At 200 G.U.N.T. - Aparato Para Determinar La Eficiencia de Engranes - EXPERIMENTOS

8/20/2019 At 200 G.U.N.T. - Aparato Para Determinar La Eficiencia de Engranes - EXPERIMENTOS

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Manual de experimentos

AT 200 Aparato para Determinar la

Eficiencia de Engranes


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T o d o s l o s d e r e c h o s r e s e r v a d o s

G . U . N . T .

G e r ä t e b a u G m b H ,

B a r s b ü t t e l , A l l e m a n i a 0 6 / 2 0 1 1

Manual de experimentos

Antes de la primera puesta en marcha del equipolea atentamente las medidas de seguridad!

Publication-no.: 910.000 00 200 22 (A) DTP_3

AT 200 APARATO PARA DETERMINAR LA EFICIENCIA DE ENGRANES


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Indice General

1 Introducción. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

2 Descripción del equipo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

2.1 Construcción del equipo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

2.2 Funcionamiento del equipo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

2.2.1 Unidad motriz AT 100. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42.2.1.1 Dispositivo de control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62.2.1.2 Cuentarrevoluciones. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62.2.1.3 Caja de control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2.2.2 Transmisión de engranajes rectos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2.2.3 Transmisión de engranajes de tornillo sin fin . . . . . . . . . . . . 7

2.2.4 Freno de polvo magnético - Embrague de polvo magnético. . 7

2.3 Puesta en servicio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

2.3.1 Ajuste del número de revoluciones/ medición del númerode revoluciones. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

2.3.2 Medición del par de la unidad motriz . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2.3.3 Determinación del par de accionamiento . . . . . . . . . . . . . . 14

2.3.4 Determinación de la potencia de salida . . . . . . . . . . . . . . . 14

2.3.5 Determinación del par de frenado. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

2.3.6 Determinación del calentamiento del freno. . . . . . . . . . . . . 15

2.4 Puesta fuera de servicio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172.5 Mantenimiento / Conservación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

3 Seguridad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

3.1 Peligros para la salud . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

3.2 Peligros para el equipo y su funcionamiento. . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

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4 Teoría . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

4.1 Fundamentos físicos y matemáticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

5 Experimentos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

5.1 Registro de una curva característica de par-corriente. . . . . . . . . . . 22

5.1.1 Realización del ensayo: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

5.1.2 Análisis del ensayo y valores de medición . . . . . . . . . . . . . 23

5.2 Determinación de la eficiencia de una transmisión de engranajes

rectos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255.2.1 Realización de ensayos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

5.2.2 Análisis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

5.3 Determinación de la eficiencia de una transmisión de engranajesde tornillo sin fin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

5.3.1 Realización de ensayos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

5.3.2 Análisis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

6 Anexo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316.1 Hojas de trabajo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

6.2 Datos técnicos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

6.3 Tablas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

6.4 Símbolos en las fórmulas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

6.5 Volumen de suministro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

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1 Introducción

La técnica de accionamiento moderna tiene hoyen día una gran importancia en la construcción demaquinaria. La técnica de accionamiento es decarácter interdisciplinario y abarca cuestionesclásicas relacionadas con engranajes y motoresasícomoproblemaspropiosdelatécnicademedi-ción y el control de procesos. Existe una interrela-ción muy estrecha de la electrónica y loselementos mecánicos clásicos.

El sistema didáctico AT 200 de G.U.N.T. pretendetransmitir las condiciones industriales a un siste-ma para la enseñanza. Los contenidos ofrecidosrepresentan una base idónea para un enfoqueinterdisciplinario.

Pero con el equipoAT 200 se puedencentrar tam-bién planteamientos de problemas en un aspectoconcreto.

Participan los siguientes campos técnicos:

Elementos de máquinas

Teoría de la transmisión

Ingeniería mecánica

Control de procesos

Dibujo industrial

Máquinas eléctricas

Prácticas de técnica de medición

En lo que concierne a los contenidos tecnológicoscabe mencionar los siguientes términos clave.

Máquina de corriente continua con controldel número de revoluciones

Regulación de tiristor

Regulación con compensación de I x R

Procedimiento de medición mecánica delpar

Medicióndigital delnúmerode revoluciones

1 Introducción 1


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2 Descripción del equipo

2.1 Construcción del equipo

2 Descripción del equipo 2


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Fig. 2.1 Vista general

11 Dinamómetro12 Tornillo moleteado para fijar el dinamó-

metro

13 Motor de corriente continua

14 Embrague

15 Transmisión de engranajes rectos

16 Brazo de palanca del freno

17 Freno de polvo magnético

18 Alojamiento del freno

19 Bastidor

1 Interruptor del freno magnético2 Potenciómetro para corriente de excitación

3 Indicación de la corriente de excitación

4 Conmutador del sentido de giro (parte posterior)

5 Interruptor de la unidad de control del motor

6 Potenciómetro para número de revoluciones

7 Indicación del número de revoluciones

8 Palancas tensoras

9 Engranaje de tornillo sin fin

1 1 1 2

1 3

1 4 1 5

1 4 1 6

1 7 1 8

1 9

Caja de controlde la unidadmotriz

7 6 5 4 3 2 1

8

9

8

Unidad decontrol del freno


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2.2 Funcionamiento del equipo

