Desarrollo de un algoritmo para el diseño de árboles en cajas reductoras de velocidad con engranajes cilíndricos y ejes horizontales paralelos considerando resistencia a la fluencia, resistencia a la fatiga y deflexiones

Abstract

Este trabajo de tesis presenta el desarrollo e implementación de un algoritmo para el diseño de árboles en cajas reductoras de velocidad con engranajes cilíndricos y ejes horizontales paralelos. El cual tiene como inputs a las cargas, condiciones de trabajo, y parámetros geométricos de rodamientos y engranes; y como outputs a los diámetros, factores de seguridad a la fluencia y fatiga y deformaciones. Con este algoritmo se consigue en el diseño de árboles de cajas reductoras, una reducción de tiempos de cálculo respecto a los métodos actuales tales como el cálculo manual. La presente tesis forma parte de un proyecto de mayor alcance con el objetivo principal de diseñar una caja reductora de media y alta potencia. Esto conduce a que el algoritmo esté concebido como parte de un módulo de cálculo de árboles, dentro de un sistema inteligente de diseño de cajas reductoras. Asimismo, este sistema inteligente establece interacciones entre el módulo de árboles y los módulos orientados a los otros componentes de la caja reductora. Este algoritmo es implementado en la plataforma Visual Basic for Applications (VBA) que se encuentra en el software Autodesk Inventor. El desarrollo e implementación del algoritmo se inicia con la recopilación de información en textos de diseño y normas técnicas internacionales acerca de procedimientos para el diseño de árboles. Con esta información se tipifican los árboles para este tipo máquinas. A continuación, se genera una librería de los árboles que es utilizada para el diseño de los mismos considerando sus formas constructivas principales y las relaciones entre sus longitudes y diámetros. Los parámetros de entrada requeridos para el cálculo de los árboles son las cargas, condiciones de trabajo y parámetros geométricos de rodamientos y engranes. Los criterios definidos para el cálculo de los árboles son el análisis de resistencia a la fluencia, análisis de resistencia a la fatiga y análisis de deflexiones. Finalmente, se obtienen los diámetros de cada sección considerando factores de seguridad a la fluencia y fatiga y deformaciones menores a las máximas admisibles. De este modo se automatiza el proceso de diseño de los árboles y su modelamiento en 3D, pudiendo así realizar pruebas con ejemplos de aplicación y visualizar de forma gráfica los resultados. Estas pruebas son las que validan el correcto funcionamiento del algoritmo realizado.