Mecanismos para la transmisión de movimientos

Mecanismos para la transmisión de movimientos

Cada sistema mecánico controlado por computadora que implica movimiento se construye respecto a un marco básico de un mecanismo, el cual se emplea para transmitir el movimiento generado por los actuadores a las herramientas deseadas. Los actuadores proporcionan movimiento puramente rotatorio o puramente lineal.

Los mecanismos de transmisión de movimiento realizan dos funciones distintas:

1. Transmiten movimiento del actuador a la herramienta cuando el actuador no se puede diseñar en la misma ubicación que la herramienta con el tipo de movimiento deseado.
2. Aumentan o reducen el par de torsión y la velocidad entre ejes de entrada y salida al tiempo que mantienen la conservación de potencia entre la entrada y la salida (potencia de salida es potencia de entrada menos la perdidas de potencia).

Los mecanismos de transmisión más comunes caen dentro de una de tres categorías:

1. Mecanismos de transmisión de movimiento rotatorio a rotatorio (engranes, bandas y poleas).
2. Mecanismo de transmisión de movimiento rotatorio a movimiento de traslación (tornillos de avance, cremallera-piñón, banda-polea).
3. Mecanismo de transmisión de movimiento cíclico (articulaciones y levas)

Durante la conversión hay una perdida inevitable de potencia debida a la fricción. [Sin embargo, para fines de análisis aquí se supondrán mecanismos ideales de transmisión de movimiento con una eficiencia del 100%].

La eficiencia de un mecanismo de transmisión de movimiento se define como la razón entre la potencia de salida y la potencia de entrada:

[pic 1]

La eficiencia puede variar en un rango del 75% al 95% para tipos diferentes de mecanismos de transmisión de movimiento.

Si se supone una eficiencia perfecta entonces:

[pic 2]

La construcción mecánica del mecanismo determina la razón del desplazamiento de entrada al desplazamiento de salida, a la cual se le denomina razón efectiva de engranajes. La razón efectiva de engranajes no está influenciada por la eficiencia. Si un mecanismo no es 100% eficiente, la pérdida es un porcentaje del par de torsión o fuerza transmitida.

[pic 3]

[pic 4]

[pic 5]

[pic 6]

[pic 7]

[pic 8]

[pic 9]

[pic 10]

[pic 11]

[pic 12]

[pic 13]

[pic 14]

[pic 15]

[pic 16]

[pic 17]

[pic 18]

[pic 19]

[pic 20]

[pic 21]

Un mecanismo de transmisión de movimiento se caracteriza por los parámetros siguientes:

1. Razón efectiva de engranes.- la característica principal de un mecanismo de transmisión de movimiento es su razón de engranajes. A esto algunas veces se le denomina razón efectiva de engranajes debido a que la conversión de movimiento no se realiza necesariamente por engranes.
2. Eficiencia.- la eficiencia de un mecanismo real de transmisión siempre es menor que 100%. Para la mayoría de los mecanismos de engranajes, las eficiencias de impulsión hacia delante y atrás son las mismas, excepto los mecanismos de tipo de tornillos de avance y tornillos de bolas. En esos mecanismos, es apropiado hablar de eficiencia de conversión de movimiento rotatorio a lineal (eficiencia hacia delante) ηf y eficiencia de conversión de movimiento lineal a rotatorio (eficiencia hacia tras) ηb. Para tornillos de bolas, los valores comunes de los coeficientes de eficiencia son ηf =0.9 y ηb=0.8 y para tornillos de avance varia como una función del ángulo de avance. El ángulo de avance se define como el ángulo que forma la hélice de avance con una línea perpendicular al eje de rotación. A medida que aumenta el avance (distancia lineal recorrida por rotación), también aumenta el ángulo de avance y por lo tanto la eficiencia.
3. Juego.- siempre hay un juego efectivo en mecanismos de transmisión de movimiento. El juego está dado en unidades de minutos de arco =1/60 grados en mecanismos rotatorios y en distancia lineal en mecanismos de traslación. Observe que el juego afecta en forma directa la exactitud del posicionamiento. Si el sensor de posición está conectado al motor, no a la carga, no será capaz de medir el erro de posicionamiento debido al juego.
4. Rigidez.- los componentes de la transmisión no son completamente rígidos. Tienen una rigidez finita. La rigidez de la caja de transmisión entre el eje de entrada y salida se clasifica con parámetro de rigidez torsional o de traslación.
5. Fricción de arranque.- este par de torsión (o fuerza) de fricción es un valor estimado y una función rigurosa de la condición de lubricación de los componentes móviles. Éste es el par de torsión o fuerza mínima necesaria en el eje de entrada para mover el mecanismo.
6. Manejabilidad en reversa.- los mecanismos de conversión de movimiento implican dos ejes, eje de entrada y eje de salida. En modo normal de operación, el movimiento y el par de torsión en el eje de entrada se trasmite al eje de salida con una eficiencia finita. La manejabilidad en reversa se refiere a la transmisión de potencia en la dirección opuesta, es decir, la fuente de movimiento se proporciona en el eje de salida y se trasmite al eje de entrada. La mayoría de los mecanismos de tipo con engranajes rectos, bandas y poleas son manejables en reversa con la misma eficiencia en ambas direcciones. Los mecanismos de conversión de movimiento rotatorio a lineal, como el tornillo de avance y el de bolas, tienen eficiencias distintas y no son necesariamente manejables en reversa. Los tornillos de bolas se consideran manejables en reversa para todos los casos. La manejabilidad en reversa de un tornillo de avance depende del ángulo de avance. Los mecanismos de tornillos sinfín no son manejables en reversa.

Mecanismos de transmisión de movimiento rotatorio a rotatorio

Engranes

Los engranes se emplean para aumentar o disminuir la razón de la velocidad entre el eje de entrada y el eje de salida

[pic 22]

[pic 23]

[pic 24]

[pic 25]

Como el paso de cada engrane debe de ser el mismo, el numero de dientes es proporcional a su radio,

[pic 26]

Donde [pic 27][pic 28] y [pic 29][pic 30] representan el numero de dientes del engrane en cada engrane. Se puede demostrar que para una caja de engranes ideal (eficiencia de la transmisión de la potencia del 100%),

...