Tema 6: Ensambles Reales

Los ensambles reales son mucho más complejos que figuras geométricas

simples. Por ejemplo, en la transmisión de potencia se necesitan baleros para que

no haya fricción entre un eje y una flecha. Las piezas complejas son así porque

tienen que funcionar en el mundo real, pero deben ser lo suficientemente simples

para que sea posible construirlas y mantenerlas.

Paralelamente a esta lección, te recomendamos que investigues más sobre diseño

mecánico. Muchos equipos de FRC suben presentaciones básicas en las que

explican como diseñar chasis y mecanismos. También sirve mucho ver videos en

YouTube en donde se ensamblan componentes mecánicos, para darte una idea

de cuántas partes son necesarias y su localización.

También puedes investigar en libros de diseño y dibujo mecánico como referencia

para las dimensiones de los diversos componentes de unión (tuercas, cuñas, etc.).

Esta lección es para que empieces a usar las herramientas de diseño e insertar

piezas reales, y que tengas las bases para diseñar sistemas mecánicos muy

simples. Una vez terminada, te recomendamos que descargues mecanismos

disponibles en internet, los explores y te propongas diseñar tus propios

mecanismos.

Para este taller vamos a diseñar una caja de reducción de relación 2:1

Primero, hay que diseñar la caja. Dibuja un rectángulo sobre el plano de planta de

9x5.5 pulgadas con centro en el origen.

Ahora, usa la herramienta chaflán para incluir chaflanes en las esquinas. En el

panel de opciones de dibujo de croquis, en la opción de redondeo, selecciona

chaflán.

En parámetros selecciona distancia-distancia, con un parámetro de 1 pulgada.

Ahora selecciona las cuatro esquinas del rectángulo. Los chaflanes, igual que los

redondeos, sirven para hacer menos filosas las esquinas y para darle estética a

una pieza.

Ahora, extruye la pieza 3.5 pulgadas para arriba.

Una vez que tengas el sólido, necesitamos hacerlo hueco para insertar los

componentes dentro de la caja de reducción. Para eso existe una herramienta

llamada vaciado, que quita el material interior de un sólido y deja paredes del

grosor que tú elijas.

Selecciona la opción de vaciado en la pestaña de operaciones arriba.

Luego, selecciona la cara superior y da un espesor de pared de .3 pulgadas.

Una vez que tengas tu caja vacía, guárdala como “Caja” y empieza un ensamblaje

a partir de pieza.

Una vez en el ensamble, fusiona los orígenes de la caja y del ensamble. Flota la

caja y luego da la relación de posición coincidente entre los dos puntos. Luego fija

la caja.

Cuando diseñamos un ensamblaje con piezas reales, a veces tenemos que dar las

relaciones de posición de una pieza antes de insertarla. Para esto se usan

croquis de diseño.

Un croquis de diseño nos da dimensiones en un plano para guiarnos e insertar

piezas dentro del ensamblaje.

Dentro de nuestra caja de reducciones queremos que haya dos engranes. Dentro

del ensamble busca la pestaña de croquis para empezar, luego selecciona el

fondo de la caja y selecciona “croquis” en la pestaña para empezar un croquis en

el plano del fondo de la caja.

Ahora aponte normal al plano para empezar un croquis. Ahora dibuja tres líneas

de tamaño arbitrario en que pasen por en medio de la caja.

Selecciona las líneas de la izquierda y de la derecha y dales una longitud igual.

Ahora vamos a dibujar los

círculos guía para los

engranes. Dibuja dos círculos que tengan su centro en la línea de en medio y que

su circunferencia termine en donde acabe la línea.

Ahora has que sean tangentes.

Al círculo de la izquierda dale un diámetro de 3.75 pulgadas y al de la izquierda

1.75 pulgadas.

Ahora sal del croquis. Ahora que tenemos un croquis necesitamos insertar los

engranes de la caja reductora.

Existen piezas mecánicas que son muy comunes, como engranes, tornillos,

tuercas y baleros que ya tienen medidas estándar. Solidworks tiene una

herramienta llamada TOOLBOX con la que puedes insertar las piezas mecánicas

más comunes y sólo tienes que indicar sus tamaños y especificaciones.

