Anteproyecto Sistema Reductor de Velocidad

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

PROYECTO TECNOLÓGICO

SISTEMA REDUCTOR DE VELOCIDAD GRUPO: COMPONENTES:

3º

E.S.O.

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

A/B

CALIFICACIÓN__________________________

ÍNDICE DEL ANTEPROYECTO PROPUESTA DE TRABAJO.........................................Página 2 INVESTIGACIÓN Y DOCUMENTACIÓN.......................Página 3 DESCRIPCIÓN DE LA SOLUCIÓN ELEGIDA................Página 4 BOCETO....................................................................Página 6 PLANO DE VISTA GENERAL NUMERADO...................Página 7 VISTAS DEL PROYECTO.............................................Página 8 ESQUEMA ELÉCTRICO...............................................Página 9 HOJAS DE DESPIECE...............................................Página 10 ÚTILES Y HERRAMIENTAS.......................................Página 13 MATERIALES...........................................................Página 14 HOJA DE PROCESO.................................................Página 15 PRESUPUESTO.........................................................Página 17 HOJA DE CÁLCULOS MECÁNICOS............................Página 19 HOJA DE CÁLCULOS ELÉCTRICOS...........................Página 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

PROPUESTA DE TRABAJO

Departamento de Tecnología

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

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

Departamento de Tecnología

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:

Z=

nconducido nmotor

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.).

AUTOR@: Ángel Millán León

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

DESCRIPCIÓN DE LA SOLUCIÓN

Departamento de Tecnología

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.

AUTOR@: Ángel Millán León

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

VISTAS

ESQUEMAS

X

Alzado

X

Planta

X X

Perfil Esquema eléctrico Esquema hidráulico Esquema neumático

5

6

7

8 4

2

1

3

DIBUJADO

Ángel Millán

15/10/2006

COMPROBADO

CROQUIS DE VISTA GENERAL NUMERADO

I.E.S. VIRGEN DE VILLADIEGO Diseñado con AutoCAD 2000

DIBUJADO

Ángel Millán

15/10/2006

COMPROBADO

VISTAS DE LA MAQUETA

I.E.S. VIRGEN DE VILLADIEGO 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 COMPROBADO

Ángel Millán

15/10/2006

CIRCUITO ELÉCTRICO

I.E.S. VIRGEN DE VILLADIEGO Diseñado con Crocodile Clips 3.0

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

Departamento de Tecnología

LISTA DE PIEZAS

PIEZA

1

Base

LP

PIEZA

2

1

2

10

Escuadras

UNIDADES: 1

UNIDADES: 2

MATERIAL: Tablero DM e = 16 mm

MATERIAL: Contrachapado e = 4 mm

3 Motor Eléctrico PIEZA UNIDADES: 1 MATERIAL: Acero, cobre

4 PIEZA UNIDADES: 12 MATERIAL: Acero

5 Tornillo M8 PIEZA UNIDADES: 2 MATERIAL: Acero

6 PIEZA UNIDADES: 2

AUTOR@: Ángel Millán León

Tuercas M8

Polea Véase detalle

MATERIAL: Contrachapado e = 4 mm

LISTA DE PIEZAS

PIEZA

6A

UNIDADES: 4

LP

2

2

11

Polea disco exterior

 = 50 mm

MATERIAL: Contrachapado e = 4 mm

Polea disco interior PIEZA 6B  = 48 mm UNIDADES: 2 MATERIAL: Contrachapado e = 4 mm

