Foros de SóloIngeniería

- 18 Mar 2013, 20:12 #318746

Hola,
Necesito ayuda para lo siguiente. Estoy diseñando un utillaje mediante el cual quiero poder subir y bajar mediante tornillo de potencia un cilindro neumático que, una vez elevado hasta la posición deseada, ejercerá una fuerza de 4500 N (consideraremos que el peso que tendrá que sostener el tornillo es de 10 kg). Este tornillo no gira, gira la tuerca accionada por un motor con tornillo sinfín.

Bien, a la hora de calcular el tornillo que necesito, la situación más desfavorable a priori es aquella en el que el cilindro está en su posición más alta (250mm) y ejerciendo esos 4500 N de fuerza con el tornillo parado. El primer boceto es el de la imagen:

sin guía.jpeg

Para hacer el cálculo del diámetro del tornillo en esa posición de parada, he supuesto que es un redondo empotrado con una fuerza lateral de 4500 N en el extremo libre que está a 250mm del empotramiento y una de compresión de 100 N. ¿Es esto correcto?

La cuestión es que creo conveniente que el movimiento vertical de este tornillo esté guiado tal y como se puede ver en estas dos imágenes:

con guía.jpeg

conjunto.jpeg

Y aquí es donde tengo la duda. Me gustaría saber cómo he de repartir las fuerzas y momentos entre el tornillo y la guía. Me gustaría utilizar un tornillo con el menor diámetro posible o, dicho de otra manera, quisiera que el momento flector creado por la fuerza lateral de 4500 N fuera soportado más (o totalmente) por la guía. ¿Cómo he de diseñarlo/calcularlo?

Muchísimas gracias

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- 18 Mar 2013, 22:50 #318756

Guiado lineal.

Con eso, yo creo que lo encuentras. Y si intentas construirlo sin guías comerciales, es probable que falles. Sin saber más de la aplicación es difícil de decir pero bueno.

¿Por qué un husillo? ¿Necesitas saber dónde llegas, o algo así?

Me recuerda a la aplicación de tu primer post, por cierto. ¿Una mejora?

Nota importante: Llevas por aquí casi tres años y aún no te has presentado. Estaría muy bien que lo hicieras.

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Cacahué

- 18 Mar 2013, 23:43 #318764

Gracias. Sí, es una mejora. Me convence más el mecanismo de husillo. Pero no he encontrado en google la forma de calcular teniendo en cuenta este montaje.Y, sobre todo, me gustaría saber el cómo plantear el problema. En mi última configuración con guía, ¿cuál es el esquema de esfuerzos?. Muchas gracias.

Tenías razón, no me había presentado. Ahora ya sí ;)

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- 20 Mar 2013, 00:27 #318856

El moñeco que he puesto más arriba es para que buscaras en google sistemas de guiado lineal. Puedes buscar también cilindros eléctricos (creo que se llaman así) que es lo que tú quieres.

Por funcionamiento, lo mejor es que sustituyas esa pletina por dos varillas de calibrado. El lío que tenemos en este asunto es que parece que quieres que el cilindro suba más que la guía, lo cual es un problema, porque tienes que montarlo de tal manera que el husillo no trabaje a flexión (es para empujar).

Lo ideal, por cierto, es que el sistema sea justo al revés, que sea el carro el que se mueva por una guía rígida. A ese carro le atas el cilindro y ya está. En el catálogo viene los esfuerzos que aguantan y con eso ya eliges guía. Según lo que te quieras gastar tienes mucha variedad. Según los requerimientos de precisión/lo crítico que sea el asunto, verás lo que pones. Son cosas que hacen en Taiwan, en Alemania y en Japón, por decirte tres sitios (las marcas las buscas tú, pregunta a quien compres los rodamientos).

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Cacahué

- 20 Mar 2013, 08:54 #318861

El problema es que no puedo poner una guía rígida que ocupe toda la carrera a recorrer por necesidades del utillaje, es decir, en ningún momento, puede haber nada a más altura que el cilindro, a ninguno de los lados.

Sí, lo que quiero es precisamente eso, hacer que el husillo no soporte el flector, que sólo trabaje para subir y bajar la carga. Si pusiera un par de varillas calibradas ¿soportarían estas todo el flector? ¿cómo tendría que montarlas para que así fuera? ¡Muchas gracias!

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- 20 Mar 2013, 10:26 #318870

El problema es que no puedo poner una guía rígida que ocupe toda la carrera a recorrer por necesidades del utillaje, es decir, en ningún momento, puede haber nada a más altura que el cilindro, a ninguno de los lados.

Sí, lo que quiero es precisamente eso, hacer que el husillo no soporte el flector, que sólo trabaje para subir y bajar la carga. Si pusiera un par de varillas calibradas ¿soportarían estas todo el flector? ¿cómo tendría que montarlas para que así fuera? ¡Muchas gracias!

Con dos varillas calibradas te valdría perfectamente, deberían ir fijas en la plataforma superior y correr en la base donde vá la tuerca, pero no las veo necesarias, te vale perfectamente que el husillo aguante el flector siempre que el flector se produzca cuando el husillo ya se ha detenido.
El calculo se podría hacer como dijiste tratándolo como una viga empotrada, pero la tuerca debería tener al menos de larga 3 veces el diámetro del husillo, y tomar como referencia el diámetro de fondo de rosca, ojo si son muchos ciclos deberás dimensionar generosamente, ya que los husillos roscados son enormemente propensos a la fatiga. A este montaje deberás añadirle una varilla guía, simplemente para que la base superior no gire.

