IMPRESORA DE 5 EJES

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Integrantes:

Álvarez Sánchez, Juan Aaron
Illanes Granados, Sebastian Arturo
Valle Atencio, Sergio Daniel

Curso: Diseño y Fabricación Digital de Mecanismos

Docente: Daniel Marquina

Carrera: Mecatrónica Industrial

Ciclo: 2022 - II

Marco Teórico

Engranajes Cónicos

En dichos engranajes tenemos lo siguiente, cuando los ejes se cruzan, el movimiento se transmite a través de engranajes cónicos con perfil de dientes cónicos.

Cono original y cono complementario: similar a los engranajes rectos, la circunferencia del círculo primitivo se refiere al cilindro. Aquí nos referimos a la base del cono original con generatriz G y vértice V (Figura 6). El cono complementario tiene la misma base, su generatriz es perpendicular a la generatriz del cono original G, y su vértice es Vcr. Estos dos conos son la base para definir la geometría del engranaje. El contracono delimita dientes y se obtienen los diámetros superior e inferior correspondientes.

Calculos de engranajes cónicos, se propone resolver un par de engranajes cónicos con ejes perpendiculares entre sí, dientes rectos. Entonces tenemos los siguientes datos:

Relación de transmisión i = ¼

Módulo m = 5

Generatriz (aproximada) G ≈ 115

Ángulo entre ejes Υ = 90º

Resolución:

i=14=zpzr=K4*K; zp=K; zr=4*K

K debe ser un número entero. En la Figura 6 podemos ver que el teorema de Pitágoras se puede aplicar formando un eje de 90 grados. donde G es la hipotenusa. Si el dato inicial era uno de los diámetros primitivos, G se obtiene construyendo la Fig. 6 correspondiente al dato Dp o dp e i.

G=12=Dp2+dp2=12(m4K)2+(mK)2115

K=11,156; Se toma K=11

La generatriz de recalcula utilizando valores enteros de K para obtener el dato final:

G=113,385; zp=11; zr=44; dp=55; Dp=220

senr=Dp2*G; senp=dp2*G; r=75,96°; p=14,036°

Engranajes Tornillo sin fin - Corona

Este es un caso especial de engranajes helicoidales, donde el ángulo entre los ejes que se cruzan es arbitrario, pero 90° es el más común. Este tipo de caja de cambios consta de un tornillo sin fin (entrada) y una corona (salida), lo que le permite reducir la velocidad significativamente más que otras cajas de cambios. Este mecanismo es irreversible. Es decir, al girar el tornillo se mueve la corona, pero la corona no puede mover el tornillo (Fig. 1 y 2).

Dp = M x Z

En donde:

Dp: diámetro primitivo

M: módulo

Z: cantidad total de dientes del engrane

Cálculos del tornillo sin fin, para ello tenemos un par de engranajes helicoidales cuyos ejes se intersecan para formar un ángulo de 90°. Entonces tenemos los siguientes datos:

Relación de transmisión i = 1/50

Módulo normal mn = 4

Distancia entre ejes (aproximado) L ≈ 120

Ángulo entre ejes Υ = 90º

Ángulo de la hélice del tornillo βt = 85⁰

Resolución:

Ángulo de la hélice de la corona: c=90° - t=5°

i=1/50=zt/zc=K/50*K; zt=K; zc=50*K

K un número entero.

L=120=mn/cost*zt+mn/cosc*zc2=4/cos85*K+4/cos5*50*K2=123,33*K=1

zt=1(Una entrada); zc=50

Cálculos de los diámetros primitivos:

dpt=mn/cost*zt=4/cos85*1=45.89 mm

Dpc=4/cos5*50=200,76 mm

Cálculos de la distancia real entre ejes:

L=dpt+Dpc/2=123,3 mm

Motor paso a paso

Un motor paso a paso es un motor de CC sin escobillas cuya construcción divide su rotación en un número fijo de pasos. Una rotación completa del eje de 360° generalmente se divide en 200 pasos. Esto significa que se realiza una carrera de eje cada 1,8°. En general, los motores paso a paso tienen una velocidad máxima de alrededor de 1000 rpm, pero la velocidad exacta posible depende del motor que use y del controlador que use.

Un motor paso a paso consta de un rotor y un estator. El estator es una pieza estacionaria, pero el rotor, que está montado sobre un eje con cojinetes, gira de acuerdo con el campo magnético giratorio generado alrededor del estator. Un estator de acero u otro metal es el marco de una serie de electroimanes, bobinas dispuestas alrededor de un rotor en posiciones específicas. Cuando la corriente fluye a través de una bobina de estator, se genera un campo magnético a su alrededor. Un flujo magnético dado tiene una dirección y fuerza que depende de la fuerza y dirección de la corriente que fluye a través de una bobina en particular.

