En ingeniería mecánica , el juego , a veces llamado juego , juego o inclinación , es un espacio libre o pérdida de movimiento en un mecanismo causado por espacios entre las piezas. Puede definirse como "la distancia o ángulo máximo a través del cual cualquier parte de un sistema mecánico puede moverse en una dirección sin aplicar fuerza o movimiento apreciable a la siguiente parte en la secuencia mecánica". [1] pág. 1-8 Un ejemplo, en el contexto de engranajes y trenes de engranajes , es la cantidad de espacio libre entre los dientes de engranajes acoplados. Se puede ver cuando se invierte la dirección del movimiento y se recupera el movimiento flojo o perdido antes de que se complete la inversión del movimiento. Se puede oír desde los acoplamientos ferroviarios cuando un tren cambia de dirección. Otro ejemplo es en un tren de válvulas con taqués mecánicos , donde es necesario un cierto rango de juego para que las válvulas funcionen correctamente.
Dependiendo de la aplicación, el juego puede ser deseable o no. En casi todos los acoplamientos mecánicos reversibles es inevitable cierta cantidad de juego, aunque sus efectos pueden anularse o compensarse. En muchas aplicaciones, el ideal teórico sería cero reacción, pero en la práctica real se debe permitir cierta reacción para evitar interferencias. [ cita necesaria ] Las razones para especificar un requisito de juego incluyen permitir la lubricación , errores de fabricación, deflexión bajo carga y expansión térmica . [ cita requerida ] Una causa principal de juego no deseado es el desgaste .
Los factores que afectan la cantidad de juego requerido en un tren de engranajes incluyen errores en el perfil, el paso, el espesor de los dientes, el ángulo de la hélice y la distancia entre centros y el descentramiento . Cuanto mayor sea la precisión, menor será el juego necesario. El juego se crea más comúnmente cortando los dientes más profundamente en los engranajes que la profundidad ideal. Otra forma de introducir holgura es aumentando las distancias entre centros entre los engranajes. [2]
El juego debido a los cambios en el espesor de los dientes generalmente se mide a lo largo del círculo primitivo y se define mediante:
dónde:
El juego, medido en el círculo primitivo, debido a modificaciones del centro operativo está definido por: La velocidad de la máquina. El material en la máquina.
dónde:
La práctica estándar es dejar espacio para la mitad del juego en el espesor de los dientes de cada engranaje. [ cita necesaria ] Sin embargo, si el piñón (el más pequeño de los dos engranajes) es significativamente más pequeño que el engranaje con el que engrana, entonces es una práctica común tener en cuenta todo el juego en el engranaje más grande. Esto mantiene la mayor fuerza posible en los dientes del piñón. [2] La cantidad de material adicional que se elimina al fabricar los engranajes depende del ángulo de presión de los dientes. Para un ángulo de presión de 14,5°, la distancia adicional que se mueve la herramienta de corte es igual a la cantidad de juego deseado. Para un ángulo de presión de 20°, la distancia equivale a 0,73 veces la cantidad de juego deseado. [3]
Como regla general, el juego promedio se define como 0,04 dividido por el paso diametral ; siendo el mínimo 0,03 dividido por el paso diametral y el máximo 0,05 dividido por el paso diametral . [3] En métrica, puedes simplemente multiplicar los valores con el módulo:
En un tren de engranajes , el juego es acumulativo. Cuando se invierte un tren de engranajes, el engranaje impulsor gira una distancia corta, igual al total de todas las holguras, antes de que el engranaje conducido final comience a girar. En salidas de baja potencia, la reacción produce cálculos inexactos debido a los pequeños errores introducidos en cada cambio de dirección; En grandes potencias de salida, el contragolpe envía descargas a través de todo el sistema y puede dañar los dientes y otros componentes. [ cita necesaria ]
En determinadas aplicaciones, el juego es una característica indeseable y debe minimizarse.
El mejor ejemplo aquí es un sintonizador de radio analógico donde se pueden realizar movimientos de sintonización precisos tanto hacia adelante como hacia atrás. Los diseños de engranajes especializados lo permiten. Uno de los diseños más comunes divide el engranaje en dos engranajes, cada uno de la mitad del grosor del original.
La mitad del engranaje está fijada a su eje mientras que a la otra mitad del engranaje se le permite girar sobre el eje, pero precargada en rotación por pequeños resortes helicoidales que hacen girar el engranaje libre con respecto al engranaje fijo. De esta forma, la compresión del resorte hace girar el engranaje libre hasta eliminar todo el juego del sistema; los dientes del engranaje fijo presionan contra un lado de los dientes del piñón mientras que los dientes del engranaje libre presionan contra el otro lado de los dientes del piñón. Cargas menores que la fuerza de los resortes no comprimen los resortes y, al no haber espacios entre los dientes a absorber, se elimina el juego.
Otra área donde la reacción es importante es en los tornillos de avance . Nuevamente, como en el ejemplo del tren de engranajes, el culpable es la pérdida de movimiento al invertir un mecanismo que se supone transmite el movimiento con precisión. En lugar de dientes de engranaje, el contexto es roscas de tornillo . Un ejemplo de aplicación son los ejes deslizantes lineales (carros de máquinas) de máquinas herramienta .
