sistema reductor de velocidad

Departamento de

Tecnología I.E.S. “Virgen de Villadiego”, Peñaflor

PROYECTO TECNOLÓGICO

SISTEMA REDUCTOR DE VELOCIDAD

GRUPO: 0

Ángel Millán León Y SUS ALUMNOS/AS DE 3º DE E.S.O.

COMPONENTES:

3º E.S.O. Grupo A/B

CALIFICACIÓN _________________________

ÍNDICE DEL

ANTEPROYECTO

PROPUESTA DE TRABAJOPROPUESTA DE TRABAJOPROPUESTA DE TRABAJOPROPUESTA DE TRABAJO ............................................................................................................................................................................................ Página 2Página 2Página 2Página 2

INVESTIGACIÓN Y DOCUMENTACIÓNINVESTIGACIÓN Y DOCUMENTACIÓNINVESTIGACIÓN Y DOCUMENTACIÓNINVESTIGACIÓN Y DOCUMENTACIÓN ................................................................................................................ Página 3Página 3Página 3Página 3

DESCRIPCIÓN DE LA SOLUCIÓN ELEGIDADESCRIPCIÓN DE LA SOLUCIÓN ELEGIDADESCRIPCIÓN DE LA SOLUCIÓN ELEGIDADESCRIPCIÓN DE LA SOLUCIÓN ELEGIDA .................................................................................... Página 4Página 4Página 4Página 4

BOCETOBOCETOBOCETOBOCETO ........................................................................................................................................................................................................................................................................................................ Página 6Página 6Página 6Página 6

PLANO DE VISTA GENERAL NUMERADOPLANO DE VISTA GENERAL NUMERADOPLANO DE VISTA GENERAL NUMERADOPLANO DE VISTA GENERAL NUMERADO .................................................................................................... Página 7Página 7Página 7Página 7

VISTAS DEL PROYECTOVISTAS DEL PROYECTOVISTAS DEL PROYECTOVISTAS DEL PROYECTO ............................................................................................................................................................................................................ Página 8Página 8Página 8Página 8

ESQUEMA ELÉCTRICOESQUEMA ELÉCTRICOESQUEMA ELÉCTRICOESQUEMA ELÉCTRICO .................................................................................................................................................................................................................... Página 9Página 9Página 9Página 9

HOJAS DE DESPIECEHOJAS DE DESPIECEHOJAS DE DESPIECEHOJAS DE DESPIECE .................................................................................................................................................................................................................... PáPáPáPágina 10gina 10gina 10gina 10

ÚTILES Y HERRAMIENTASÚTILES Y HERRAMIENTASÚTILES Y HERRAMIENTASÚTILES Y HERRAMIENTAS.................................................................................................................................................................................... Página 13Página 13Página 13Página 13

MATERIALESMATERIALESMATERIALESMATERIALES .................................................................................................................................................................................................................................................................... Página 14Página 14Página 14Página 14

HOJA DE PROCESOHOJA DE PROCESOHOJA DE PROCESOHOJA DE PROCESO ............................................................................................................................................................................................................................ Página 15Página 15Página 15Página 15

PRESUPUESTOPRESUPUESTOPRESUPUESTOPRESUPUESTO............................................................................................................................................................................................................................................................ Página 17Página 17Página 17Página 17

HOJA DE CÁLCULOS MECÁNICOSHOJA DE CÁLCULOS MECÁNICOSHOJA DE CÁLCULOS MECÁNICOSHOJA DE CÁLCULOS MECÁNICOS .................................................................................................................................... Página 19Página 19Página 19Página 19

HOJA DE CÁLCULOS ELÉCTRICOSHOJA DE CÁLCULOS ELÉCTRICOSHOJA DE CÁLCULOS ELÉCTRICOSHOJA DE CÁLCULOS ELÉCTRICOS .................................................................................................................................... Página 20Página 20Página 20Página 20

MEMORIA DESCRIPTIVA

En este apartado se incluye la siguiente documentación (márquese con una cruz lo que proceda):

X PT PROPUESTA DE TRABAJO

SP SOLUCIONES PLANTEADAS

X ID INVESTIGACIÓN Y DOCUMENTACIÓN

X DS DESCRIPCIÓN DE LA SOLUCIÓN ELEGIDA

I.E.S. “Virgen de Villadiego”, Peñaflor Departamento de Tecnología

PROPUESTA DE TRABAJO PT 1 1 2

Nos plantearon en su momento construir un sistema reductor de velocidad con las siguientes características:

1) Que tuviera una relación de transmisión bastante elevada. Esto quiere decir que provoque una fuerte reducción de velocidad.

