Conversión del tipo de movimiento: de rotacional a rectilíneo

Los mecanismos de manivela se utilizan para convertir el movimiento de rotación en movimiento alternativo y viceversa. Las partes principales del mecanismo de manivela son: el cigüeñal, la biela y el deslizador, articulados entre sí (a). La longitud de la carrera del control deslizante puede ser cualquiera, depende de la longitud de la manivela (radio). Si denotamos la longitud de la manivela a través de la letra A y el recorrido del control deslizante a través de B, entonces podemos escribir una fórmula simple: 2A u2d B, o A u50d B / 50. Usando esta fórmula, es fácil encontrar tanto la longitud de carrera del deslizador como la longitud de la manivela. Por ejemplo: la carrera de la corredera B = 2 mm, se requiere encontrar la longitud de la manivela A. Sustituyendo un valor numérico en la fórmula, obtenemos: A = 25/25 = XNUMX mm, es decir, la longitud de la manivela es de XNUMX mm.

a – el principio de funcionamiento del mecanismo de manivela,
b – monocigüeñal, c – multicigüeñal,
g – mecanismo con una excéntrica

En un mecanismo de manivela, a menudo se usa un cigüeñal en lugar de un cigüeñal. A partir de esto, la esencia de la acción del mecanismo no cambia. El cigüeñal puede ser de una rodilla o de varias (b, c).

Un mecanismo excéntrico (d) también puede ser una modificación del mecanismo de manivela. El mecanismo excéntrico no tiene ni manivela ni rodillas. En su lugar, se monta un disco en el eje. No está plantado en el centro, sino desplazado, es decir, excéntricamente, de ahí el nombre de este mecanismo: excéntrico.

En algunos mecanismos de manivela, es necesario cambiar la longitud de carrera de la corredera. En el cigüeñal, esto generalmente se hace así. En lugar de una manivela curva sólida, se monta un disco (placa frontal) en el extremo del eje. La espiga (correa en la que se coloca la biela) se inserta en una ranura hecha a lo largo del radio de la placa frontal. Al mover la espiga a lo largo de la ranura, es decir, alejándola del centro o acercándola, cambiamos el tamaño del trazo del control deslizante.

El curso del control deslizante en los mecanismos de manivela es desigual. En lugares de “carrera muerta” es el más lento.

Cigüeñal: los mecanismos se utilizan en motores, prensas, bombas, en muchas máquinas agrícolas y de otro tipo.

mecanismos basculantes

El movimiento alternativo en los mecanismos de manivela se puede transmitir sin una biela. En el slider, que en este caso se denomina backstage, se realiza un corte transversal al movimiento del backstage. El pasador del cigüeñal se inserta en esta ranura. Cuando el eje gira, la manivela, moviéndose hacia la izquierda y hacia la derecha, lidera el backstage.

En lugar de un backstage, se puede utilizar una varilla encerrada en un casquillo guía. Para montar el disco excéntrico, la varilla se suministra con un resorte de presión. Si la varilla trabaja verticalmente, su ajuste se realiza en ocasiones por su propio peso.

Para un mejor movimiento en el disco, se instala un rodillo al final de la varilla.

Mecanismos de leva

Los mecanismos de leva se utilizan para convertir el movimiento de rotación (leva) en movimiento alternativo u otro tipo de movimiento específico. El mecanismo consta de una leva, un disco curvo montado en un eje y una varilla, que en un extremo descansa sobre la superficie curva del disco. La varilla se inserta en el casquillo guía. Para un mejor ajuste a la leva, la varilla se suministra con un resorte de presión. Para que la varilla se deslice fácilmente sobre la leva, se instala un rodillo en su extremo.

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a – una leva plana, b – una leva con ranura, c – una leva tipo tambor,
d – leva en forma de corazón, d – la leva más simple

Pero hay cámaras de disco de un diseño diferente. Luego, el rodillo no se desliza a lo largo del contorno del disco, sino a lo largo de una ranura curva que sale del costado del disco (b). En este caso, no se requiere resorte de presión. El movimiento del rodillo con la varilla hacia un lado lo realiza la propia ranura.

