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¿Diseño o rediseño de transmisiones mecánicas?

Al afrontar un nuevo proyecto de ingeniería mecánica, al profesional encargado del sistema de movimiento le surge la duda entre realizar un rediseño de las transmisiones mecánicas o reductores existentes, o desarrollar un sistema completamente nuevo. En este artículo trataremos de responder a esta problemática recurrente en el sector. ¡Vamos allá! 

La decisión no es fácil de tomar. Muchos líderes de la industria, como CLR, disponen de un amplio portafolio de soluciones de accionamiento estándares (SAS) que permiten ejecutar ágilmente un rediseño de transmisiones por engranajes. Sin embargo, existen situaciones específicas en las cuales, debido a los requisitos o las características de la aplicación, la transmisión debe diseñarse desde cero.

 

¿Diseño o rediseño de transmisiones mecánicas?

Al evaluar esta decisión, hay que tener en cuenta que las especificaciones del sistema tienen que derivarse de cálculos, mediciones reales en maquinaria existente y simulaciones en software especializado, que permitan deducir las velocidades, cargas y torques necesarios para cada aplicación.    

Aunque es común pensar que el diseño de un sistema de transmisiones por engranajes resulta más complicado que rediseñar uno existente, no siempre es el caso. Hay que tener en cuenta algunas consideraciones.  

Los sistemas nuevos como los de sustitución siguen las mismas leyes físicas, pero operan con diferentes leyes de control

Las cargas, velocidades y pares de torsión se comportan de manera diferente dependiendo del controlador con que operen: digital o analógico. Si el diseñador no es consciente de ello, el producto final puede no estar a la altura de las expectativas plasmadas en el diseño.

Un factor clave a considerar en el nuevo sistema es el tiempo. Un sistema digital funciona en tres pasos cuantificables:

  • Medir.
  • Calcular.
  • Producir.

El controlador digital requiere fracciones de tiempo específicas para ejecutar cada una de estas funciones.

En cambio, un sistema analógico no tiene este inconveniente, pues mide y produce casi simultánea y continuamente.

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  • Enfoque de diseño y lista de compras de hardware

En un nuevo sistema el diseño se puede definir de dos maneras: 

La primera es la más simple: el ingeniero de control define completamente el sistema y ordena los componentes necesarios para hacer el trabajo. Él es el único responsable del resultado final.

En la otra forma, el nuevo sistema involucra a un cliente que cuenta con un ingeniero residente, que ayudará definir el diseño de transmisiones mecánicas y otros componentes.

En este caso, el experto da por supuesto que los componentes seleccionados por el ingeniero residente se adaptan perfectamente a las necesidades del proyecto. Sin embargo, la mayoría de las veces esto no sucede así. El residente pudo haber determinado cargas, velocidades y momentos de torsión basado en cálculos y mediciones limitadas, que no tuvieron en cuenta todas las variables que inciden en este tipo de proyectos.

Diseño de reductor CLR con engranajes helicoidal-sinfín

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  • Estrategia

Las fallas en el cálculo son especialmente problemáticas cuando el sistema de control contiene múltiples ejes. Por ejemplo, en un sistema pick-and-place, los ejes X, Y y Z deben converger al tiempo en un punto específico. Si se presenta un retraso en cualquiera de éstos, se pueden instalar componentes en el lugar equivocado o afectar el rendimiento general de la máquina.  

Por lo tanto, a la hora de pensar en el diseño o rediseño, especialmente cuando se trata de transmisiones mecánicas, es necesario determinar los parámetros relevantes para optimizar el rendimiento.

  • Validación

Cuando el sistema no cumple con las expectativas, la razón principal es un error de cálculo. Para que esto no ocurra, es necesario realizar las respectivas validaciones y comprobar que tanto hardware como modelo terminado sean compatibles.

En ese caso, puede ser necesario construir un diagrama de Bode o ejecutar un algoritmo de transformación rápida de Fourier (FFT), que permita encontrar la razón por la cual el sistema esté vibrando, resonando o no rechazando la perturbación.

Durante la implementación de las consideraciones anteriores, es posible que el ingeniero llegue a la conclusión de que la única forma de obtener el control y funcionamiento deseados es realizando grandes modificaciones en el diseño de las transmisiones electromecánicas, engranajes y demás componentes del sistema.

Este rediseño lo puede obligar a cambiar toda su teoría sobre el método necesario para sintonizar el sistema. Al respecto puede, pensar en un método de control simple -PID (Proporcional, Integral, Derivado) o PIV (Proporcional, Integral, Velocidad)-, típico en gran número de sistemas.

También puede recurrir a un software de mecatrónica -como MechaWare-, los que permiten rediseñar incluyendo en el sistema algoritmos personalizados y filtros adaptables a las aplicaciones más estrictas y necesidades específicas, a fin de disminuir al máximo los retos del rediseño

Así las cosas, las clave entre elegir el diseño y el rediseño está en el cotejo de los resultados de los análisis y mediciones con las especificaciones técnicas requeridas en el producto final. Esto permitirá definir si usando un software especializado y una solución de accionamiento se puede ejecutar un rediseño eficiente que cumpla con las expectativas. O, si -por el contrario- hay que lanzarse al modelaje partiendo desde cero.

Sea cual sea tu planteamiento, en CLR encontrarás un equipo de ingenieros comprometido en ofrecerte las soluciones más competitivas para abordar tu proyecto. Estudiaremos tu caso o idea, y plantearemos una línea estratégica de acción adaptada a las particularidades y necesidades de tu empresa. ¿Te gustaría hablar con uno de nuestros Project Managers? Contacta con nosotros sin compromiso.

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