Los módulos Unidad motriz, Transmisión deengranajes rectos, Transmisión de engranajes detornillo sin fin y Freno de polvo magnético estánmontados sobre un bastidor de perfiles. Todos losmódulos se pueden alinear con facilidad, ya quese fijan con palancas tensoras desde abajo. Losmódulos se acoplan por medio de embragues enarrastre de forma.

La unidad motriz recibe la alimentación eléctrica

de una caja de control. El número de revolucionesse ajusta en la caja de control por medio de unpotenciómetro. La adquisición y la indicación delnúmero de revoluciones real tienen lugar con uninterruptor de proximidad inductivo y el análisiscorrespondiente.

En cuanto a los engranajes se trata de una trans-misión de engranajes rectos de dos etapas coni = 13.5 y una transmisióndeengranajesde tornillo

sin fin de una etapa con i =15.

Como consecuencia del diseño, para la transmisi-ón de engranajes rectos resulta una estructurarecta y para la transmisión deengranajesde tornil-lo sin fin una estructura acodada. El par de giro dela transmisión se puede determinar tanto en elladodeaccionamientocomoenelladodelfreno.

Para ajustar con mayor facilidad el par de frenado

se puede registrar en un ensayo previo la curvacaracterística (de corriente-par) del freno.

El par se determina por medio de una medición defuerza (dinamómetro) con un brazo de palancaconocido.

Con los pares, el número de revoluciones deentrada medido y la relación de transmisión sepueden determinar las potencias y la eficiencia.



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2.2.1 Unidad motriz AT 100

La unidad motriz AT 100 es un motor para exper-imentos de uso muy variado y forma parte delequipo AT 200. Se puede utilizar siempre que senecesiten movimientos giratorios en los exper-imentos y se requiera además una medición delnúmero de revoluciones y del par de giro. La Uni-dad Motriz Universal AT 100 se ha construidocomo máquina suspendida en péndulo. El motoren derivación de corriente continua es apropiado

para giro a la derecha o a la izquierda. El par sumi-nistrado, o el par de reacción que se produce en lacarcasa, se determina por medio de un dinamó-metro unido a un brazo de palanca. El número derevoluciones se mide sin contacto, por inducción,mediante un disco sensor, y se visualiza en el indi-cador digital de launidaddecontrol. Undispositivoelectrónicode regulación delnúmerode revolucio-nes por tiristor, con compensación de I x R, garan-

tiza una gran estabil idad del número derevoluciones bajo carga. El número derevoluciones se ajusta con el potenciómetro paravalor teórico de la unidad de control.



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Fig. 2.2 Montaje para el estudio de los datos característicos (curvas características) de diversosconsumidores. P. ej. la eficiencia de un engranaje en función de la carga o del número derevoluciones.

Medición de losdatos de entradaParNúmero de revolu-ciones

Medición de losdatos de salidaParNúmero de revolu-ciones

Unidad MotrizUniversal AT 100

ConsumidoresP. ej. bomba,transmisión, freno


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Fig. 2.3 Unidad Motriz Universal AT 100

1 Fusible del motor

2 Conexión del motor

3 Conexión a la red

4 Sentido de giro

5 Interruptor de conexión/desconexión

6 Potenciómetro para valor teórico del número de revoluciones

7 Indicación del número de revoluciones

8 Unidad de control del motor de corriente continua9 Tornillo de sujeción

10 Brazo de palanca

12 Embrague

13 Disco sensor

14 Rodamiento de bolas

15 Armazón

16 Motor suspendido en péndulo

17 Dinamómetro

18 Asa

9 10 12 13 14 15 16 17

8 7 6 5 4 3 2 1

17 18

Parte frontal Parte posterior


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2.2.1.1 Dispositivo de control

En el caso del dispositivo de control, el número derevoluciones de la máquina de corriente continuase regula a través de la tensión del inducido. Bajopuntos de vista económicos es conveniente utili-zar un convertidor de corriente de un cuadrantepara el uso de motores en derivación de corrientecontinua con campo de excitación externa.

2.2.1.2 Cuentarrevoluciones

El número de revoluciones se mide con un inter-ruptor de proximidad inductivo y una indicacióndigital.