Además de las levas planas que hemos considerado (a), se pueden encontrar levas tipo tambor (c). Tales levas son un cilindro con una ranura curva alrededor de la circunferencia. Se instala un rodillo con una varilla en la ranura. La leva, al girar, impulsa el rodillo en una ranura curva y, por lo tanto, informa a la varilla del movimiento deseado. Las levas cilíndricas no solo tienen una ranura, sino también un lado, con un perfil final. En este caso, el rodillo es presionado contra el perfil de la leva por un resorte.

En los mecanismos de leva, en lugar de una varilla, se utilizan con mucha frecuencia palancas basculantes (c). Tales palancas le permiten cambiar la longitud del trazo y su dirección.

La longitud de carrera de una varilla o palanca de leva se puede calcular fácilmente. Será igual a la diferencia entre el radio de leva pequeño y el grande. Por ejemplo, si el radio grande es de 30 mm y el pequeño de 15, la carrera será de 30-15 = 15 mm. En un mecanismo con una leva cilíndrica, la longitud de carrera es igual a la cantidad de desplazamiento de la ranura a lo largo del eje del cilindro.

Debido al hecho de que los mecanismos de leva permiten obtener una variedad de movimientos, a menudo se utilizan en muchas máquinas. El movimiento alternativo uniforme en las máquinas se logra mediante una de las levas características, que se denomina en forma de corazón. Con la ayuda de una leva de este tipo, la bobina de lanzadera se enrolla uniformemente en la máquina de coser.

Mecanismos de palanca

A menudo en las máquinas se requiere cambiar la dirección de movimiento de alguna pieza. Supongamos que el movimiento es horizontal y debe dirigirse verticalmente, hacia la derecha, hacia la izquierda o en algún ángulo. Además, a veces es necesario aumentar o disminuir la longitud de la carrera de la palanca de operación. En todos estos casos se utilizan mecanismos de palanca articulada.

La figura muestra un mecanismo de palanca asociado a otros mecanismos. El mecanismo de palanca recibe un movimiento oscilante de la manivela y lo transmite a la corredera. La longitud de carrera con un mecanismo de palanca articulada se puede aumentar cambiando la longitud del brazo de palanca. Cuanto más largo sea el brazo, mayor será su oscilación, y por tanto el avance de la pieza asociada a él, y viceversa, cuanto más pequeño sea el brazo, más corta será la carrera.

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Tipos de mecanismos de transmisión de movimiento.

Una transmisión es un dispositivo técnico para transmitir uno u otro tipo de movimiento de una parte del mecanismo a otra. La transferencia se produce desde la fuente de energía hasta el lugar de su consumo o transformación. Los primeros mecanismos de transmisión se desarrollaron en el mundo antiguo y se utilizaron en los sistemas de riego del Antiguo Egipto, Mesopotamia y China. La mecánica medieval mejoró enormemente los dispositivos de transmisión de movimiento y desarrolló muchos tipos nuevos, usándolos tanto en ruecas como en cerámica. El verdadero florecimiento comenzó en la Nueva Era, con la introducción de tecnologías de producción y procesamiento preciso de aleaciones de acero.

Tipos de transmisión de movimiento.

Tipos de transmisión de movimiento.

Tipos de transmisión de movimiento.

Se utilizan varios tipos de engranajes en diversas máquinas herramienta, electrodomésticos, vehículos y otros mecanismos.

Se suelen distinguir los siguientes tipos de transmisión:

  • movimiento de rotación;
  • rectilíneo o alternativo;
  • movimiento a lo largo de un camino determinado.

Los engranajes rotativos son el tipo de engranajes mecánicos más utilizado.

Características del mecanismo de engranajes.

Dichos mecanismos están diseñados para transferir la rotación de un engranaje a otro utilizando el engrane de los dientes. Tienen pérdidas por fricción relativamente bajas en comparación con los embragues de fricción, ya que no es necesario presionar fuertemente el juego de ruedas entre sí.

mecanismo de engranaje

Un par de engranajes convierte la velocidad de rotación del eje en proporción inversa a la relación del número de dientes. Esta relación se llama relación de transmisión. Por lo tanto, una rueda con cinco dientes girará 4 veces más rápido que una rueda de 20 dientes engranada con ella. El par en tal par también disminuirá 4 veces. Esta propiedad se utiliza para crear cajas de engranajes que reducen la velocidad de rotación al aumentar el par (o viceversa).

