúa sobre la rueda desde la superficie (N, lb f )
  • μ t = coeficiente de tracción – o fricción – entre la rueda y la superficie
  • W = peso o fuerza vertical entre la rueda y la superficie (N, lb f ) )
  • m = masa en la rueda (kg)
  • g =  aceleración de la gravedad (9.81 m / s 2 , 32.17405 pies / s 2 )

Coeficientes de tracción para neumáticos normales

SuperficieCoeficiente de tracción
– μ t –
Hielo mojado0.1
Hielo Seco / Nieve0.2 0.2
Arena suelta0.3 – 0.4
Arcilla seca0.5 – 0.6
Grava laminada en húmedo0.3 – 0.5
Grava laminada en seco0.6 – 0.7
Asfalto mojado0.6
Hormigón mojado0.6
Asfalto seco0.9
Hormigón seco0.9

Ejemplo: fuerza de tracción en un automóvil que acelera

La fuerza de tracción máxima disponible de una de las dos ruedas traseras en un automóvil con tracción trasera, con una masa de 2000 kg distribuida equitativamente en las cuatro ruedas, sobre asfalto mojado con un coeficiente de adhesión de 0.5 , se puede calcular como

  • una_rueda = 0.5 ((2000 kg) (9.81 m / s 2 ) / 4)
  •   = 2453 N

La fuerza de tracción de ambas ruedas traseras.

  • ambas ruedas = 2 (2452 N)
  •      = 4905 N

¡Nota! – que durante la aceleración, la fuerza del motor crea un momento que intenta rotar el vehículo alrededor de las ruedas motrices. Para un automóvil con tracción trasera, esto es beneficioso por una mayor fuerza vertical y una mayor tracción en las ruedas motrices. 

Para un automóvil con tracción delantera, la fuerza de tracción se reducirá durante la aceleración. 

La aceleración máxima del automóvil en estas condiciones se puede calcular con la Segunda Ley de Newton como

  • un auto = F / m
  •    = (4904 N) / (2000 kg)
  •    = 2,45 m / s 2
  •    = (2.45 m / s 2 ) / (9.81 m / s 2 )
  •    = 0.25 g

dónde

un automóvil = aceleración del automóvil (m / s 2 )

El tiempo mínimo para acelerar de 0 kmh a 100 kmh se puede calcular como

  • dt = dv / a car    
  •   = ((100 km / h) – (0 km / h)) (1000 m / km) (1/3600 h / s) / (2.4 m / s 2 )
  •   = 11.3 s

dónde

  • dt = tiempo utilizado (s)
  • dv = cambio en la velocidad (m / s)

¿Qué son las mangas/bosses en diseño de plásticos?

Las mangas/bosses generalmente están diseñados para aceptar insertos, tornillos autorroscantes, pasadores de accionamiento, etc., para su uso en el montaje o montaje de piezas.

Evite mangas/bosses independientes siempre que sea posible. Las mangas/bosses deben estar unidos a las paredes o costillas por medio de costillas o refuerzos para la estabilidad estructural

Reglas de manga/bosses

  • El D.O. de la maga idealmente debería ser 2.5 veces el diámetro del tornillo para aplicaciones de tornillos autorroscantes.
  • Normalmente el diámetro exterior de la manga es 2 veces la dimensión del diámetro interior
  • El espesor de la pared en base a la manga/bosses deberá ser 60% o menos del espesor nominal de la pared más de lo especificado creará espesores masivos que incrementarán el ciclo de producción y costos
  • La altura de la manga no deberá exceder 3 veces la mencionan del diámetro exterior
  • La manga/bosses deberá contener radios en su exterior de la base en donde se intersecta con la pared. El radio deberá ser entre 25 y 50% del espesor de la pared y el radio mínimo es de 0.381mm
  • El diámetro interior deberá tener radios en el fondo de la manga con la dimensión mínima de radio de 0.254mm
  • El ángulo de salida en el diámetro exterior tendrá como mínimo 1/2°
  • El ángulo de salida en el diámetro interior tendrá como mínimo 1/4°
  • Mangas cerca de paredes deberá estar a una distancia mínima de 3.175 entre manga y pared
  • La distancia mínima entre dos mangas juntas deberá ser 2 veces el espesor de la pared nominal
  • La manga/bosses deberá tener un diámetro mayor en la entrada para permitir que el tornillo pueda entrar y centrarse con facilidad, este diámetro deberá ser entre 0.5mm a 0.8mm

La posición de manga/bosses y como se diseña es portante para el diseño robusto, tal como se muestra en la siguiente imagen

Radios de y longitudes de perno formador del diámetro interno de la manga/bosses

¿Qué es la linea de partición en diseño de plásticos?