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~~~

= R

+

0 V

4...20 mA

Fig. Disco sensor del interruptor de proximidad inductivo y conexión a un indicador coninterfaz de corriente

Disco sensorInterruptor de proximidad Indicación digital

Árbol de accionamiento

=

~

=~

-12 V +12 V

n

n n I x R I

n-Regler I-Regler

- +

- +

Fig. 2.5 Esquema del circuito de activación del motor

M: motorT: velocímetro


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2.2.1.3 Caja de control

La platina del regulador y el dispositivo de indicaci-óndigitalestánmontadosenunacajadecontrol.

2.2.2 Transmisión de engranajes rectos

La transmisión de engranajes rectos se ha con-struido como transmisión de dos etapas con unarelación de transmisión i = 13.5. Véanse los datostécnicos en el cap. 6.2

2.2.3 Transmisión de engranajes de tornillo sin fin

Encuantoa la transmisióndeengranajesde tornil-lo sin fin, se trata de una transmisión de una etapa(i = 15). Todos los ejes están alojados en roda-mientos de bolas. Véanse los datos técnicos en elcap. 6.2

2.2.4 Freno de polvo magnético - Embrague de polvo magnético

Estructura

Elembraguedepolvomagnéticoconstadedosro-tores independientes el uno del otro, el rotor pri-mario y el secundario. El alojamiento de los roto-res entre sí tiene lugar con rodamientos de bolas.El rotor primario es al mismo tiempo el portabobi-na. Por inmovilizaciónde uno de los dos rotores sepuedenutilizar losembraguesde polvo magnéticocomo frenos. En el entrehierro existente entre los

rotoresseencuentraunpolvomagnéticoespecial.



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B a r s b ü t t e l , A l l e m a n i a 0 6 / 2 0 1 1 Fig. Caja de control del motor


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Funcionamiento

Si se conecta una tensión continua al devanadoexcitador, el polvo se orienta según las líneas delcampo magnético y forma una masa compactaque une por fricción el rotor primario y el secunda-rio. La magnitud del par de giro depende de laintensidad de corriente ajustada. Si se supera elpar proporcional a la corriente, se presenta sintransición un estado de patinamiento.

Aplicación

Los embragues y los frenos de polvo magnético

“simple-torque” son, por su estructura básica,embragues y frenos de fricción.

Propiedades típicas:

- Par de giro linealmente proporcional a lacorriente de excitación

- El par de giro se puede regular con facilidad através de la corriente de excitación



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Fig. Sección del freno de polvo magnético

Embrague Freno

Porta-anillosrozantes

Anillosrozantes

Escobillas

Rotorprimario

Bobina

Juntas

Cojinetes

Brida

Rotorsecundario

Polvo

Modelo 14.502 Modelo 14.512


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- Par de giro independientedel númerode revo-luciones

- Apropiados para patinamiento permanente

- El par de giro se forma con suavidad

- Conmutación silenciosa

Estohaceposiblesuusoenlossiguientescamposde aplicación:

- Control del número de revoluciones al enrollary desenrollar

- Control dela tracción al enrollar y desenrollar- Aceleración suave de dispositivos de acciona-

miento

- Para limitación del par de giro

- Para regulación del par de giro

- En bancos de pruebas

Curvas características:



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M

I

M M

n t

Fig. Curvas características del freno de polvo magnético,M = par, I = intensidad de la corriente, n = número de revoluciones, t = tiempo,t1 = tiempo de subida, t2 = tiempo de desconexión


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2.3 Puesta en servicio

Alinear el motor, la transmisión y el freno enel bastidor y fijarlos por debajo con los tornil-los de muletilla.

Unidad motriz

Conectarel cable que comunicael motor conla caja de control. La hembrilla de conexiónse encuentra en la parte posterior de la caja

de control.

¡Atención! Antesdeconectarlacajadecon-trol a la red eléctrica, prestar atención a queel dispositivo esté desconectado y a que elpotenciómetro para valor teórico esté en laposición “mín.”.

Establecer la conexión a la red eléctrica conel cable de alimentación.

La unidad motriz está ahora dispuesta para el fun-cionamiento.

Encender el motor (5)

Ajustar el número de revoluciones (6)

Atención: El sentido de giro del motor sólo debecambiarse con el motor parado. Si se hace con elmotor en marcha, se dañará la platina delregulador.

Freno de polvo magnético

Unir la unidad de control y el freno con elcable.

Establecer la conexión a la red eléctrica.

Conectar la unidad de control y el freno.

Ajustar la corriente de excitación.

Tras realizar estos ajustes trabaja el freno.



