Procedimientos para el aseguramiento de la intercambiabilidad de los elementos de máquina (página 2)

Cálculo de los ajustes y las tolerancias de diferentes elementos de máquinas y de diferentes calibres limitadores.

Tomando como base, las explicaciones que se brindan en la asignatura Metrología Dimensional y los intereses que se despertaban en los cursos de postgrados relacionados con esta temática; se decidió elaborar un sistema automatizado con enormes facilidades para el usuario, en cuanto a la información que el mismo debía brindar para su ejecución. Esta previsto, el cálculo o la selección de los ajustes de diferentes elementos de máquinas normalizados y otros que no lo son, pero que se utilizan ampliamente en la industria mecánica, como los que aparecen a continuación en la ventana general del sistema:

Cálculo de ajustes:

Las normas utilizadas para el cálculo de los ajustes y las tolerancias (NC 16 – 29, NC 16 – 30) son realmente deficitarias y no se encuentran con facilidad, además el trabajo con ellas, en muchas ocasiones resulta algo engorroso, principalmente para el personal que no se relaciona con frecuencia con las mismas. En el caso de la NC 16 – 29 aparecen los valores de las dos desviaciones (la principal y la secundaria), para determinados campos y grados de tolerancia (los más utilizados, los recomendados), por lo que tiene ciertas limitaciones a la hora de buscar las desviaciones, sobre todo para una marca técnica o un ajuste que no se encuentre entre los recomendados, como sucede en muchos casos cuando nos vemos obligados a realizar el cálculo del ajuste y por las características de las piezas conjugadas, no podemos variar las dimensiones obtenidas o en ajustes recomendados para ciertos elementos de máquinas como son por ejemplo las uniones estriadas de perfil rectangular. Estas dificultades son resueltas por el sistema que ponemos a su consideración y que abarca las dimensiones hasta 3 150 mm.

En esta parte del sistema el usuario puede realizar el cálculo de cualquier tipo de ajuste, tanto si es recomendado, como si no lo es, en cualquiera de los tres sistemas previstos para la formación de los mismos:

Al seleccionar uno de los sistemas, por ejemplo el del agujero único, después de presionar OK, se deberá seleccionar la combinación de zonas de tolerancias que se desea calcular ( no se debe olvidar que en el sistema de agujero único, el agujero siempre tiene como zona de tolerancia la H y el eje cualquier otra zona que es la que determina que el ajuste sea móvil, indeterminado o prensado). Por último debe marcar los grados de tolerancia que le corresponden al agujero y al eje, de acuerdo con sus intereses e introducir la dimensión (diámetro) del ajuste; al presionar posteriormente la tecla OK, le aparecerá en pantalla toda la información que le corresponde al ajuste en cuestión.

Es de destacar que el sistema de Agujero único, en cualquier norma resulta el preferido para la formación de los ajustes y se utiliza el de eje único solo en aquellos casos plenamente justificados desde el punto de vista constructivo o económico y el sistema mixto, se emplea en aquellas condiciones que resultan excepcionales. No se debe olvidar, que en cualquier sistema en que se produzca el ajuste, se prefiere que el grado de tolerancia mayor le corresponda al agujero y que la diferencia entre los grados de tolerancia del agujero y el eje, no sea mayor de dos grados.

Para los dos últimos casos contemplados, ajuste móviles con temperatura y temperatura máxima del ajuste móvil, el usuario puede conocer el ajuste mas adecuado para determinadas condiciones de acoplamiento, tomando en cuenta los juegos límites de trabajo a una determinada temperatura y de la selección de los materiales acoplados (se contemplan más de 100 materiales diferentes) o conocer dado un ajuste cuales son los juegos que se alcanzan a una cierta temperatura y cual es el límite térmico del mismo.

En este módulo se tiene previsto la determinación de las Tolerancias de Forma y Posición, así como una recomendación de la rugosidad superficial que debe tener la pieza de acuerdo a su marca técnica. Después de seleccionar el tipo de pieza (agujero o eje), introducir el diámetro de la misma, seleccionar la precisión geométrica relativa y el campo y grado de tolerancia del elemento, se debe elegir las tolerancias que se desean conocer a través de las siguientes ventanas:

y:

después de la selección deseada, basta con dar OK, mandar a calcular, dar los resultados y por último finalizar para abandonar este módulo.

En el sistema está previsto el cálculo de las uniones por chavetas, prismáticas y segmentadas, aquí el usuario después de seleccionar el tipo de acoplamiento e introducir el diámetro del árbol, obtiene los datos de la chaveta y de cada uno de los chaveteros, con sus respectivas dimensiones, como se muestra a continuación:

Como se puede observar, es posible imprimir los resultados o realizar el cálculo de resistencia de la unión a partir de los materiales seleccionados o si lo desea el plano completamente acotado de ambos chaveteros con sus especificaciones de tolerancias de forma y posición y rugosidad superficial.