La linea de partición, son fundamental para el diseño de piezas plásticas, es donde se partirá la geometría del diseño para expulsarlo del molde, es decir donde el acero del molde se abrirá y expulsará la pieza plástica, para ello es importante delimitar la linea de partición, para ello muchos softwares como solidworks cuentan con un módulo de inyección de plásticos para delimitar correctamente la linea de partición

Es importante tener en cuenta la linea de partición porque puede afectaar el desempeño de diseño de:

  • Ángulos de Salida
  • Espesor de paredes
  • Requerimientos cosméticos
  • Gometría negativa u opuesta al ángulo de salida
  • Costo del molde
  • Costo de componentes

La linea de partición dejará un pequeño escalón de 0.05mm hasta 0.15mm, esto va a de pender de las características de construcción del molde

Si es crítico como el caso de una flecha, se podrá poner un pequeño plano de 0.15 mm a 0.25 mm para evitar interferencias provocadas por la linea de partición

¿Qué es un engrane cónico y cómo se diseña?

Los engranes cónicos son empleados comúnmente para transmision de potencia entre dos arboles cuyos ejes se cortan, Los ángulos pueden cortarse a cualquier ángulo, el más empleado es el de 90°.

Son muy parecidos a los conos rodantes que tienen el mismo ápice. Los dientes son de la misma forma que la de los dientes de engranes rectos, pero son un poco más delgados hacia el ápice del cono.

La ventaja de esto es que muchos términos de ángulos rectos aplica también para engranes cónicos

Fórmulas de trabajo de engranes cónicos

¿Qué es un Engranaje Helicoidal y cómo se diseñan?

Los engranajes helicoidales y cónicos-helicoidales están diseñados para aplicaciones difíciles tales como los transportadores en la minería, plantas papeleras, extrusoras, coladas continuas o grúas de puertos.

Estos engranajes deben proporcionar un alto nivel de fiabilidad operativa en condiciones difíciles, como entornos calientes, húmedos y polvorientos, a velocidad muy baja y con cargas pesadas. El reto consiste en mejorar el rendimiento, haciendo posible al mismo tiempo una producción modular rentable.

Los engranajes helicoidales ofrecen un refinamiento sobre los engranajes rectos. Los bordes de los dientes no son paralelos al eje de rotación, pero están posicionados en angulo. Ya que el engranaje es curvo, este angulo causa que la forma del diente pertenezca al segmento de una hélice. Engranajes helicoidales pueden ser acoplados en paralelo u orientación cruzada. La primera se refiere a cuando los ejes están en paralelo; esta es la orientación mas común. En la segunda, los ejes no son paralelos.

Para dientes en angulo se acoplan de manera mas gradual que los engranajes de diente recto lo que causa una operación mas suave y sin ruido.

En engranajes helicoidales paralelos, cada par de dientes hace contacto en un solo punto del engranaje; una curva móvil de contacto crece gradualmente a lo largo de la cara del diente hasta un cierto máximo después del cual disminuye hasta terminar contacto en un solo punto en el lado opuesto.

En engranajes rectos los dientes se acoplan súbitamente en una línea de contacto a lo largo de todo el ancho lo que causa stress y ruido. Engranajes rectos generan un sonido característico a altas velocidades y no pueden soportar tanta torsión como los engranajes helicoidales.

Mientras que engranajes de ángulo recto son usados en aplicaciones de baja velocidad y situaciones donde el control de ruido no es un problema, el uso de engranajes helicoidales es indicado cuando la aplicación requiere alta velocidad o gran transmisión de potencia.