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Aviso:

(después del montaje o transporte)Dado que el polvo magnético sepuede depositar enparte fuera del entrehierro debidoal transporte y a lamanipulación durante el montaje, para conseguiruna buena distribución del polvo en el entrehierro sedebería proceder según los puntos siguientes:

1. Con la bobina sinexcitar, hacer funcionar el dis-positivo durante aproximadamente1/2minutoalmáximonúmerode revolucionesposible (obser-

vando el número de revoluciones máximo delembrague de polvo magnético).

2. A continuación y en parado, conmutar variasveces la corriente entre I = 0 e I = 0,37 A alnúmero de revoluciones 0.

3. Repetir 1. y 2.

4. Excitar el embrague o el freno con aproxima-damente1/4xINoman=200rpmduranteunos

3 minutos en un ciclo de 5 segundos.

Preparación del freno de polvo magnéticodespués del montaje.



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Fig. Conjunto con unidad motriz, engranaje, freno y unidad de control con amperímetro

Motor EngranajeFreno depolvomagnético

Unidad de control para lacorriente de excitación, conamperímetro


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2.3.1 Ajuste del número de revoluciones/ medición del número de revolu-ciones

El número de revoluciones de la unidad de accio-namiento se puede ajustar sin escalonamientosen un margen de aprox. 0 a 3000 rpm. El númerode revoluciones se selecciona con el potencióme-

tro para valor teórico de la caja de control. Elnúmero de revoluciones se puede leer directa-mente eneldispositivo indicador digital.El valor seindica en rpm (min-1).

Para los números de revoluciones rige: n n

i 2

1



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Fig. 2.10 Diagrama de corriente del freno de motor

aprox. 5s detiempo de ciclo aprox. 3 min de duración total

a p r o x .

0 . 1

A

I e r

t

Número de revoluciones del motor n = 3000 rpm

Transmisión de engranajes rectos i = 13.5: 1


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2.3.2 Medición del par de la unidad motriz

Procedimiento de mediciónEl motor está montado en el armazón de basecomo máquina suspendida en péndulo. Los roda-mientos de bolas entre los que está suspendido elmotor permiten que el motor gire alrededor de sueje longitudinal prácticamente sin rozamiento.

Cuando el motor entrega un par de giro, se originaunpardereaccióndelamismamagnitud.Esteparde reacción es opuesto al par de accionamiento

del motor (actio = reactio).

El par de reacción se determina por medio de lapalanca y el dinamómetro.

Adquisición de valores de medición

Preparar la unidad motriz tal como se descri-be en 2.3.

Conectar el componente a ensayar (p. ej.ventilador, bomba o transmisión) al embra-

gue del motor.

Conectar la caja de control y ajustar el núme-ro de revoluciones deseado.

El par de reacciónhaceque el motor basculeen contra del sentido de giro. El brazo depalanca se pone en contacto con el topeinferior.

Ahora se tiene que mover el dinamómetro

hacia arriba hasta que el brazo de palancavuelva a estar horizontal. Para ello se aflojael tornillo moleteado (4) y se empuja eldinamómetro hacia arriba.

La fuerza se lee cuando el brazo de palancase encuentra en posición horizontal.



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2.3.3 Determinación del par de accionamiento

El par de accionamiento del motor tiene la mismamagnitud que el par de reacción. Se calcula comosigue:

Se da el nombre de par de accionamiento al parque la unidadmotriz suministra para el componen-te a ensayar (p. ej. transmisión, ventilador o bom-ba).Esdecir,se trata del par desalidadel motor.

Par de salidaM F l

ab

con l = 50 mm (brazo de palanca)

La fuerza semide tal comose describeen el punto2.3.3.

2.3.4 Determinación de la potencia de salida

Con el par de salida antes calculado y el corre-spondiente número de revoluciones se calcula lapotencia de salida del siguiente modo:

Potencia de salidaP M

ab ab

donde M F l ab

,

y

2 f , f n

s min

60

con n en min-1 (rpm), f en s-1,F en N, l en m y Mab (Msalida) en Nm



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2.3.5 Determinación del par de frenado

El freno de polvo magnético de G.U.N.T. se haconstruido como freno suspendido en péndulo,con lo que se tiene la posibilidad de medir externa-mente el par de frenado eficaz.

Para la medición se retiene el rotor primario (rotorexterior) con un dinamómetro. El par de frenadoeficaz se puede leer así directamente en eldinamómetro.

2.3.6 Determinación del calentamiento del freno

Durante el funcionamiento, el freno se calientaconsiderablemente en función de la carga. Parano sobrecargar térmicamente el freno, es necesa-rio considerar la máxima potencia de pérdida quese produce.