De esta manera, cuando estés haciendo un mecanismo real en Solidworks no

tienes que diseñar los baleros ni las piezas mecánicas más comunes, y puedes

concentrarte en la función y diseño del mecanismo en sí.

En la pestaña de la derecha, selecciona librerías y ve a la librería de toolbox.

Haz click en agregar ahora para ver el menú de carpetas. Selecciona Ansi Inch ->

Transmisión de Potencia -> Engranajes y luego selecciona el engranaje recto y

arrástralo a la pantalla principal.

Una vez que el engrane esté dentro selecciona las siguientes propiedades.

El paso diametral es cuantos dientes hay por pulgada en un engrane. Dos

engranes que estén acoplados necesitan el mismo paso diametral para poder

transmitir potencia de manera eficiente. El número de dientes determinará el

tamaño del engrane. El ángulo de presión define en qué ángulo van a chocar los

dientes de un engrane con otro. El diámetro de eje nominal es el día metro del

agujero adentro del engrane. La ranura de chaveta es el tamaño de la cuña.

Te recomendamos que investigues en internet los términos anteriores, para que

quede claro los parámetros que necesitas para especificar un engrane. Este es un

curso de dibujo computarizado y no de transmisión de potencia, así que no

podemos ahondar mucho, así que te pedimos que en internet o en un libro

investigues más sobre temas como velocidad angular, torque, momento de inercia,

etc.

Estos temas serán vistos en las clases de diseño mecánico.

Una vez que el engrane tenga los parámetros dale click a la palomita verde y dale

una relación de posición concéntrica al círculo central del eje del engrane y a la

circunferencia grande del croquis de diseño.

Ahora genera otro engrane con las mismas propiedades, pero que sólo tenga 35

dientes y dale una relación concéntrica con la circunferencia chica. Una vez que

estén alineados, haz que las dos caras de los engranes sean coincidentes entre sí

y deja un poco de espacio entre ellas y el fondo de la caja.

Mueve los engranes para que no haya interferencia.

Ahora que ya están en posición los engranes, necesitamos insertar los baleros.

Primero insertaremos los baleros y luego haremos un abocardado en la caja para

que encajen.

Un balero permite insertar una flecha dentro de un eje y reducir mucho la fricción.

Los baleros hacen que toda la potencia de un eje girando se transmita y no se

pierda en calor o vibración. Son necesarios para cualquier aplicación mecánica

realista.

Regresa a las carpetas de toolbox. Selecciona Ansi Inch -> Rodamientos ->

Rodamientos de Bola y arrastra un rodamiento (balero) para instrumento dentro

del ensamblaje. Selecciona las siguientes propiedades.

Una vez que hayas dejado un balero, inserta otro igual. Los parámetros que

acabamos de dar son el diámetro del círculo interno, el diámetro exterior y el

grosor.

Ahora alinea los dos baleros cada uno con el eje de un engrane y haz que sus

caras sean coincidentes entre sí.

Haz coincidente la cara de los baleros con la de los engranes para que los baleros

estén pegados al engrane. No importa si tienes que sacar baleros y engranes de

la caja.

Ahora queremos posicionar los baleros a una altura indicada. Pero tanto la caja

como los engranes nos impiden ver bien. Para esto usaremos la herramienta de

vista de sección.

Una vista de sección es una vista “cortada” de un ensamblaje o pieza, que se usa

para ver detalles interiores. La usaremos para posicionar el balero dentro de la

caja.

Selecciona el botón de arriba que dice vista de sección.

Haz click y en sección uno selecciona vista lateral. Cambia la altura para que la

vista de sección “corte” el engrane chico y su balero.

Haz click en la palomita verde. Ahora Selecciona la cara del fondo exterior de la

caja y la cara del fondo del balero y dales una relación de posición de distancia

de .125 pulgadas.

Da click en la palomita verde. El balero ya está en posición, pero falta hacerle las

perforaciones a la caja para que quepa.

Cuando estamos en un ensamblaje, podemos modificar una pieza interna aún

dentro del ensamblaje. Haz click derecho en la caja y selecciona, editar pieza.