Si necesita obtener una relación de transmisión grande, es posible que un par de engranajes no sea suficiente: la caja de cambios resultará ser muy grande. Luego se utilizan varios pares consecutivos de engranajes, cada uno con una relación de transmisión relativamente pequeña. Un ejemplo típico de este tipo es la caja de cambios de un automóvil o un reloj mecánico.

El mecanismo de engranajes también es capaz de cambiar la dirección de rotación del eje de transmisión. Si los ejes están en el mismo plano, se utilizan engranajes cónicos, si en diferentes, entonces la transmisión es de tipo tornillo sin fin o planetaria.

engranaje planetario

Para implementar el movimiento con un período determinado, se dejan uno (o varios) dientes en uno de los engranajes. Luego, el eje secundario se moverá a un ángulo dado solo cada revolución completa del eje de entrada.

Si gira uno de los engranajes en un avión, obtiene una cremallera. Tal par puede convertir el movimiento de rotación en uno rectilíneo.

Parámetros de engranajes

Para que los engranajes engranen y transmitan el movimiento de manera efectiva, es necesario que los dientes coincidan exactamente entre sí a lo largo del perfil. Se regulan los principales parámetros utilizados en el cálculo:

  • El diámetro del círculo inicial.
  • El paso de engrane es la distancia entre dientes adyacentes, determinada a lo largo de la línea del círculo de paso.
  • Módulo. – La relación del paso a la constante π. Los engranajes de igual módulo siempre engranan, independientemente del número de dientes. El estándar prescribe un rango válido de valores de módulo. A través del módulo se expresan todos los parámetros principales del engranaje.
  • Altura del diente.
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Parámetros de engranajes

Parámetros de engranajes

Los parámetros importantes también son la altura de la cabeza y la base del diente, el diámetro de la circunferencia de las protuberancias, el ángulo del contorno y otros.

Ventajas

Las transmisiones de engranajes tienen una serie de ventajas obvias. Eso:

  • transformación de parámetros de movimiento (velocidad y par) en un amplio rango;
  • alta tolerancia a fallas y vida útil;
  • compacidad
  • bajas pérdidas y alta eficiencia;
  • pequeñas cargas por eje;
  • estabilidad de la relación de transmisión;
  • fácil mantenimiento y reparación.

Clasificación de artes

Clasificación de artes

Limitaciones

Los mecanismos de engranajes también tienen ciertas desventajas:

  • Durante la fabricación y el montaje se requiere una alta precisión y un tratamiento superficial especial.
  • Ruido y vibración inevitables, especialmente a altas revoluciones o alto esfuerzo
  • La rigidez de la estructura conduce a la rotura cuando el eje accionado está bloqueado.

Al elegir el tipo de transmisión, el diseñador compara las ventajas y desventajas para cada caso específico.

Transmisiones mecánicas

La transmisión mecánica sirve para transferir la rotación del eje impulsor al conducido, desde el lugar de generación de energía mecánica (generalmente un motor de uno u otro tipo) hasta el lugar de su consumo o transformación.

Como regla general, los motores giran su eje con un rango limitado de cambios en la velocidad y el par. Los consumidores requieren gamas más amplias.

Según el método de transferencia de energía mecánica, se distinguen los siguientes tipos de engranajes:

  • dentado
  • tornillo
  • flexible.
  • fricción.

Tipos de engranajes mecánicos.

Tipos de engranajes mecánicos.

Los mecanismos de transmisión de engranajes, a su vez, se dividen en tipos tales como:

  • cilíndrico
  • cónico
  • Perfil de Novikov.

Según la relación de la velocidad de rotación de los ejes impulsor y accionado, se distinguen cajas de cambios (velocidad de reducción) y multiplicadores (velocidad de aumento). Una caja de cambios manual moderna para un automóvil combina ambos tipos, ya que es una caja de cambios y un multiplicador.

Funciones de los engranajes mecánicos.