Ejemplo:

Fuerza de retención media del freno: 50 N

Brazo de palanca de la fuerza de retención:

100 mm



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Fig. 2.11 Medición de la fuerza de frenado y del par de frenado

Alojamiento

Brazo de palanca en el rotor exteriorDinamómetro

Unidad de control para lacorriente de excitación, conindicación de intensidad


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Resulta un par de giro de: 5 Nm

Número de revoluciones del freno 100 rpmModelo tamaño: 01

Resulta una potencia de frenado:P M

siendo

2 f

f n

s min

60

f en Hz, n en min-1 (rpm), M en Nm

P Nm min

min

s

5 2 1001 1

60

P W 5235.

Las potencias de frenado admisibles se puedenconsultar en los diagramas siguientes del anexo.

En los diagramas se parte de una temperaturaadmisible de la carcasa de T K 65 . De los dia-gramas se puede deducir la potencia de pérdida

térmica para patinamiento permanente.

¡Atención! No someter el freno a sobrecarga tér-mica, a pesar de que el freno dispone de un dispo-sitivo térmico de protección. El freno no debe tra-bajar en ningúncaso conpatinamientopermanen-te durante un tiempo ilimitado.



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Latensiónnominalyelparnominalestánreferidosal estado frío del freno a 20°C. Encasodecalenta-miento, disminuye la corriente de excitación y conello el par.

Este efecto se debe considerar como una posiblefuente de errores en el caso de ensayos cuantitati-vos. Pero este comportamiento no tiene apenasinfluencia en el caso de ensayos que se debanrealizar rápidamente.

2.4 Puesta fuera de servicio

Poner a cero la corriente de excitación delfreno.

Poner a cero el potenciómetro para valorteórico del control del motor.

Desconectar los dispositivos y separarlos dela red eléctrica.

2.5 Mantenimiento / Conservación

Lastransmisiones estánexentas demantenimien-to, ya que están lubricadas de por vida.

El motor y el freno también están exentos demantenimiento.



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3 Seguridad

3.1 Peligros para la salud

3.2 Peligros para el equipo y su funcionamiento

¡ATENCIÓN! Al trabajar con el freno de polvomagnético, tener en cuenta el calentamientomáximo admisible. Véanse un ejemplo de cálculoy los diagramas en los cap. 2.3.7, 6.2 y 6.3

3 Seguridad 18


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¡PELIGRO! Precaución al abrir cajas de distribuci-ón y al manipular todas las demás conexioneseléctricas. Existe peligro de sufrir una descargaeléctrica. Desconectar previamente sin falta losaparatos de la red eléctrica. Los trabajos los debeefectuar exclusivamente personal especializado.

¡ATENCIÓN! Antes de cambiar de posición deenchufe cablesde alimentacióno cablesde datos,desconectar siempre primero los aparatos.

¡PELIGRO! Peligrodelesionesporpiezasenrota-ción.

¡ATENCIÓN! Cambiar el sentido de giro sóloestando parada la unidad.


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4 Teoría

4.1 Fundamentos físicos y matemáticos

Engranajes de ruedas dentadas

Dos ruedas dentadas engranadas constituyen unengranaje. Los engranajes transmiten movimien-tos y pares en arrastre de forma. Los empareja-mientos de ruedas se distinguen por la forma y laposición de los ejes entre sí.

Engranaje de tornillo sin fin

Los engranajes de tornillo sin fin son engranajeshelicoidales cuyos ejes están cruzados, por reglageneral, formando un ángulo de 90°. El tornillo sinfinylaruedahacencontactoenunalínea.Normal-mente, el tornillo sin fin se construye con la formabásicacilíndricay el dentado de la rueda es de for-ma globoide. Transmisiones de alto rendimientoespeciales están formadas por un tornillo sin fingloboidal y una rueda globoidal.

4 Teoría 19


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Emparejamientos de ruedas dentadas

a) Ruedas dentadas rectas

b) Ruedas dentadas helicoidales

c) Ruedas con dentado aflechado

d) Ruedas dentadas helicoidales dobles

e) Engranaje interior con dentadorecto o helicoidal

f) Ruedas cónicas con dentadorecto o helicoidal

g) Ruedas cónicas con dentadoespiral o aflechado

h) Engranaje cónico interiorI) Ruedas cónicas con decalaje axial

j) Engranaje helicoidal de ruedascilíndricas

k) Engranaje de tornillo sin fincilíndrico

l) Engranaje de tornillo sin fingloboide


24/42

Características especiales de las transmisiones

de engranajes de tornillo sin fin cilíndrico son:

la elevada capacidad de carga en compara-ción con las transmisiones de engranajesrectos, dado que existe contacto en unalínea

el funcionamiento silencioso y la buenaamortiguación de vibraciones

el gran campo de desmultiplicación in

la gran eficiencia con una gran multiplicaci-ón; se puede conseguir una elevada eficien-cia (

98 ) con diseños particularmente

sofisticados y con unas buenas condicionesde funcionamiento; según disminuye elángulode hélice (con unamayor multiplicaci-ón) y a velocidades pequeñas, disminuye laeficiencia (hasta

50 %)

el autobloqueo

la estructura más pequeña y ligera en com-paración con engranajes de ruedas rectas ycónicas con una mayor multiplicación.