Angulo

El ángulo β que forma el dentado con el eje axial deriva de la hélice, es importante considerar que el ángulo tiene que se igual para las dos ruedas que engranan pero de orientación contraria.

El valor se establece de acuerdo con la velocidad que tenga la transmisión:

  • Velocidad lenta: β = 5° a 10°.
  • Velocidad normal: β= 15° a 25°.
  • Velocidad elevada: β = 30°.

¿Qué son las costillas / Ribs diseño de plásticos y cómo se calcula?

Las costillas o Ribs se utilizan para aportar para la rigidez, resistencia y mejorar las propiedades mecánicas de las piezas plásticas o para ayudar a llenar áreas difíciles.

En las partes estructurales donde las marcas de hundimiento no son motivo de preocupación, el grosor de la base de la costilla (t) puede ser del 75 al 85% del grosor de la pared adyacente (T).

Para las piezas de apariencia, donde las marcas de hundimiento son objetables, el grosor de la base de la costilla (t) no debe exceder el 50% del grosor de la pared adyacente (T) si la superficie exterior tiene textura y el 30% si no tiene textura. Las marcas de sumidero también dependen del material.

La altura de la costilla debe ser al menos 2.5–3.0 veces el espesor de la pared (T) para una resistencia efectiva.

El angulo debe ser de 1/2 pulg. Por lado nominal.

Los filetes en la base de la costilla deben tener un mínimo de 0,020 pulgadas.

Varias costillas deben estar separadas al menos 2 veces el grosor de la pared para reducir el estrés moldeado y los problemas de enfriamiento del molde.

La longitud puede variar pero mientras mas larga este la costilla pueden presentar problemas de llenado, de espesor en la base y la cresta y expulsado de molde. Para mantener el espesor optimo en la base de la costilla y no crear defectos de rechupete, mientras mas larga este la costilla, mas angosto se deberá diseñar la cresta y mas difícil de llenarlo y expulsarlo del molde

Costillas Múltiples

Las costillas múltiples, son empleadas para reforzar una pieza plástica en donde en cierta área debe cumplir con ciertas características y no se vea afectada en cuanto a calidad y costo. La separación mínima entre costillas deberá de ser de 2.5 veces la dimensión del espesor de pared

Costillas múltiples

¿Qué es el espesor de pared en piezas plásticas y cómo se calcula?

En el diseño de piezas plásticas es fundamental el calculo y diseño de espesor de pared . Las paredes uniformes ayudan al flujo de material en el molde, reducen el riesgo de marcas de hundimiento, tensiones moldeadas y contracción diferencial y afecta muchos parámetros tales como

  • Propiedades mecánicas
  • Apariencia
  • Percepción al tacto
  • Proceso y calidad en la que trabajará la maquina
  • Costos

El espesor optimo de las piezas regularmente es un equilibrio de fuerza requerida y reducción de peso del componente así también como durabilidad y costos

En un diseño simple de pared el incremento del 10% de espesor incrementará la resistencia un 33% pero también incrementará la cantidad de polímero requerido, el ciclo de enfriamiento y costos,

Hay elementos de diseño que son comunes a la mayoría de las piezas de plástico, como costillas, grosor de pared, patrones, escudetes y tiro.

Para paredes no uniformes, el cambio de espesor no debe exceder el 15% y en muchos casos menos del 10% de la pared nominal y debe hacer una transición gradual. El rango de espesor puede ser utilizado en su mayoría es entre 1.2mm y 6.3mm

En los espesores de mayor de 15% del espesor nominal no es una buena opción ya que la transición de pared deberá ser sobre un área de 3 veces la diferencia de espesores

Las esquinas siempre deben diseñarse con un radio de filete mínimo del 50% del grosor de la pared y un radio exterior del 150% del grosor de la pared para mantener un espesor de pared uniforme.

Problemas por defectos de espesor de pared

  • Pandeaduras
  • Distorsiones
  • Rechupetes
  • Huevos dentro de la pared
  • Fracturas
  • Áreas Brillosas

Consejo

Evite diseños con áreas delgadas rodeado de grueso perímetro secciones ya que puede ser propensa a tener atrapamientos de aire o gases

Muchos diseños, especialmente aquellos que son de metal fundido a plástico, tienen espesor secciones que pueden causar sumideros o vacíos. Al adaptar estos diseños al plástico partes, considere centrar o rediseñar áreas gruesas para crear un espesor de pared más uniforme

¿Qué es el ángulo de salida en diseño de plásticos y cómo se calcula?