2) Que fuera alimentado por una pila de 4’5 V.

3) Que ocupara relativamente poco espacio.

4) Que pudiera ser utilizado en gran variedad de aplicaciones (modularidad). Esto quiere decir que debe ser portátil y fácilmente desmontable. Debe ser fácil de instalar en una maqueta y de ser retirado cuando deba ser llevado a otra.

A esto, como nos piden siempre, tenemos que añadir la posibilidad de realizar la reductora con materiales reciclados o, en otro caso, con los materiales más asequibles posible, para que el coste total del proyecto no se dispare.

AUTOR@: Ángel Millán León


INVESTIGACIÓN Y DOCUMENTACIÓN ID 1 1 3

La Humanidad precisa, constantemente, de la producción de movimiento, energía, etc.

Una de las formas más sencillas de obtener movimiento en nuestras máquinas es a través de un motor.

Los motores, en sus diferentes variedades (eléctricos, de combustión, etc.), suelen girar a velocidades elevadas. Así mismo, la fuerza disponible en el eje (más correctamente, debería llamarle “par motor” es pequeña.

En Tecnología, utilizamos un sistema reductor de velocidad con dos intenciones:

1) Disminuir la velocidad de giro de un sistema.

2) Aumentar la fuerza disponible en un eje, por ejemplo, para elevar un peso.

Hay reductoras en muchos lugares, pero el más conocido quizás sea la caja de cambios del motor de un automóvil. Ahí encontramos un conjunto de engranajes que, conectados de forma adecuada gracias a la acción de una palanca movida por el conductor, consiguen acoplar adecuadamente la velocidad de rotación del motor a la de marcha del coche.

Encontramos también sistemas reductores de velocidad en un reloj, en una máquina de fabricación industrial, etc.

Después tuve que investigar qué era eso de la relación de multiplicación. Resulta que es un número igual al cociente entre la velocidad de giro del eje conducido (el que se arrastra) y la velocidad de giro del eje conductor (el que se conecta al motor). Se suele llamar con la letra Z, de modo que puedo escribir esta fórmula:

conducido

motor

nZ

n=

He llamado n a la velocidad de giro del eje en cuestión, ya que se suele medir en número de vueltas por minuto o revoluciones por minuto (r.p.m.).



DESCRIPCIÓN DE LA SOLUCIÓN DS 1 1 4

Sería conveniente que fuéramos consultando el croquis de vista general que hay en la página 7 a la vez que vamos leyendo este apartado.

La solución que propongo para nuestro problema consiste en dos poleas (6) montadas sobre dos ejes horizontales (5). Estos ejes se colocan paralelos entre sí, y uno sobre otro, gracias a dos soportes verticales (7) de suficiente altura. Estos soportes van pegados a una base de espesor suficiente (1), y la unión se refuerza con la presencia de pequeñas escuadras (2).

El giro se consigue gracias a un motor eléctrico (3) de 3’5 voltios, que se pone en marcha gracias a la presencia de una pila de petaca. El paso de la corriente lo regula un interruptor fabricado con un clip.

El eje de este motor lo unimos a la polea inferior mediante una goma elástica (8). Puede ser necesario que ambos ejes no sean paralelos, que haya que girar un poco el motor para que al girar no se escape la goma elástica cuando gire a gran velocidad.

El eje de la polea inferior lo unimos a la segunda polea con otra goma elástica. Así conseguimos una doble reducción. Finalmente, se uniría el eje de la segunda polea al objeto que se pretende hacer girar a baja velocidad.

Las poleas se forman con la unión de tres discos. Los discos exteriores, deben ser un poco mayores que el interior, que es el que producirá el arrastre de la goma elástica. La unión debe realizarse con cola blanca, para que no queden huecos entre los discos.