4 Teoría 20


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25/42

Par de salida:

El par de salida se calcula como producto de lafuerza F y el brazo de palanca l en el que actúa lafuerza.

M F l ab

con Mab (Msalida) en Nm, F en N y l en m

Potencia de salida:

La potencia de salida de un árbol en rotación secalcula como producto del par de giro M y la frecu-encia angular

.

P M ab ab

y

2 f ;

donde f n

s min

60 ;

con Pab (Psalida ) e n W , Mab (Msalida) e n N m y n e nmin-1 (rpm)

Eficiencia:

La eficiencia (también llamada rendimiento) sedefine como la relación entre la potencia de salida

y la de entrada. La eficiencia es siempre menorque 1.

P

P

out

in

Números de revoluciones:

n n

i 2

1

4 Teoría 21


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5 Experimentos

5.1 Registro de una curva característica de par-corriente

Tarea:

Se debe registrar la curva característica depar-corriente de un freno de polvo magnético.

Montaje para el ensayo:

El montaje para el ensayo puede verse en la fig.2.9.

5.1.1 Realización del ensayo:

Conectar la unidad motriz

Ajustar en la unidad motriz el número derevoluciones elegido

Ajustar con el potenciómetro la corriente deexcitación en la unidad de control del frenode polvo magnético. Para la adquisición devalores de medición,hacer aumentar el valor

de la intensidad de corriente desde cero has-ta el valor máximo y ajustar luego valoresdecrecientes desde el valor máximo haciacero.

Determinar con un dinamómetro la fuerza deretención del freno de polvo magnético en elbrazo de palanca. La longitud del brazo depalanca es de 100 mm.

Anotar los valores Adquirir el siguiente valor con una corriente

de excitación modificada y anotarlo

A continuación, registrar los valores en unsistema de coordenadas.

5 Experimentos 22


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5.1.2 Análisis del ensayo y valores de medición

Los valores de medición del diagrama muestranclaramente el comportamiento de histéresis de unfreno de polvo magnético.

Con ayuda del diagramaregistradosepuede ajus-tar un par de frenado determinado para el freno encuestión con la corriente de excitación dada.

Número de revolucio-nes: 1500 rpm

Freno núm. de serie:

I corriente deexcitación en A

F fuerza en el brazo de palanca en N

0

c r e c i e n t e 4

0.05 13

0.1 33

0.15 53

0.2 74

0.25 93

0.3 102

0.25

d e c r e c i e n t e 102

0.2 84

0.15 64

0.1 44

0.05 23

0 5

5 Experimentos 23


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28/42

Considerando el brazo de palanca de l = 0.1 m,resulta la siguiente curva característica de par.

5 Experimentos 24


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0

20

40

60

80

100

120

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35

I in A

F i n N

Fig. 5.1 Curva característica de corriente de excitación-fuerza de unfreno de polvo magnético (bucle de histéresis de un frenode polvo magnético)

M=f(I)

0

2

4

6

8

10

12

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35

I in A

M

i n N m

Fig. 5.2 Curva característica de corriente de excitación-par de unfreno de polvo magnético


29/42

5.2 Determinación de la eficiencia de una transmisión de engranajesrectos

Se desea averiguar la eficiencia de una transmisi-ón de engranajes rectos de dos etapas coni = 13.5.

5.2.1 Realización de ensayos

Realizar la puesta en servicio tal como sedescribe en el capítulo 2.3.

Registro de los datos de medición

Datos de medición:

Número de revoluciones del motor (n1):1520 rpm

Fuerza de retención del motor (F1): 14.6 N

Brazo de palanca del motor (l1): 0.05 m

Corriente de excitación (IA): 0.32 A

Fuerza de retención del freno (F2): 75 N

Todos los datos se han adquirido con el sistemaen funcionamiento.

5 Experimentos 25


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Fig. 5.3 Montaje con transmisión de engranajes rectos

Unidad motrizAT 100

Transmisiónde engranajesrectos

Freno depolvomagnético

Unidad de control del freno

Dispositivo de controlde la unidad motriz

Embragues


30/42

5.2.2 Análisis

Potencia de entrada:

P M 1 1 1

siendo

M F l 1 1 1 , M Nm 1 14 6 005 0 73 . . .

1 12 f y f n

1

60

P N m min

s 1 14 6 005 2

1520 160

. .

P W 1 1162 .

Potencia de salida:

P M 2 2 2

siendo

M F l 2 2 2 , M Nm 2 75 01 75 . .