Los ángulos de salida facilitan la extracción de piezas del molde, se agregan a todas las paredes verticales del molde que estarán en juego en la expulsión de la pieza. El angulo de salida debe estar en un valor de desplazamiento que sea paralelo al Molde de apertura y cierre.

El ángulo de tiro ideal para una parte dada depende de la profundidad de la parte en el molde y su función de uso final requerida.

Formulario

El angulo de salida puede variar desde 1/8° hasta varios grados de angulo dependiendo el diseño y características de este.

El angulo promedio empleado en la industria y que la gran parte de los polímeros es de 1/2° a 1°.

Hay algunos polímeros que llega a variar los grados de salida pero esto es importante que se tenga la información técnica proporcionada por el proveedor del polímero

Los ángulos de salida pueden ser afectados por el acabado superficial del molde, Una superficie con texturizado requiere mas angulo de salida que una pared totalmente pulida para eliminar marcas de maquinado se debe seguir el siguiente principio

  • Por cada 0.025mm de profundidad de texturizado se debe agregar de 1° a 1.5° de angulo de salida al angulo original

Ejemplo:

Una pared vertical con angulo de salida de 1° y un texturizado de 0.075mm de profundidad requerirá un angulo de salida de 4° a 5.5°

En áreas donde el angulo de salida mínimo es utilizado, la cavidad necesitara tener un pulido especifico y apropiado y la longitud máxima de la pared no deberá sobrepasar los 127mm

El texturizado con angulo de salida insuficiente tendrá problemas de expulsión en el molde creando fallos de marcas y desgarres y como máximas consecuencias quedarse atrapado dentro del molde

¿Cómo calcular el torque y la fuerza de frenado en frenos de disco?

Las formulas requeridas para el diseño de frenado de disco aplicado se determina por la fuerza y el torque en un sistema de frenos de disco en estado de activado

La capacidad de par de un freno de disco con dos pastillas se puede expresar como

T = 2 μ F r (1)

dónde

T = par de frenado (Nm)

μ = coeficiente de fricción

F = fuerza en cada pad (N)

r = radio medio (de la rueda central a la almohadilla central) (m)

La presión de la almohadilla requerida se puede expresar como

p = F / A (2)

dónde

p = presión (Pa)

A = área de la almohadilla (m 2 )

.

¿Cómo calcular los diámetros y velocidades de las poleas?

El sistema de transmision de poleas es un mecanismo muy utilizado en la industrias automotriz que se emplea para generar movimiento de dos o más poleas para hacer funcionar bombas, alternadores, motores entre otros componentes en el vehículo es por ello que es importante su calculo

Transmisión de correa única: una polea motriz y una polea conducida

Para un sistema con dos ejes y dos poleas, como se indica con las poleas 1 y 2 en la figura anterior:

1 n 1 = d 2  n 2 (1)

dónde

1  = diámetro de la polea motriz (pulgadas, mm)

1  = revoluciones de la polea motriz (rpm – vueltas por minuto)

2  = diámetro de la polea conducida (pulgadas, mm)

2 =  revoluciones de la polea conducida (rpm – vueltas por minuto)

La ecuación (1) se puede transformar para expresar el

Revolución de polea conducida 

2 = d 1 n 1 / d 2                          (2)

Revolución de la polea del conductor 

1  = d 2  n 2  / d                            (3)

Diámetro de polea conducida 

2  = d 1  n 1  / n                          (4)

Diámetro de la polea del conductor 

1  = d 2  n 2  / n                          (5)

Sistemas de transmisión de correa múltiple

Para un sistema a con tres ejes y cuatro poleas, como se indica en la figura anterior:

2 = n 3                            (6)

4 = n 1 (d 1 d 3 ) / (d 2 d 4 ) (7)

Ejemplo: sistema de transmisión de correa múltiple

Las revoluciones del eje 4 en una transmisión de correa múltiple como se indica en la figura anterior donde

1 = 2000 rpm

1 = 150 mm

2 = 30 mm

3 = 160 mm

4 = 80 mm

se puede calcular como

4 = (2000 rpm) (150 mm) (160 mm) / ((30 mm) (80 mm)) 

    = 20000 rpm

¿Qué son los engranajes planetarios y cómo funcionan?