Cada polea se mantiene en posición vertical gracias a dos tuercas situadas a cada lado y apretadas contra los discos exteriores que forman la polea. Antes de realizar la unión definitiva, habrá que encolar un poco para garantizar que el sistema quede fijo.

Se ha pensado en utilizar una técnica de tuerca-contratuerca para el montaje de los ejes de las poleas sobre los soportes, ya que ello va a permitir desmontar fácilmente uno de los ejes si se estropea una de las gomas que transmiten el movimiento.

La técnica de tuerca-contratuerca evita que, al girar, las tuercas se muevan y el eje se salga de su soporte.

Aunque no se ha previsto en el diseño, puede ser necesario colocar algún travesaño de soporte a soporte, para evitar que éstos se doblen hacia dentro por la parte superior.


PLANOS En este apartado se incluyen los siguientes planos (márquese con una cruz lo que proceda):

TIPO DE PLANO OBSERVACIONES

X BOCETOS

X CROQUIS DE VISTA GENERAL

PLANOS DE DETALLE

X LISTA DE PIEZAS

PLANO DE EMPLAZAMIENTO

X Alzado

X Planta X VISTAS

X Perfil

X Esquema eléctrico Esquema hidráulico ESQUEMAS Esquema neumático

DIBUJADO Ángel Millán 15/10/2006

COMPROBADO

I.E.S.I.E.S.I.E.S.I.E.S. VIRGEN DE VIRGEN DE VIRGEN DE VIRGEN DE VILLADIEGOVILLADIEGOVILLADIEGOVILLADIEGO

CROQUIS DE VISTA GENERAL

NUMERADO Diseñado con AutoCAD 2000

1

7

4

5

3

2

6

8

DIBUJADO Ángel Millán 15/10/2006

COMPROBADO

I.E.S. VIRGEN DE I.E.S. VIRGEN DE I.E.S. VIRGEN DE I.E.S. VIRGEN DE VILLADIEGOVILLADIEGOVILLADIEGOVILLADIEGO

VISTAS DE LA MAQUETA Diseñado con AutoCAD 2000

Nuestro circuito eléctrico es muy sencillo, como podemos ven en el esquema. Consiste en una pila de 4,5 V, conectada a un motor eléctrico de 3,5 V a través de un interruptor, que permite o corta a voluntad el paso de la corriente a través del circuito.

Soldaremos los cables a las escobillas del motor y los otros extremos los uniremos a los bornes de las pilas mediante lazos, para poder desmontar cuando sea necesario.

DIBUJADO Ángel MillánÁngel MillánÁngel MillánÁngel Millán 15/10/200615/10/200615/10/200615/10/2006

COMPROBADO

I.E.S. VIRGEN DE I.E.S. VIRGEN DE I.E.S. VIRGEN DE I.E.S. VIRGEN DE VILLADIEGOVILLADIEGOVILLADIEGOVILLADIEGO

CIRCUITO ELÉCTRICOCIRCUITO ELÉCTRICOCIRCUITO ELÉCTRICOCIRCUITO ELÉCTRICO Diseñado con Crocodile Clips 3.0


LISTA DE PIEZAS LP 1 2 10

PIEZA 1 Base PIEZA 2 Escuadras

UNIDADES: 1 UNIDADES: 2

MATERIAL: Tablero DM e = 16 mm MATERIAL: Contrachapado e = 4 mm

PIEZA 3 Motor Eléctrico PIEZA 4 Tuercas M8 UNIDADES: 1 UNIDADES: 12

MATERIAL: Acero, cobre MATERIAL: Acero

PIEZA 5 Tornillo M8 PIEZA 6 Polea UNIDADES: 2 UNIDADES: 2 Véase detalle MATERIAL: Acero MATERIAL: Contrachapado e = 4 mm


LISTA DE PIEZAS LP 2 2 11

PIEZA 6A Polea disco exterior

UNIDADES: 4 φ = 50 mm

MATERIAL: Contrachapado e = 4 mm

PIEZA 6B Polea disco interior PIEZA 7 Soporte vertical UNIDADES: 2 φ = 48 mm UNIDADES: 2

MATERIAL: Contrachapado e = 4 mm MATERIAL: Contrachapado e = 4 mm

PIEZA 8 Goma elástica PIEZA 9 Pila de petaca UNIDADES: 3 UNIDADES: 1

MATERIAL: Caucho MATERIAL: Varios


MEMORIA TÉCNICA

En este apartado se incluyen los siguientes documentos (márquese con una cruz lo que proceda)

X HU HERRAMIENTAS Y

ÚTILES AUXILIARES

X MA MATERIALES.

