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

Partes: 1, 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:

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:

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Sotes Pellejero Ivonne. Determinación de la
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/Ivonne Sotes Pellejero __ TD : U.C.L.V. (Méc.) :
1999.
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González Pérez . __ U.C.L.V, 1989.
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Normas Cubanas de la serie: Normas Básicas de
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Toscano Alfonso Juan M. Ajustes y Tolerancias para
Elementos de Máquinas. Toscano Alfonso Juan M. UCLV
(Mecánica). 2004.