Los engranajes planetarios es un conjunto de engranajes con el eje de entrada y el eje de salida alineados. Se utiliza una caja de engranajes planetarios para transferir el mayor par en la forma más compacta (conocida como densidad de par).

El centro de aceleración de la bicicleta es un gran ejemplo de un mecanismo de rueda planetaria: ¿Alguna vez se ha preguntado cómo puede obtener tanta potencia y capacidades en un centro tan pequeño? Para un cubo de tres velocidades, se utiliza un sistema de engranaje planetario de una etapa, para un cubo de cinco velocidades de 2 etapas. Cada sistema de engranaje planetario tiene un estado de reducción, un acoplamiento directo y un modo de aceleración.

En términos matemáticos, la relación de reducción más pequeña es 3: 1, la más grande es 10: 1. En una relación de menos de 3, el engranaje solar se vuelve demasiado grande contra los engranajes del planeta. En una proporción superior a 10, la rueda solar se vuelve demasiado pequeña y el par caerá. Las relaciones son generalmente absolutas, es decir, un número entero.

¿Dónde se utilizan los sistemas de engranajes planetarios?

Los engranajes planetarios a menudo se usan cuando el espacio y el peso son un problema, pero se necesita una gran cantidad de reducción de velocidad y torque. Este requisito se aplica a una variedad de industrias, incluidos tractores y equipos de construcción, donde se necesita una gran cantidad de torque para conducir las ruedas. Otros lugares donde encontrará juegos de engranajes planetarios incluyen motores de turbina, transmisiones automáticas e incluso destornilladores eléctricos.

Los sistemas de engranajes planetarios pueden producir una gran cantidad de torque porque la carga se comparte entre múltiples engranajes planetarios. Esta disposición también crea más superficies de contacto y un área de contacto más grande entre los engranajes que un sistema de engranaje de eje paralelo tradicional. Debido a esto, en la carga se distribuye de manera más uniforme y, por lo tanto, los engranajes son más resistentes al daño.

La forma más básica de engranaje planetario implica tres conjuntos de engranajes con diferentes grados de libertad. Los engranajes planetarios giran alrededor de los ejes que giran alrededor de un engranaje solar, que gira en su lugar. Una corona dentada une los planetas en el exterior y está completamente fija. La concentricidad del planeta que se agrupa con el sol y los engranajes anulares significa que el par se realiza a través de una línea recta. Muchos trenes de potencia son “cómodos” alineados en línea recta, y la ausencia de ejes compensados ​​no solo disminuye el espacio, sino que elimina la necesidad de redirigir la potencia o reubicar otros componentes.

En una configuración planetaria simple, la potencia de entrada gira el engranaje solar a alta velocidad. Los planetas, espaciados alrededor del eje central de rotación, se engranan con el sol y con la corona dentada fija, por lo que se ven obligados a orbitar a medida que ruedan. Todos los planetas están montados en un solo miembro giratorio, llamado jaula, brazo o portador. A medida que el porta planetas gira, ofrece una salida de baja velocidad y alto par.

Relación entre los engranajes en un sistema de engranajes planetarios

Para determinar la relación entre el número de dientes del engranaje solar (za), los engranajes planetarios B (zb) y el engranaje interno C (zc) y el número de engranajes planetarios N en el sistema, estos parámetros deben satisfacer el siguientes tres condiciones:

Condición No.1

zc = za + 2 zb (17.1)
Esta es la condición necesaria para que las distancias centrales de los engranajes coincidan. Dado que la ecuación es verdadera solo para el sistema de engranajes estándar, es posible variar el número de dientes usando diseños de engranajes desplazados de perfil.
Para usar engranajes desplazados de perfil, es necesario hacer coincidir la distancia central entre el sol A y los engranajes del planeta B, a1, y la distancia central entre el planeta B y los engranajes internos C, α2.
α1 = α2 (17.2)