La función principal de las transmisiones mecánicas es transferir energía cinética desde su fuente a los consumidores, cuerpos de trabajo. Además del principal, los mecanismos de transmisión también realizan funciones adicionales:

  • Cambio en la velocidad y el par. A una cantidad constante de movimiento, los cambios en estas cantidades son inversamente proporcionales. Los pares de engranajes reemplazables se utilizan para cambios escalonados, la correa o los variadores de torsión son adecuados para cambios suaves.
  • Cambio de sentido de giro. Incluye tanto una inversión convencional como un cambio de sentido del eje de giro mediante mecanismos cónicos, planetarios o cardánicos.
  • Transformación de tipos de movimiento. De rotacional a rectilíneo, de continuo a cíclico.
  • Distribución de par entre varios consumidores.

Las transmisiones mecánicas realizan otras funciones auxiliares.

Clasificación de engranajes mecánicos.

Los ingenieros mecánicos han adoptado varias clasificaciones según el factor de clasificación.

Según el principio de funcionamiento, se distinguen los siguientes tipos de transmisiones mecánicas:

  • compromiso;
  • fricción de rodadura;
  • enlaces flexibles.

En la dirección del cambio en el número de revoluciones, se distinguen reductores (disminución) y multiplicadores (aumento). Cada uno de ellos cambia el par en consecuencia (en la dirección opuesta).

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Según el número de consumidores de la energía de rotación transmitida, el tipo puede ser:

  • de un solo hilo;
  • multiproceso

Clasificación de engranajes mecánicos.

Clasificación de engranajes mecánicos.

Según el número de etapas de conversión: una etapa y varias etapas.

Sobre la base de la transformación de los tipos de movimiento, tales tipos de transmisiones mecánicas se distinguen como

  • Traslación rotacional. Gusano, cremallera y tornillo.
  • Balanceo rotacional. Parejas de palanca.
  • Traslacional-rotacional. Los cigüeñales se utilizan ampliamente en motores de combustión interna y motores de vapor.

Para garantizar el movimiento a lo largo de complejas trayectorias predeterminadas, se utilizan sistemas de palancas, levas y válvulas.

Indicadores clave para elegir engranajes mecánicos

La elección del tipo de transmisión es una tarea de diseño compleja. Es necesario elegir un tipo y diseñar un mecanismo que cumpla con los requisitos técnicos formulados para esta unidad.

Al elegir, el diseñador compara los siguientes factores principales:

  • experiencia de diseños similares anteriores;
  • potencia y par en el eje;
  • el número de revoluciones en la entrada y salida;
  • eficiencia requerida;
  • características de peso y tamaño;
  • disponibilidad de ajustes;
  • recurso operativo planificado;
  • costo de producción;
  • costo de mantenimiento.

A altas potencias transmitidas, generalmente se elige un tipo de engranaje de múltiples hilos. Si necesita ajustar el número de revoluciones en un amplio rango, sería conveniente elegir un variador de correa trapezoidal. La decisión final es del diseñador.

Engranajes cilíndricos

Los mecanismos de este tipo se realizan con engranajes internos o externos. Si los dientes forman un ángulo con el eje longitudinal, el engranaje se llama helicoidal. A medida que aumenta el ángulo de inclinación de los dientes, aumenta la fuerza del par. El engranaje helicoidal también se caracteriza por una mejor resistencia al desgaste, un funcionamiento suave y bajos niveles de ruido y vibración.

Engranaje cilíndrico

La desventaja de este tipo es la aparición de una fuerza parásita que actúa a lo largo del eje de la rueda. Esto crea una carga adicional en los cojinetes de empuje.

Engranaje cónico

Si es necesario cambiar la dirección de rotación y los ejes del eje se encuentran en el mismo plano, se utiliza un tipo de engranaje cónico. El ángulo de cambio más común es de 90°.

Este tipo de mecanismo es más difícil de fabricar e instalar y, al igual que el helicoidal, requiere el refuerzo de las estructuras de soporte.

Engranaje cónico

Un engranaje cónico puede transferir hasta el 80 % de la potencia en comparación con un engranaje cilíndrico.

Engranaje de cremallera y cinturón

El piñón y cremallera convierte el movimiento rotatorio en movimiento lineal. Una de las ruedas dentadas del par está, por así decirlo, desplegada en línea y es una cremallera. Este método se utiliza en la dirección del automóvil, en otros actuadores.

La transmisión por correa se inventó en tiempos prehistóricos y desde entonces se ha modificado y mejorado notablemente.