Otra parte del sistema tiene prevista el cálculo y diseño de cojinetes de deslizamiento, que tantos problemas presenta en la producción. Se darán a continuación explicaciones sobre la corrida de esta sección del programa y como se debe ejecutar el mismo, para ello nos apoyaremos en algunas de las ventanas que están previstas. El sistema al comenzar su ejecución muestra una pantalla inicial de presentación, si no se desea correr el programa, basta con presionar la tecla Cancel para regresar al sistema operativo, al presionar la tecla OK, se muestra la ventana donde se solicitan los diferentes datos del cojinete:

se selecciona el tipo de lubricante y ya se está en condiciones de conocer los resultados del cálculo. Se brindan los datos correspondientes al ajuste encontrado y el ajuste recomendado más próximo a este:

si lo desea puede realizar el cálculo térmico, para determinar si el cojinete tiene necesidad de ventilación forzada

Por último si quiere puede obtener un plano completamente acotado del cojinete, independientemente de que sea tipo buje (con casquillo o sin casquillo, y con ribetes o sin ribetes), o del tipo pedestal (con cuerpo separable o inseparable, con espárragos largos o cortos).

y un ejemplo del plano:

Cálculo de Calibres:

Hay un módulo dedicado al cálculo de diferentes tipos de calibres, lisos, roscados, de chaveteros, estríados, etc. Si resulta engorroso calcular el calibre liso, es extremadamente complejo el cálculo de las dimensiones de los calibres roscados, porque requieren de una mayor cantidad de tablas, (las que aparecen en la norma NC 16 – 37 para el cálculo de las dimensiones nominales a partir del diámetro exterior y el paso, las de la NC 16 – 46 para la selección de las zonas y grados de tolerancias y poder determinar las dimensiones límites y por último las tablas que tienen que ver con las dimensiones, coeficientes y gráficos de los calibres propiamente dichos, que también son unas cuantas); además la cantidad de expresiones empíricas que se deben utilizar es mucho mayor, por lo que la probabilidad de cometer errores también se incrementa.

Para el caso de los calibres roscados, se ha tenido en cuenta la utilización única y exclusivamente de parámetros normalizados, Por ejemplo en la rosca métrica, al seleccionar el paso de la rosca, de forma inmediata en la columna de la derecha, aparecen los diámetros normalizados que utilizan ese paso, para que se seleccione el mismo. El programa presenta las siguientes opciones para el usuario, donde él selecciona lo que desea:

Si se seleccionara el cálculo del calibre para el control de la rosca métrica, las ventanas donde los usuarios seleccionarían los datos serían:

a continuación debe seleccionar si el calibre es para el control de un agujero o de un eje roscado, una vez realizada esta selección, debe decidir la precisión que tiene la rosca, en caso de dudas le recomendamos que elija la precisión media. a continuación se le muestran las zonas y grados de tolerancias recomendados para los datos introducidos por él, y debe seleccionar uno de ellos:

ya todo esta listo para obtener las dimensiones del calibre elegido, que aparecen en pantalla :

para continuar observando los resultados del cálculo, el usuario debe presionar sobre la tecla seguir:

Ya tiene en sus manos todos los valores correspondientes a las dimensiones del calibre tapón para el control del agujero roscado, si ahora desea obtener el plano, basta solamente con presionar la tecla Plano y el sistema estará en condiciones de entregarle un plano con las dimensiones del calibre separado por piezas o de conjunto en el montaje, lo que debe decidir el usuario.

A continuación podemos observar un plano del montaje del calibre tapón:

Para los demás tipos de calibres roscados, la situación es similar, con las debidas particularidades que tiene cada uno.

En las dos últimas opciones previstas en el cálculo de los calibres, se determinan las dimensiones de los calibres para el control de los chaveteros prismáticos y las estrías rectoacubadas, en ambos casos, se determinan todas las dimensiones correspondientes a la chaveta, los chaveteros y la unión estriada, además de las correspondientes a los calibres.

Por ejemplo para el cálculo del calibre que controlará un chavetero, se comienza por entrar los datos correspondientes a las dimensiones del chavetero, el tipo de acoplamiento (para conocer las dimensiones límites de los chaveteros) y especificando que es una chaveta prismática (para las segmentadas no esta previsto el cálculo de calibres).Una vez introducidos estos datos, el programa le brinda toda la información referida a las dimensiones normalizadas de la chaveta y los chaveteros, al presionar la tecla seguir, se debe decidir el tipo de calibres que se calcula, para controlar el cubo o el árbol. Si desea obtener el plano del calibre, basta con presionar la tecla Plano, y en dependencia de la dimensión del árbol y el ancho de control , se selecciona el calibre prismático que se desea, para el caso del control de los chaveteros en los árboles , si no hay correspondencia entre la selección del calibre y el diámetro a controlar el sistema se lo avisa para que corrija la selección.

Los calibres "Pasa" para estrías son medios destinados a realizar medidas complejas; los mismos sirven para comprobar las dimensiones lineales de las conjugaciones por estrías, la regularidad del paso según la circunferencia y el paralelismo de las estrías practicadas en los ejes de las piezas.