FORMAS COMERCIALES

X HP HOJA DE PROCESOS


HERRAMIENTAS Y ÚTILES AUXILIARES HU 1 1 13

MEDIDA Y TRAZADO CORTE

LÁPIZ

REGLA

ESCUADRA DE CARPINTERO

SEGUETA

SIERRA DE CALAR

TALADRADO ACABADO

TALADRO ELÉCTRICO LIMA

BROCHA

SUJECIÓN PERCUSIÓN

GATO

ALICATES UNIVERSALES

MARTILLO

GIRO UNIÓN Y PEGADO

LLAVE AJUSTABLE PISTOLA TERMOENCOLADORA

SOLDADOR



LISTA DE MATERIALES MA 1 1 14

MADERA DERIVADOS DE LA MADERA

Cantidad Forma comercial Cantidad Forma comercial 0’5 m2 Tablero DM e = 16 mm 0’5 m2 Contrachapado e = 4 mm

METALES TEXTILES

Cantidad Forma comercial Cantidad Forma comercial

1 Rollo estaño soldadura 12 Tuercas M8 1 m Varilla roscada M8

PLÁSTICOS MATERIALES CERÁMICOS


2 Barras pegamento termofusible 1 Bote cola blanca

PINTURAS Y BARNICES MATERIALES MIXTOS


1 Lata 250 ml barniz pino



HOJA DE PROCESO HP 1 1 15

DÍA: 1 FECHA: DÍA: 2 FECHA:

OPERARIO 10’ 10’ 10’ 10’ 10’ 10’ OPERARIO 10’ 10’ 10’ 10’ 10’ 10’

ÁNGEL CORTE DE LA BASE

ACABADO DE LA BASE

CORTE SOPORTES

ACABADO SOPORTES

CORTE DISCOS POLEAS

ACABADO DISCOS POLEAS

ÁNGEL CORTE TORNILLO

ACABADO TORNILLO

MONTAJE POLEAS EN TORNILLOS

PEGADO SOPORTES Y ESCUEADRAS A LA BASE

SOLDAR CABLES A

MOTOR

DÍA: 3 FECHA: DÍA: 4 FECHA:


ÁNGEL FIJAR PILA A BASE

FIJAR MOTOR A BASE

COLOCAR GOMAS

ELÁSTICAS

MONTAR EJES POLEAS

SOPORTE

COMPROBAR MOVIMIENTO

FINALIZAR INSTALACIÓN

ELÉCTRICA ÁNGEL BARNIZAR TODA LA

MAQUETA VERIFICAR FUNCIONAMIENTO

DEL CONJUNTO

DÍA: FECHA: DÍA: FECHA:


MEMORIA ECONÓMICA

En este apartado se incluyen los siguientes documentos (márquese con una cruz lo que proceda):

X PR PRESUPUESTO

AE ANÁLISIS ECONÓMICO


PRESUPUESTO PR 1 1 17

I.E.S. “Virgen de Villadiego”

Urbanización “Los Caños”, S/N

41470 Peñaflor, Sevilla

GRUPO

0

FECHA: VÁLIDO HASTA:

15/10/2006 Tres meses

CANTIDAD CONCEPTO PRECIO UNITARIO IMPORTE (€)

0,5 m2 Tablero DM e = 16 mm 12 € /m2 6,00

0,5 m2 Contrachapado e = 4 mm 5 € /m2 2,50

12 Tuercas M8 0,10 € 1,20

3 Gomas elásticas 0,05 € 0,15

2 Barras pegamento termofusible 0,20 € 0,40

1 Lata barniz 250 ml 3,00 € 3,00

1 Rollo estaño soldadura 2,50 € 2,50

1 Bote cola blanca 1,00 € 1,00

1 Pila de petaca 1,00 € 1,00

1 Clip de oficina - -

SUBTOTAL 17,75

IVA (16 %) 2,68

TOTAL 20,43 €

MEMORIA DE CÁLCULO En este apartado se incluyen los siguientes documentos (márquese con una cruz lo que proceda):