Consta de dos ruedas-poleas fijadas en los ejes de entrada y salida, cubiertas por una correa de transmisión anular. La rotación se transmite debido a las fuerzas de fricción que se producen en las poleas.

Engranaje de correa Cremallera y piñón

Las correas planas y redondas se utilizan para cargas ligeras. Se ha generalizado una correa en forma de cuña, mientras que la polea está hecha con mejillas, y el enganche se realiza mediante una superficie inferior y dos laterales de la correa.

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Las correas también se suministran con fragmentos dentados. Los engranajes acanalados en V se utilizan ampliamente en los variadores modernos de automóviles y motocicletas. Le permiten transmitir un par significativo y ajustar suavemente la velocidad de rotación del eje impulsado.

Ventajas y desventajas de las transmisiones por correa.

  • transmisión de rotación a largas distancias (hasta 20 metros);
  • bajo nivel de ruido y vibraciones;
  • amortiguación de cargas dinámicas por el material elástico de la correa;
  • dispositivo y operación simples, no se requiere lubricación de la correa).
  • tamaños grandes (con la misma potencia, el engranaje es 5-6 veces más pequeño que la polea);
  • relación de transmisión variable debido al deslizamiento;
  • Baja durabilidad en comparación con los engranajes.

Para garantizar la tracción, la correa debe someterse a una gran tensión previa. Esto acelera el desgaste de los cojinetes y los ejes de las poleas.

solicitud

De todos los tipos de engranajes, los engranajes son los más utilizados. Casi cualquier mecanismo, electrodoméstico, máquina herramienta, reloj mecánico, vehículo incluye pares de engranajes.

Recientemente, con el progreso de la ingeniería eléctrica, el desarrollo de nuevos materiales y el retroceso de los motores de combustión interna a un segundo plano, el uso de mecanismos de engranajes se ha convertido en una tendencia a reducir.

Cada vez más, en lugar de una caja de cambios, se utiliza un circuito electrónico para ajustar el par y la velocidad del motor eléctrico. En un automóvil eléctrico, de varios miles de piezas móviles, el 30% de las cuales eran varios tipos de engranajes, solo quedaban unos pocos cientos.

Engranajes dentados en un mecanismo de reloj

Los motores de tracción están ubicados directamente en la rueda, eliminando la necesidad de una transmisión compleja.

Están surgiendo tendencias similares en los electrodomésticos.

Los reductores de engranajes y las transmisiones conservan sus posiciones donde se requiere la transmisión de potencias y pares muy altos. Estas son instalaciones industriales, equipos de minería, algunos tipos de sistemas de transporte.

Servicio

El mantenimiento oportuno de cualquier equipo de acuerdo con las recomendaciones de su fabricante garantizará su funcionamiento normal, el rendimiento del pasaporte y el desarrollo de un recurso planificado.

El servicio se divide en varios tipos.

  • Mantenimiento en proceso;
  • diagnóstico;
  • mantenimiento preventivo programado;
  • reparaciones no programadas;
  • reparación de emergencia.

Siempre que el mantenimiento de rutina y las reparaciones preventivas programadas se lleven a cabo de acuerdo con los cronogramas, es posible reducir significativamente los riesgos de falla del equipo.

El diagnóstico se lleva a cabo con una frecuencia específica y está diseñado para identificar cambios negativos en el funcionamiento del equipo en una etapa temprana y minimizar la pérdida de tiempo y dinero por reparaciones no programadas.

El mantenimiento de los engranajes consiste en su lubricación oportuna.

Para la correa, es necesaria la restauración periódica de la tensión de la correa.

El diagnóstico se lleva a cabo tanto por inspección visual como por medición de temperatura, niveles de ruido y vibración, ultrasonidos y translucidez de rayos X del mecanismo sin desmontarlo.

Mantenimiento de engranajes

Mantenimiento de engranajes

normas

Los parámetros principales de varios tipos de transmisiones están normalizados por los GOST relevantes:

  • Cilíndrico dentado: 16531-83.
  • Engranaje helicoidal 2144-76.
  • Involuta 19274-73.

Los parámetros adicionales, los métodos de cálculo y las características de operación se describen en otros estándares estatales.

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