MDF

MDF significa tablero de fibra de densidad media, también conocido como DM. Este tipo de tablero se fabrica comprimiendo fibras de madera (aproximadamente un 85%) y resina sintética, haciéndolo más denso que el contrachapado o contrachapado tradicional. Comúnmente conocida como madera MDF o madera comprimida, esto no es exacto ya que estamos hablando estrictamente de productos derivados de la naturaleza y no de madera obtenida de la naturaleza.

DISEÑO

BOCETO IMPRESORA DE 5 EJES

Para este proyecto, nos enfocaremos en trabajar el movimiento del extrusor, para ello agregamos la rotación en el eje A y en el eje B.

En el presente boceto, planeamos trabajar con engranajes cónicos y un sistema de tornillo sin fin. Entonces en el boceto, nos apoyamos de la base de metal de la estructura de impresora 3D que nos brindaron en el FabLab; porque es ahí donde encajaremos los engranajes cónicos que cumplirán con el movimiento en el eje A, de donde tendrá salida mediante un tornillo M4 hacia el soporte del extrusor. Aquí usaremos el sistema de tornillo sin fin para formar el movimiento del eje B.

Cálculos y parámetros

1. Resumen de Cálculos para eje B: Sistema Engranajes Cónicos

a. Relación de transmisión (i)

i = 1:1

b. Número de dientes (Z)

Z1 Z2

27 27

c. Módulo (m) y Diámetro Primitivo (dp)

m dp1 dp2

2 54 54

e. Distancia entre centros (c)

c1 = 28.768 == 28.77 mm

c2 = 28.768 == 28.77 mm

f. Ángulo de presión

20°

Para mayor detalle de los cálculos dar clic en el siguiente botón:

2. Resumen de Cálculos para eje A: Sistema Engranajes Tornillo sin Fin

3. Configuración Motores

a. Eje B

Relación de transmisión es de:

B = 1:1

b. Eje A

Relación de transmisión es de:

A = 1:20

Conexión:

Bobina 1: Negro-Amarillo
Bobina 2: Rojo-Azul
Común: Rosado

c. Eje X e Y

De acuerdo a documentos anteriores realizados por los estudiantes del semestre 2022-1 la relación de transmisión de los ejes X e Y son lo siguientes:

X = 34.399

Y = 34.399

A partir de ello se realiza el cálculo respectivo, sin embargo por fines prácticos se aumenta la velocidad de avance y la aceleración de avance de ambos ejes a criterio de los estudiantes:

d. Eje Z

De acuerdo a documentos anteriores realizados por los estudiantes del semestre 2022-1 la relación de transmisión del eje Z es el siguientes:

Z = 3.3

A partir de ello se realiza el cálculo respectivo, sin embargo por fines prácticos se aumenta la velocidad de avance y la aceleración de avance de ambos ejes a criterio de los estudiantes:

Modelado 3D

DISEÑO DE ENGRANAJES CÓNICOS _ PROTOTIPO 2

FUNCIONAMIENTO

Conclusiones

En consecuencia de que los ejes que salían tanto del Piñón como de la Rueda solían fracturarse al generar una mínima fuerza axial, ante esto se actúo colocando un radio, en la intersección del eje con el engranaje cónico, que pueda soportar dichas fuerzas y así tener una mejor estructura de estos elementos.
Dado que se tenía pensado fabricar el soporte de MDF de 9 mm para el motor empleando la fresadora, serían necesarias más de una configuración, esto dificultará la fabricación de la misma así que se concluyó emplear la Cortadora Láser usando placas de MDF de 3 mm dividas en tres capas.
Dado que el eje B soporta el peso, se decide insertar un tornillo M4 para brindar mayor solidez al eje.
Dado que el mdf de 3mm es débil, se decide reforzar pegando 2 o 3 capas de la misma y así generar mayor presión.
Debido a que un rodamiento no puede mantenerse a presión en una sola circunferencia hueca, se decide crear una base con solo el diámetro interior hueco para no alterar su funcionamiento.
Dado que el eje es largo, se decide aplicar soporte con un rodamiento en el inferior, ya que esto genera estabilidad.
Debido a que el movimiento del cabezal puede superar las dimensiones máximas en X, Y, Z, A y B, se decide emplear END STOP máximos.
Debido a que los cables de los motores que van conectados directamente con el driver realizaban un falso contacto se decide realizar un reemplazo de los extremos a los ejes X, Y y Z.
Debido a que se trabaja con piezas del fablab, se decide tomar precauciones para probar el correcto funcionamiento de los componentes.

Bibliografía

LA ESCUELA TECNICA, (s.f). Engranajes y ruedas dentadas. Recuperado de https://laescuelatecnica.jimdofree.com/ruedas-dentadas/

UNICAN, (s.f). Transmisión de movimiento. Recuperado de https://ocw.unican.es/pluginfile.php/228/course/section/139/tema_5%201.pdf

EcuRed, (s.f). Piñon (mecanismo) .Recuperado de https://www.ecured.cu/Pi%C3%B1%C3%B3n_(mecanismo)

Repositorio

https://drive.google.com/drive/folders/1HqM6qOVw3NJCXQuRPFzTlXbWvOLRVOxz?usp=sharing

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