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"La calidad perdura una vez olvidado el precio" Henry Royce

- 20 Mar 2013, 11:30 #318876

Gracias tor_nero,

La cuestión es que, sabiendo que debo poner una guía para que no gire la carga, pensaba que esta misma podría servirme para disminuir el diámetro del husillo ya que entiendo que esta guía (en forma de varilla calibrada por ejemplo, como dices) soportará esfuerzos derivados de los 4500 N. Es decir, que la guía hará que el husillo no esté tan solicitado.

Pero me surge la duda de si esta guía se queda con todo el esfuerzo, con parte, con nada... ¿Cómo debería calcularlo? ¿Qué puedo hacer para que la guía se lleva la mayor parte de este esfuerzo?

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- 20 Mar 2013, 15:21 #318896

Para eso que dices lo único que debes hacer es poner la tuerca estrecha y el casquillo de la guía ancho, y que la guía supere en diámetro al husillo, para que la flecha por unidad de fuerza en la guía sea menor.
El caso es buscar por uno u otro medio la mayor rigidez de la guía.

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"La calidad perdura una vez olvidado el precio" Henry Royce

- 20 Mar 2013, 19:16 #318912

¿No sería mejor para que la guía soporte más esfuerzo que vaya más ajustada con su casquillo que el husillo con la tuerca? Y a niveles de cálculo, ¿cómo se traduce ese reparto de esfuerzos?

Muchas gracias

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- 20 Mar 2013, 19:42 #318914

Por lo general, una varilla cromada o simplemente calibrada con un casquillo siempre irá mas ajustada que una rosca y una tuerca, ya que la tolerancia de las roscas seas cuales sean es algo más amplia, pero además fijate también que te he dicho en el anterior post que la tuerca fuera mucho mas estrecha que el casquillo, para que le permita algo más de "ladeo".
A efectos de cálculo y tal y como lo planteas yo lo haría de manera que la varilla sea la que lleva asume toda la carga del momento, y la plantearía como una viga empotrada, debiendo así estar guiada en al menos 3 veces el diámetro. También tendrías que calcular la tensión admisible de compresión de ese casquillo, (esto es ya algo más complicado pero vamos para tí que serás ingeniero seguro que no.
Por cierto vuelvo a decir que siempre que el momento aparezca con el husillo parado, sino habrá otros problemas añadidos.

Y con respecto al husillo solo lo calcularía a efectos de la carga axial, pandeo etc.


Edito: Debes saber también que a la hora de fabricarlo, y cuando la maquina trabaja no se comportan las cosas perfectamente como las ideamos, y pueden surgir pequeñas variaciones, en este si la fuerza de 4500N no esta perfectamente en linea con los ejes de simetría de husillo y vástago-guía se producirá un momento que tendera a girar la base, por lo tanto el husillo y vástago aguantaran una flexión, perpendicular a la fuerza de 4500N, tenlo en cuenta para quien en este caso llevaría la peor parte que es el husillo roscado.


Me plantearía perfectamente lo que dice Chicas una guía lineal rodada, con un cilindro neumático, con topes mecánicos se comporta perfectamente bien, mejor que el invento que tratas de hacer. Otra cosa sería que no tuvieses la posibilidad de alimentar con aire comprimido. Un saludo

Última edición por tor_nero el 21 Mar 2013, 10:14, editado 2 veces en total

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"La calidad perdura una vez olvidado el precio" Henry Royce

- 20 Mar 2013, 20:02 #318919

¡Eso buscaba! Perfecto. Muchísimas gracias y ya siento haber sido tan pesado ;)

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- 20 Mar 2013, 23:37 #318939

Otra opción a barajar, si quieres (y puedes, por tamaños) es la siguiente:

Una guía lineal todo lo larga que puedas, anclada a la pared de la máquina.

En el carro de esa guía, una pieza sobre la que va el cilindro neumático horizontal. A la parte inferior de la pieza acoplas el husillo, o en su caso, un cilindro neumático (porque es más barato, más que nada, y no necesitas finales de carrera ni nada. Esta pieza puede sobresalir de la guía hacia arriba lo que quieras. Tendrá que soportar el par que genera el sistema de elevación (supongo que el propio peso, por lo que es despreciable) y el par en dirección perpendicular que genera el empuje del cilindro (4500N x la distancia que tengas del centro del cilindro al de la guía). Coges un catálogo de guías (los hay online) buscas la que te valga, y si te cabe, pides precio.

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Cacahué

- 20 Mar 2013, 23:59 #318945

Hola chichas,
No sé si te he entendido bien. La guía larga a la que te refieres, cuando el cilindro está en su posición más baja, ¿tiene su final más arriba que el cilindro? (En ese caso no me valdría)

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- 21 Mar 2013, 01:07 #318949

No tiene por qué, eso lo separas con la pieza que pones entre el carro y el cilindro. Cuanto más lo separes, más larga sale, y más par transmites a la guía, con lo que necesitarás una más grande. Mañana a mediodía te lo pinto si quieres.

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Cacahué

- 21 Mar 2013, 08:06 #318950

Si lo puedes dibujar mejor que mejor. Gracias

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