X CM CÁLCULOS MECÁNICOS

X CE CÁLCULOS ELÉCTRICOS

CH CÁLCULOS HIDRÁULICOS

CN CÁLCULOS NEUMÁTICOS


CÁLCULOS MECÁNICOS CM 1 1 19

Es interesante calcular la relación de transmisión de la reductora, así como la velocidad final del programador, con objeto de saber si cumple o no las condiciones de la propuesta de trabajo.

Recordemos que en la propuesta de trabajo se nos indicaba que el período mínimo del programador de bote tenía que ser 20 segundos. Esto quiere decir que el bote programador debe dar una vuelta completa cada veinte segundos. Dicho de otro modo, en un minuto habrá dado 3 vueltas, por lo que su velocidad deberá ser de 3 r.p.m.

En nuestro montaje, tenemos tres transmisiones, a saber: 1ª) motor → polea número 1; 2) eje de la polea número 1 → polea número 2; 3ª) eje de la polea número 2 → programador de bote

Vamos a identificar cada una de las medidas de los ejes implicados:

Φm es el diámetro del eje del motor.

Φp1 es el diámetro de la polea número 1.

Φe1 es el diámetro del eje de la polea número 1.

Φp2 es el diámetro de la polea número 2.

Φe2 es el diámetro del eje de la polea número 2.

Φl es el diámetro de la lata del programador de bote.

1 1· ·m m p pn nφ φ=

1 1 2 2· ·e e p pn nφ φ=

2 2· ·e e l ln nφ φ=

Los ejes de las poleas son solidarios con ellas. Esto se traduce en que np1 = ne1 y np2 = ne2, por lo que podemos escribir las fórmulas anteriores como:

1 1· ·m m p pn nφ φ=

1 1 2 2· ·p e p pn nφ φ=

2 2· ·p e l ln nφ φ=

Nuestro objetivo es obtener la velocidad de salida del sistema (nl) en función de la velocidad de entrada (nm).

2

2

· lp l

e

n nφφ

= → 2

1

2 1

·pl

p le e

n nφφ

φ φ=

y sustituimos en la primera, con lo que: 2

1

1 2

·· · ·

·

l pm m l p

e e

n nφ φ

φ φφ φ

=

de donde: 2 1

1 2

· · ·p pl

m le e m

n nφ φφ

φ φ φ= , y despejando, finalmente, nl, se llega a que: 2 1

2 1

· · ·e e m

l ml p p

n nφ φ φφ φ φ

=

La velocidad de giro de nuestro motor (nm) oscila en torno a las 1.200 r.p.m.

Medimos a continuación los diferentes diámetros que intervienen:

Eje del motor: Φm = 2 mm

Diámetros interiores de las poleas: Φp1 = Φp2 = 81 mm

Ejes de las poleas: Φe1 = Φe2

= 8 mm

Sustituyendo los valores encontraremos que:

2 1

2 1

8 8 21 500 0 30

100 81 81· · · . · · , . . .

e e ml m

l p p

n n r p mφ φ φφ φ φ

= = =

Con lo cual estamos dentro de las condiciones que se estipulan (velocidad del programador inferior a 3 r.p.m).



CÁLCULOS ELÉCTRICOS CE 1 1 20

En este apartado vamos a calcular la potencia eléctrica consumida por nuestra reductora. Para ello, tenemos en cuenta la tensión de nuestra pila (4,5 V) y medimos la resistencia del motor, acoplando un polímetro (en modo ohmiómetro) en los bornes del motor.

Medida esta resistencia sobre un motor normal, resulta ser de 2,5 Ω.

En primer lugar, utilizando la ley de Ohm, calculamos la intensidad que pasa por el circuito eléctrico:

4 5

1 82,5

,,

V VI A

R Ω= = =

Ahora, empleando la ley de Joule, calculo la potencia consumida por la reductora:

4 5 1 8 8 1· , · , ,P V I V A W= = =

O sea, nuestra reductora consume una potencia eléctrica de 8,1 W.


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