Los calibres estriados presentan una particularidad respecto a los calibres lisos y roscados, que consiste en que éstos se calculan y diseñan al tamaño máximo del metal, es decir para los calibres estriados se calcula solo el lado pasa y con este se controla el diámetro nominal exterior del árbol y agujero estriado, el espesor nominal del diente del árbol y el ancho de las ranuras del agujero estriado. Esta particularidad de los calibres para uniones estriadas rectoacubadas es propia de la forma de los artículos que se controlan.

En el caso de las estrías rectoacubadas, directamente, una vez que se han introducido los datos de la unión estriada, y se ha seleccionado el tipo de calibre que se desea calcular, se le brinda la información correspondiente a las dimensiones de la misma y la del calibre o calibres para el control de la estría.

En los últimos módulos se contempla la determinación de las dimensiones de diferentes tipos de roscas; las más utilizadas en el país tales como: métrica, trapezoidal, cónica métrica, cónica en pulgadas, redonda, etc., la determinación de las tolerancias de disposición para piezas intercambiables y lo concerniente al sistema de ajustes y tolerancias para elementos plásticos.

Como se ha podido apreciar, en todos los casos que se prevén en el sistema, la cantidad de datos que tiene que introducir el usuario por el teclado, es mínima, y se le permite elegir diferentes opciones en dependencia de sus intereses como profesional. Para una mayor seguridad de los cálculos que se efectúan en la gran mayoría de los casos, se utilizan dimensiones normalizadas y se han previsto determinadas restricciones, con vistas a disminuir al mínimo los errores por imprudencia o desconocimiento.Como se ha podido apreciar, en todos los casos que se prevén en el sistema, la cantidad de datos que tiene que introducir el usuario por el teclado, es mínima, y se le permite elegir diferentes opciones en dependencia de sus intereses como profesional. Para una mayor seguridad de los cálculos que se efectúan en la gran mayoría de los casos, se utilizan dimensiones normalizadas y se han previsto determinadas restricciones, con vistas a disminuir al mínimo los errores por imprudencia o desconocimiento.

Conclusiones.

A partir de la utilización del sistema propuesto, no solo se logra un ahorro considerable de tiempo en las operaciones realizadas, sino que se aumenta considerablemente la precisión de los cálculos realizados, toda vez que para los ajustes y las tolerancias de las piezas, las dimensiones de las mismas y los calibres utilizados para su control, son calculados o seleccionados siempre, partiendo de dimensiones normalizadas, con lo que se reduce el índice de rechazo.

Se brinda toda la información referida a las magnitudes relacionadas con el sistema de ajustes y tolerancias de cualesquiera de las secciones seleccionadas: ajustes cilíndricos lisos, ajustes para las uniones por chavetas prismáticas y segmentadas, uniones estríadas, ajustes para cojinetes de rodamiento y de deslizamiento, tolerancias de forma y posición, tolerancias para los engranajes cilíndricos, cónicos y sin fin, así como la de diferentes tipos de roscas. En muchos casos hay la posibilidad de obtener el plano completamente acotado del elemento en cuestión.

En el trabajo se brindan además, las dimensiones principales de los calibres lisos (para el control de las piezas cilíndricas lisas – ejes y agujeros), los calibres roscados (para el control de rosca métrica, la trapezoidal, la métrica cónica), los calibres estriados (para el control de estrías rectoacubadas) y los calibres para chaveteros, así como los planos de las partes componentes de cualquiera de los calibres aquí contemplados: Lado pasa, lado no pasa, mango, y conjunto ensamblado.

Para la ejecución del sistema no es necesario tener conocimientos adicionales de computación, es muy sencillo de operar y basta solamente con un mínimo de relaciones con la intercambiabilidad, para poder operarlo sin dificultad de ningún tipo.

Bibliografía:

1. Expresión de la incertidumbre de medición. Rev. : Mundo Mitutoyo (México) año XIV__ Diciembre 1999 __ número 125.
2. González Pérez Ramón R. Mediciones Técnicas /Ramón R. González Pérez, Juan M. Toscano Alfonso __U.C.L.V. ,1987 . 2 t.
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4. ISO 286-1
5. Sotes Pellejero Ivonne. Determinación de la incertidumbre de la medición, Su aplicación /Ivonne Sotes Pellejero __ TD : U.C.L.V. (Méc.) : 1999.
6. Toscano Alfonso Juan M. Manual para el diseño de calibres limitadores / Juan M. Toscano Alfonso,José R. Marty Delgado ,Ramón R. González Pérez . __ U.C.L.V, 1989.
7. NC OIML VZ. Vocabulario Internacional de Términos Generales y Básicos de Metrología. 1995.
8. Normas Cubanas de la serie: Normas Básicas de Intercambiabilidad
9. Toscano Alfonso Juan M. Ajustes y Tolerancias para Elementos de Máquinas. Toscano Alfonso Juan M. UCLV (Mecánica). 2004.

Anexos

Autor:

Dr. Ing. Juan M. Toscano Alfonso.

Dr. Ing. Norge I. Coello Machado

Ing. Yudiesky Bernal Aguilar

Universidad Central de Las Villas.

Facultad de Ingeniería Mecánica.

Departamento de Procesos tecnológicos.