P N m min

s 2 75 01 2

1126 160

.

.

P W 2 884 .

Eficiencia:

P

P

2

1

8841162

0 76..

.W

W

5 Experimentos 26


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La eficiencia así determinada es demasiado baja

para una transmisión de engranajes rectos de dosetapas con lubricación de por vida.

Es más realista una eficiencia 08 09. . .

Posibles fuentes de error en la medición:

Orientación de losdinamómetros (no formanexactamente ángulo recto con el brazo depalanca)

El rodaje de la transmisión no se ha comple-

tado todavía (p. ej., el tiempo de rodaje paraengranajes de tornillo sin fin es de aprox. 25horas con la marga máxima; el grado deinfluencia puede estar en el margen de un12% aproximadamente)

La transmisión no ha alcanzado aún la tem-peratura de equilibrio

Imprecisión de los dinamómetros

Para poder decir algo más sobre las relacionesexistentes entre número de revoluciones, carga yeficiencia, es necesario registrar más series demediciones.

Para hacer posible una comparación de mayoralcance de las transmisiones, se debería procederdel siguiente modo:

Hacer funcionar ambas transmisiones a varios

números de revoluciones de entrada iguales ysometer también ambas transmisiones a variascargas iguales.

Se debería comenzar con una carga pequeña,que se irá aumentando gradualmente.

5 Experimentos 27


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5.3 Determinación de la eficiencia de una transmisión de engranajes detornillo sin fin

Se desea averiguar la eficiencia de una transmisi-ón de engranajes de tornillo sin fin de una etapacon i = 15.

5.3.1 Realización de ensayos

Realizar la puesta en servicio tal como sedescribe en el capítulo 2.3.

Registro de los datos de medición

Datos de medición:

Número de revoluciones del motor (n1):1503 rpm

Fuerza de retención del motor (F1): 14.6 N

Brazo de palanca (l1): 0.05 m

Corriente de excitación (IA): 0.28 A

Fuerza de retención del freno (F2): 72 N

Todos los datos se han adquirido con el sistemaen funcionamiento.

5 Experimentos 28


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Fig. 5.4 Montaje con transmisión de engranajes de tornillo sin fin

Unidad de control del freno

Unidad motrizAT 100

Freno depolvomagnético

Transmisión deengranajes detornillo sin fin

Embragues

Dispositivo decontrol de launidad motriz


33/42

5.3.2 Análisis

Potencia de entrada:

P M 1 1 1

siendo

M F l 1 1 1 , M Nm 1 14 6 005 0 73 . . .

1 12 f y f n

1

60

P N m min

s 1 14 6 005 2

1503 160

. .

P W 1 1148 .

Potencia de salida:

P M 2 2 2

siendo

M F l 2 2 2 , M Nm 2 75 01 75 . .

P N m

min

s 2 72 01 2

1074 160

..

P W 2 809 .

Eficiencia:

P

P

2

1

,

8091148

0 70..

.W

W

5 Experimentos 29


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Esta eficiencia es relativamente buena para una

transmisióndeengranajesde tornillo sin fin deunaetapa.

En el caso de las transmisiones de engranajes detornillo sin fin, la eficiencia disminuye segúnaumenta la relación de transmisión.

Como regla general puede decirse que una trans-misión de engranajes de tornillo sin fin tiene unaeficiencia menor queuna transmisión de engranajes rectos con la misma multiplicación.

El tiempo de rodaje de una transmisión de engra-najesdetornillosinfinesdeaprox.25horasconlacarga máxima. Según datos del fabricante de latransmisión, antes de completarse el rodaje hayque contar con las siguientes deducciones:

1 entrada, hasta aprox. 12%

2 entradas, hasta aprox. 6%

3 entradas, hasta aprox. 3%

5 Experimentos 30


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35/42

6 Anexo

6.1 Hojas de trabajo

Nombre:

Fecha:

Número derevoluciones:

Freno núm. de serie:

I corriente deexcitación en A

F fuerza en el brazo de palanca en N

c r e c i e

n t e

d e c r e c i e

n t e

6 Anexo 31


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6.2 Datos técnicos

MotorPotencia nominal: 200 W

Par nominal: 0.58 Nm

Número de revoluciones nominal: 3020 rpm

Corriente nominal de inducido (180 W):1.45 A

Corriente nominal de inducido (200 W):1.55 A

Corriente de inducido máx.: 4.0 A

Par específico: 0.45 Nm/A

Momento de inercia másico: 2.0 kg cm2

Masa: 15 kg

Dispositivo de control

Tensión de conexión: 230 V

Frecuencia de red: 50/ 60 HzPotencia de actuador (Ua=150 V): 300 W

Tensión de inducido (DIN 40030): 170 V=

Corriente de inducido máx.: 2 A

Control de fusible y

datos de relé: 230 V, 50/60 Hz

Potenciómetro para valor teórico (2 W):10 kOhmios

Tensión de valor teórico: +10 VTemperatura ambiente adm.: 0-45 °C

Masa: 200 g

Caja de control

Fusible del aparato (lento) : 4.0 A

Fusible del motor (rápido): 6.3 A

6 Anexo 32


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Interruptor de proximidad

Principio: inductivoTensión de alimentación (Ub): 5-30 VConsumo de corriente: mACorriente de conmutación máx.: 200 mACaída de tensión (Ud): 1 VFrecuencia de conmutación máx.: 5 kHz