Una vez que estés dentro de la caja, haz un corte de extruido para el agujero del

eje, que pase por toda la pared de la caja. Para dibujar el círculo, usa las líneas

naranjas guía que te ofrece Solidworks como referencia.

Luego, haz el abocardado del tamaño del diámetro exterior del balero hasta donde

llega el balero dentro de la caja, una profundidad de 0.175 pulgadas.

Un abocardado es un barreno o agujero que no llega hasta el fondo del material.

Ahora repite lo que acabas de hacer, pero con el balero del engrane grande. Para

salir de la vista de sección, vuelve a hacer click en el botón de vista de sección.

Una vez que hayas terminado, regresa al ensamble haciendo click en el botón de

arriba a la derecha. Oculta el croquis de diseño por ahora. Haz click derecho y

selecciona ocultar.

Ahora al ensamble le faltan los ejes. Crea una nueva pieza fuera del ensamble.

Que sea un cilindro de 0.5 pulgadas de diámetro y de altura 8 pulgadas. Esa va a

ser nuestra flecha. Guárdala como “flecha”.

Ahora vamos a hacerle una ranura para la cuña, el cuñero. Una cuña es un

pedazo de metal pequeño que topa entre el engrane y el eje y permite que se

transmita el movimiento.

Primero tenemos que hacer una ranura. Dentro de tu pieza de flecha selecciona

geometría de referencia -> plano.

Luego selecciona el cilindro como primera referencia para que sea tangente.

Luego selecciona el plano de alzado para que sea perpendicular. Una vez que

esté definido tu nuevo plano, haz clcik en la palomita verde.

Con el plano seleccionado, haz click en croquis en la pestaña superior para

empezar un nuevo croquis en ese plano. Una vez que estés normal al plano,

selecciona la opción de ranura recta con centro extremo.

Dibuja una ranura que pase por en medio de la flecha con la siguientes

dimensiones.

*el .13 es .125

Corta la ranura con una profundidad de 1/16 pulgadas

Ahora que ya tienes la flecha, haz un ensamblaje a partir de la flecha. Inserta una

nueva pieza, cámbiale el nombre a cuña y empieza a construirla a partir del fondo

de la ranura. Dale las siguientes dimensiones.

Una vez que esté creada la cuña muévela hasta que tope arriba con la curvatura

de la ranura.

(Como en la lección pasada, tendrás que eliminar la relación de posición que tiene

la cuña y volver a definirla dentro del ensamblaje. Finalmente, haz que coincidan

las aristas de la cuña y de la ranura como en la imagen).

Una vez que estén las relaciones de posición, guarda el ensamblaje. Y vuelve a

abrir el ensamblaje con la caja de reducciones. Inserta las flechas y cuñas dentro

de los engranes con las relaciones de posición pertinentes. Que la cuña encaje en

el orificio del engrane.

Y que las flechas estén al ras del fondo de la caja.

Guarda el ensamble y diseña una nueva pieza dentro del ensamble. Dibuja una

tapa que tenga las mismas medidas que el fondo de la caja y con grosor de .3

pulgadas.

Te recomendamos que para hacer la tapa solo pongas líneas basadas en el fondo

de la caja, por si llegaras a modificar las dimensiones de la caja, que también se

modifique la tapa.

Finalmente haz click derecho en la tapa y selecciona cambiar transparencia para

ver el fondo.

¡Felicidades! Has acabado tu primer ensamble realista.

Con lo que has aprendido, ya sabes suficiente para dibujar mecanismos y piezas

complejas tú sólo/a. Ya tienes las herramientas de CAD necesarias para investigar

por tu cuenta y empezar a dibujar cualquier mecanismo. Sigue practicando para

ser cada vez más veloz e investiga en internet sobre componentes mecánicos y

diseño. Si has llegado a esta lección, en el equipo ya te podremos encargar que

diseñes mecanismos que se puedan manufacturar y ensamblar. El resto de las

clases se verán temas que te apoyarán para hacer análisis y archivos con las

piezas y ensambles ya hechos.

Si tienes una idea sobre un mecanismo para el próximo robot, ya debes ser capaz

de hacer el dibujo computarizado y presentar las piezas de manera estática.