7 Soporte vertical PIEZA UNIDADES: 2 MATERIAL: Contrachapado e = 4 mm

8 Goma elástica PIEZA UNIDADES: 3 MATERIAL: Caucho

9 Pila de petaca PIEZA UNIDADES: 1 MATERIAL: Varios

AUTOR@: Ángel Millán León

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

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

Departamento de Tecnología

HERRAMIENTAS Y ÚTILES AUXILIARES

HU

1

1

MEDIDA Y TRAZADO

CORTE

LÁPIZ

SEGUETA

REGLA

SIERRA DE CALAR

13

ESCUADRA DE CARPINTERO

TALADRADO

ACABADO

TALADRO ELÉCTRICO

LIMA BROCHA

SUJECIÓN

PERCUSIÓN

GATO

MARTILLO

ALICATES UNIVERSALES

GIRO

UNIÓN Y PEGADO

LLAVE AJUSTABLE

PISTOLA TERMOENCOLADORA SOLDADOR

AUTOR@: Ángel Millán León

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Departamento de Tecnología

LISTA DE MATERIALES MADERA Cantidad

Forma comercial

MA

Forma comercial

1

Rollo estaño soldadura

12

Tuercas M8

0,5 m

Varilla roscada M8

PLÁSTICOS Cantidad

Forma comercial

2

Barras pegamento termofusible

1

Bote cola blanca

Forma comercial

1

Lata 250 ml barniz pino

AUTOR@: Ángel Millán León

14

Cantidad

Forma comercial

0’02 m2 0’20 m2

Tablero DM e = 16 mm Contrachapado e = 4 mm

TEXTILES Cantidad

Forma comercial

MATERIALES CERÁMICOS Cantidad

PINTURAS Y BARNICES Cantidad

1

DERIVADOS DE LA MADERA

METALES Cantidad

1

Forma comercial

MATERIALES MIXTOS Cantidad

Forma comercial

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Departamento de Tecnología

HOJA DE PROCESO DÍA: 1 OPERARIO ÁNGEL

FECHA: 10’ CORTE DE LA BASE

10’ ACABADO DE LA BASE

DÍA: 3 OPERARIO ÁNGEL

CORTE SOPORTES

DÍA: 2 10’

10’

10’

ACABADO SOPORTES

CORTE DISCOS POLEAS

ACABADO DISCOS POLEAS

FECHA: 10’ FIJAR PILA A BASE

10’

10’

FIJAR MOTOR A BASE

COLOCAR GOMAS ELÁSTICAS

MONTAR EJES POLEAS SOPORTE

10’

10’

ÁNGEL

10’

10’

OPERARIO

COMPROBAR MOVIMIENTO

FINALIZAR INSTALACIÓN ELÉCTRICA

ÁNGEL

FECHA: 10’

OPERARIO

10’ CORTE TORNILLO

10’

10’

ACABADO TORNILLO

MONTAJE POLEAS EN TORNILLOS

10’

10’

OPERARIO

1

15

10’

10’

PEGADO SOPORTES Y ESCUEADRAS A LA BASE

10’ SOLDAR CABLES A MOTOR

FECHA: 10’

10’

BARNIZAR TODA LA MAQUETA

DÍA: 10’

1

FECHA:

DÍA: 4

10’

DÍA: OPERARIO

10’

HP

10’

10’

10’

10’

10’

10’

VERIFICAR FUNCIONAMIENTO DEL CONJUNTO

FECHA: 10’

10’

10’

10’

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

X

PR

PRESUPUESTO

AE

ANÁLISIS ECONÓMICO

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PRESUPUESTO PR 1 1 17 I.E.S. “Virgen de Villadiego” Urbanización “Los Caños”, S/N 41470 Peñaflor, Sevilla GRUPO

FECHA:

VÁLIDO HASTA:

0 Tres meses CANTIDAD CONCEPTO PRECIO UNITARIO IMPORTE (€) 0,02 m2

Tablero DM e = 16 mm 12 € /m2 6,00 0,2 m2 Contrachapado e = 4 mm 5 € /m2 1,00 12 Tuercas M8 0,10 € 1,20 3 Gomas elásticas 0,05 € 0,15 2

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

Departamento de Tecnología

Barras pegamento termofusible 0,50 € 1,00 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 -

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

Departamento de Tecnología

SUBTOTAL 16,85 IVA (21 %) 3,54 TOTAL 20,39 €

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 ELÉCTRICO S

CH

CN

CÁLCULOS HIDRÁULIC CÁLCULOS NEUMÁTICOS

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Departamento de Tecnología

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. nm ·m = np1·p1 ne1·e1 = np 2 ·p 2

ne 2 ·e 2 = nl ·l

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: nm ·m = np1·p1 np1·e1 = np 2 ·p 2 np 2 ·e 2 = nl ·l Nuestro objetivo es obtener la velocidad de salida del sistema (nl) en función de la velocidad de entrada (nm).  l   np 2 = nl · np1 = nl · l p 2 e 2 e 2 e1 y sustituimos en la primera, con lo que: nm ·m = de donde:

   nm = l · p 2 · p1 ·nl e1 e 2 m

l ·p 2 ·nl ·p1 e1·e 2

, y despejando, finalmente, nl, se llega a que: nl =

e 2 e1 m · · ·nm l p 2 p1

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: nl =

e 2 e1 m 8 8 2 · · ·nm = 1.500 · · = 0,30r .p.m. l p 2 p1 100 81 81

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

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

AUTOR@: Ángel Millán León

Departamento de Tecnología

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

Departamento de Tecnología

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 .

En primer lugar, utilizando la ley de Ohm, calculamos la intensidad que pasa por el circuito eléctrico: V 4,5 V I= = = 1,8 A R 2,5  Ahora, empleando la ley de Joule, calculo la potencia consumida por la reductora:

P=V ·I = 4 ,5V ·1,8 A = 8,1W O sea, nuestra reductora consume una potencia eléctrica de 8,1 W.

AUTOR@: Ángel Millán León

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

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