Indicación digital

Indicación:

4 dígitos, LED rojos, 14 mm de alto, 0-9999Entrada: para interruptor de proximidad inductivo

4-20 mAFrecuencia de entrada: 0 - 10 kHzPrecisión de medición: +/- 1 dígitoTiempo de medición:1 vez por segundoEntrada de impulsos: 2 impulsos por vueltaTensión de servicio: 230 V, 50 Hz

Transmisión de engranajes rectos

Multiplicación: 13.5Grados de desmultiplicación: 2Potencia nominal de salida: 0.2 kWPar nominal de salida: 23.4 NmDentado según DIN 3990 helicoidalIntervalo de nivel de aceite:

lubricación permanente

Engranaje de tornillo sin fin

Multiplicación: 15.0Grados de desmultiplicación: 1Tornillo sin fin z = 2Rueda helicoidal z = 40Par de salida máx.: 10 Nm

6 Anexo 33


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La lubricación se realiza con una grasa fluida para

engranajes sintética. La grasa fluida utilizada nose puedemezclar conaceites o grasasminerales.

Frenodepolvomagnéticodispositivodecontrol

Tensión de conexión: 230 VFrecuencia de red: 50/ 60 HzAlternativa opcional, véase placa del equipo

Freno de polvo magnético (marca Lenze,14.512.01.1.2)Par nominal con la corriente nominal (MN):

10 NmPar residual (MR): 0.6 NmNúmero de revoluciones máx.: 3000 rpmMomento de inercia:

Rotor exterior 3.6 x 10-3 kgm2

(con disipador de calor)7.2 x 10-3 kgm2

Rotor interior 0.18 x 10-3 kgm2

Cantidad de polvo: 12 gValores de bobina:Tensión nominal (UN) 24 VResistencia de la bobina (R20) 64.5 ohmiosCorriente nominal (I20) 0.37 APotencia nominal (P20 ) 9 WResistencia (R) 64.5 ohmiosTiempo de conmutación (t1 /t2) 280/ 70 ms

Potenciade pérdida Pv sin disipador de calor, refe-rida al número de revoluciones del rotor exteriorPotencia de pérdida Pv (nA= 0 rpm) 20 WPotencia de pérdida Pv (1500 rpm) 140 WPotencia de pérdida Pv (3000 rpm) 200 Wcon disipador de calorPotencia de pérdida Pv (nA= 0 rpm) 65 WPotencia de pérdida Pv (1500 rpm) 390 WPotencia de pérdida Pv (3000 rpm) 700 W

(nA = número de revoluciones del rotor exterior)

6 Anexo 34


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6.3 Tablas

Curvas características del freno (01)

6 Anexo 35


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Fig. 6.1 Curva característica de par del freno de polvomagnético


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Curvascaracterísticas depotencia depérdida del freno (01)

6 Anexo 36


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nA = 0 rpmsin disipadorde calor

Magnitud


Magnitud

Magnitud



Magnitud


41/42

6 Anexo 37


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Magnitud



42/42

6.4 Símbolos en las fórmulas

n Número de revoluciones rpm (min-1)n1 Número de revoluciones de entrada rpm (min

-1)

n2 Número de revoluciones de salida rpm (min-1)

nN Número de revoluciones nominal rpm (min-1)

Velocidad angular s-1

f Frecuencia s-1

i Relación de transmisión

m Masa kgMab Par de salida Nm

MN Par nominal Nm

l Brazo de palanca m

F Fuerza N

Pab Potencia de salida W

PN Potencia nominal W

PV Potencia de pérdida W

JI Momento de inercia del rotor interior kgm2

JA Momento de inercia del rotor exterior kgm2

Ierr Corriente de excitación del freno A

I20 Corriente de excitación a 20°C A

Eficiencia

t Tiempo s o min

6.5 Volumen de suministro

1 unidad de ensayos AT 200 completa

1 instrucciones de ensayo para AT 200


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Documents

At 200 G.U.N.T. - Aparato Para Determinar La Eficiencia de Engranes - EXPERIMENTOS