Modelado, cálculo y análisis de un sistema reductor de dos etapas

Garza Castillón, Miguel
Canalís Martínez, Paula (dir.)

Universidad de Zaragoza, EINA, 2016
Departamento de Ingeniería Mecánica, Área de Ingeniería Mecánica

Graduado en Ingeniería Mecánica

Resumen: El principal objetivo de este Trabajo Fin de Grado es el estudio y análisis de un sistema reductor de dos etapas de ejes paralelos, compuesto por cuatro engranajes cilíndricos de dientes helicoidales. El conjunto reductor que se va a estudiar ha sido seleccionado en el libro Atlas de las Máquinas, mediante un plano en el que se especifican los principales aspectos geométricos del conjunto, así como las condiciones de trabajo a las que se desea que funcione. A partir de los datos de los que se disponen, se han caracterizado los parámetros más importantes del conjunto y que fundamentalmente describen su funcionamiento. De esta forma, se han realizado los cálculos, bajo distintos criterios de fallo, sobre los principales elementos del sistema reductor. Entre ellos cabe destacar el cálculo a flexión y a desgaste de los engranajes y el cálculo estático de los ejes del sistema, identificando las secciones más desfavorables de los mismos y determinando los esfuerzos a los que están sometidos. Los diagramas de esfuerzos de los ejes del sistema se han elaborado con el software MEFI. También se han analizado las chavetas bajo el cálculo a compresión y el cálculo a cortadura. Finalmente se han calculado los rodamientos necesarios para soportar las fuerzas generadas en la transmisión. Posteriormente se ha modelado el sistema en 3D mediante el software SolidWorks. Todos los elementos que forman el sistema han sido modelados, a excepción de los tornillos, pernos y rodamientos utilizados, que se han introducido en el sistema mediante la librería de elementos comerciales y normalizados del programa. Los planos del sistema, así como de todos los elementos que lo forman, se pueden consultar en el capítulo PLANOS. Una vez que el conjunto ha sido modelado, se ha realizado el análisis estático y dinámico del sistema reductor a partir de los distintos paquetes de cálculo que presenta el software. Esto permite obtener las tensiones que previamente han sido calculadas, de forma que se pueden comparar los resultados analíticos con los calculados mediante el método de elementos finitos a través de SolidWorks. El programa permite realizar cálculos que requieren de una correcta definición del sistema, estableciendo las conexiones entre componentes, las sujeciones y apoyos, el material de los elementos, y las cargas que actúan sobre los mismos. Además, se ha realizado un análisis estático sobre los ejes, de forma que se pueden comparar los resultados con los obtenidos analíticamente. También se ha realizado un análisis de fatiga del sistema reductor, para la obtención del porcentaje de daño y la vida a fatiga del mismo. A partir de estos análisis realizados es posible determinar si el material asignado soporta las tensiones a las que está sometido, obtener los desplazamientos, calcular el coeficiente de seguridad del sistema y, en definitiva, garantizar si el conjunto funciona correctamente bajo las condiciones de trabajo requeridas. Después de los análisis realizados, se detallan tres propuestas de mejora del sistema. La primera de ellas se basa en el aumento del ángulo de inclinación de los dientes. La segunda consiste en la sustitución de los engranajes helicoidales simples por unos engranajes helicoidales dobles. Y la tercera se centra en las variaciones que aparecen debido al cambio de material de los elementos. Estas propuestas están acompañadas del correspondiente análisis estático del sistema y permiten reducir las tensiones que aparecen, en el primer caso, eliminar el empuje axial en el segundo, y disminuir el coste del material, en el otro. Por último, se ha imprimido en 3D el conjunto reductor estudiado en la empresa Atland Projects, a partir de los archivos generados con el software SolidWorks. De esta forma se puede comprobar físicamente el correcto funcionamiento del conjunto, que ha sido reproducido a escala 1:5, y se pueden observar los distintos elementos que componen el sistema reductor.

Tipo de Trabajo Académico: Trabajo Fin de Grado