La mayoría de las correderas de las máquinas durante muchas décadas, y muchas incluso hoy en día, han sido superficies de rodamiento lineales de hierro fundido simples (pero precisas) , como una corredera de cola de milano o de caja, con un husillo Acme . Con una simple tuerca, es inevitable que se produzca una reacción violenta. En las máquinas herramienta manuales (no CNC ), el medio del maquinista para compensar el juego es acercarse a todas las posiciones precisas utilizando la misma dirección de desplazamiento, es decir, si han estado girando hacia la izquierda y luego quieren moverse a un punto hacia la derecha, se moverán hacia la derecha y luego volverán a girar hacia la izquierda; En ese caso, las configuraciones, los enfoques de las herramientas y las trayectorias de las herramientas deben diseñarse dentro de esta restricción. [ cita necesaria ]
El siguiente método, más complejo que la tuerca simple, es una tuerca partida , cuyas mitades se pueden ajustar y bloquear con tornillos, de modo que los dos lados se desplacen, respectivamente, contra la rosca hacia la izquierda y el otro lado se desplace hacia la derecha. Observe la analogía aquí con el ejemplo del dial de radio que utiliza engranajes divididos, donde las mitades divididas se empujan en direcciones opuestas. A diferencia del ejemplo del dial de radio, la idea de la tensión del resorte no es útil aquí, porque las máquinas herramienta que realizan un corte ejercen demasiada fuerza contra el tornillo. Cualquier resorte lo suficientemente ligero como para permitir el movimiento de la corredera permitiría, en el mejor de los casos, la vibración del cortador y, en el peor, el movimiento de la corredera. Estos diseños de tornillo de avance de tuerca dividida sobre un tornillo Acme ajustados por tornillo no pueden eliminar todo el juego en la corredera de una máquina a menos que se ajusten tan apretados que el recorrido comience a atascarse. Por lo tanto, esta idea no puede obviar totalmente el concepto de acercarse siempre desde la misma dirección; sin embargo, el juego se puede mantener en una pequeña cantidad (1 o 2 milésimas de pulgada o), lo cual es más conveniente, y en algunos trabajos no precisos es suficiente para permitir "ignorar" el juego, es decir, diseñar como si no hubiera ninguno. Los CNC se pueden programar para utilizar el concepto de aproximación siempre desde la misma dirección, pero esa no es la forma normal en que se utilizan hoy en día [ ¿cuándo? ] , porque las tuercas partidas hidráulicas anti-contragolpe y las formas más nuevas de husillo que Acme/trapezoidal, como los husillos de bolas de recirculación , eliminan eficazmente el contragolpe. [ cita necesaria ] El eje puede moverse en cualquier dirección sin el movimiento de ida y vuelta.
Los CNC más simples, como los microtornos o las conversiones de manual a CNC, que utilizan accionamientos de tuerca y tornillo Acme, se pueden programar para corregir el juego total en cada eje, de modo que el sistema de control de la máquina se mueva automáticamente la distancia adicional. necesario para tomar el relevo cuando cambia de dirección. Esta "compensación de holgura" programática es una solución económica, pero los CNC de nivel profesional utilizan las unidades de eliminación de holgura más costosas mencionadas anteriormente. Esto les permite realizar contornos 3D con una fresa de punta esférica, por ejemplo, donde la fresa se desplaza en muchas direcciones con rigidez constante y sin demoras. [ cita necesaria ]
En los ordenadores mecánicos se requiere una solución más compleja: una caja de cambios con juego frontal. [4] Esto funciona girando un poco más rápido cuando se invierte la dirección para "agotar" la holgura.
Algunos controladores de movimiento incluyen compensación de holgura. La compensación se puede lograr simplemente agregando un movimiento de compensación adicional (como se describió anteriormente) o detectando la posición de la carga en un esquema de control de circuito cerrado . La respuesta dinámica del juego en sí, esencialmente un retraso, hace que el bucle de posición sea menos estable y, por lo tanto, más propenso a la oscilación .
El juego mínimo se calcula como el juego transversal mínimo en el círculo de paso de funcionamiento permitido cuando los dientes del engranaje con el mayor espesor de diente funcional permitido están engranados con los dientes del piñón con su mayor espesor de diente funcional permitido, a la distancia entre centros más pequeña permitida, en condiciones estáticas. condiciones.
La variación del juego se define como la diferencia entre el juego máximo y mínimo que ocurre en una revolución completa del mayor de un par de engranajes acoplados. [5]
El juego en los acoplamientos de engranajes permite una ligera desalineación angular. Puede haber una reacción significativa en las transmisiones no sincronizadas debido a la separación intencional entre los dientes en los embragues de dientes . La separación es necesaria para enganchar las garras cuando la velocidad del eje de entrada (motor) y la velocidad del eje de salida (eje de transmisión) están imperfectamente sincronizadas. Si hubiera un espacio libre menor, sería casi imposible engranar las marchas porque los dientes interferirían entre sí en la mayoría de las configuraciones. En las transmisiones sincronizadas, el sincronizado soluciona este problema.
Sin embargo, el juego no es deseable en aplicaciones de posicionamiento de precisión, como mesas de máquinas herramienta. Se puede minimizar eligiendo husillos de bolas o husillos con tuercas precargadas y montándolos en cojinetes precargados. Un rodamiento precargado utiliza un resorte y/o un segundo rodamiento para proporcionar una fuerza axial de compresión que mantiene las superficies del rodamiento en contacto a pesar de la inversión de la dirección de la carga.