Condición No.2

fórmula-17.3


Esta es la condición necesaria para colocar engranajes planetarios espaciados uniformemente alrededor del engranaje solar. Si se desea una colocación desigual de engranajes planetarios, entonces se debe satisfacer la ecuación (17.4).

fórmula-17.4


Donde θ : la mitad del ángulo entre engranajes planetarios adyacentes (°)

Fig.17.2 Condiciones para seleccionar engranajes

Condición No.3

fórmula-17.5
fórmula-17.6


Satisfacer esta condición asegura que los engranajes planetarios adyacentes puedan operar sin interferir entre sí. Esta es la condición que debe cumplirse para un diseño de engranaje estándar con la misma colocación de engranajes planetarios. Para otras condiciones, el sistema debe satisfacer la relación:

Donde:
dab: Diámetro de la punta de los engranajes planetarios
α1: Distancia central entre el sol y los engranajes planetarios
Además de las tres condiciones básicas anteriores, puede haber un problema de interferencia entre el engranaje interno C y los engranajes del planeta B. Vea la Sección 4.2 Engranajes internos

¿Qué es el Grado de dureza de los tornillos y cómo se clasifican?

La clase de resistencia de los tornillos según ISO 898-1 viene definida en tablas y está marcada en la cabeza del tornillo convencionalmente. La resistencia a la tracción es la resistencia al estiramiento ocasionado por la fuerza de apriete que se produce al girarlo. En la cabeza de los tornillos también se especifica la dureza o el grado del tornillo, dependiendo del material utilizado y la aplicación que se le dará al tornillo, según las unidades métricas que se estén utilizando y la aplicación del tornillo así será su grado, en la Figura 14 se observa la equivalencia del grado en el sistema inglés, el sistema métrico y para los tornillos estructurales.

También existe el grado 12, sistema inglés y 12.9 sistema métrico, para la fabricación de estos tornillos se utilizan aceros súper aleados y se identifican con ocho líneas marcadas en la cabeza del tornillo, sistema inglés y con el número 12.9 en el sistema métrico. La clase de resistencia de los tornillos según ISO 898-1 viene definida en tablas y está marcada en la cabeza del tornillo convencionalmente. La resistencia a la tracción es la resistencia al estiramiento ocasionado por la fuerza de apriete que se produce al girarlo.

El tornillo se identifica con el siguiente código para designar sus propiedades:

  • La primera cifra se multiplica por cien (100) obteniendo el valor de la resistencia a la tracción. Unidades dimensionales en N/mm2  – newton por milímetro cuadrado -.
  • La segunda cifra es diez (10) veces el cociente del límite elástico inferior (o límite elástico convencional al 0.2%) y a la resistencia a la tracción.

Las dos cifras separadas multiplicadas por diez (10) no dan el valor del límite elástico aparente en N/mm2.

identificacion
pernos
  1. Además del marcado de grado indicado, todos los grados, excepto A563 grados O, A y B, deben marcarse para la identificación del fabricante.
  2. Las marcas que se muestran para todos los grados de tuercas A194 son para tuercas forjadas en frío y forjadas en caliente. Cuando las tuercas se mecanizan a partir de material de barra, la tuerca debe marcarse adicionalmente con la letra ‘B’.
  3. No se requiere que las tuercas estén marcadas a menos que el comprador lo especifique Cuando está marcado, la marca de identificación debe ser la letra de grado O, A o B.
  4. Las propiedades que se muestran son las de las tuercas hexagonales de rosca gruesa no revestidas o no revestidas.
  5. Las propiedades que se muestran son las de tuercas hexagonales pesadas de rosca gruesa.
  6. Las propiedades que se muestran son las de tuercas hexagonales pesadas de rosca gruesa.
  7. Las propiedades que se muestran son las de tuercas hexagonales gruesas de rosca gruesa de 8 pasos.
  8. Las durezas son números de dureza Brinell.
  9. El fabricante de la tuerca, a su elección, puede agregar otras marcas para indicar el uso de acero resistente a la corrosión atmosférica.
  10. Especificaciones –
  11. ASTM A563 – Tuercas de acero al carbono y aleado.