Análisis de Esfuerzos del Ariete-Cremallera

El ariete-cremallera se fabricará del mismo acero que el engrane, por lo que se define el material en acero AISI 4140 templado y revenido a 200°C con las propiedades de la tabla antes mostrada. A diferencia del engrane, el ariete tiene dos modos de trabajo, por lo que es necesario analizar las dos situaciones de carga respectivas. El primer modo de carga es el trabajo conjugado con el engrane, y como se vio anteriormente el valor de las carga tangencial Wt es 1750 N y la carga radial Wr de 640 N solo que con

dirección contraria. Se colocan apoyos sobre las caras cilíndricas que están contenidas en el componente Figura 4.3: Distribución del factor de seguridad en el engrane en base a la TED

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o edo con reacción radial, y sobre las caras planas con contacto con el sub-ensamblaje del plato térmico con reacción normal al plano. El mallado de igual forma se crea basado en la curvatura del modelo con elementos solidos tetraédricos de tamaño máximo de 3.64 mm con un total de 127,065 nodos. Se agrega un control de mallado únicamente en los entalles del diente cargado. La imagen muestra el modelo con las cargas en color morado y los apoyos en verde. En la vista de detalle del diente esforzado se nota que esa región posee una malla mas fina.

Figura 4.4: Mallado, sujeción y cargas del estudio del

ariete-cremallera

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Se ejecuta el estudio con los mismos parámetros que el estudio del engrane usando un método de solución adaptativa H con 3 bucles de solución con una precisión del 98%. Se presenta la distribución de esfuerzos de von Mises en las imágenes de detalle del diente cargado.

El esfuerzo máximo se ubica debajo de la superficie de contacto. Este resultado no es confiable dado que un análisis estático no pretende evaluar los esfuerzos de contacto, ya que no se involucra el parámetro de dureza, ni las propiedades del segundo cuerpo. La región de interés es el entalle sujeto a tensión, la cual se ve mayormente cubierta en verde. Tomando un muestreo de 30 nodos de esa región el promedio es de 107.8414 MPa. Esto es de esperarse ya que el ancho del diente a la altura del entalle es de aproximadamente 16.7 mm y no 10 mm como en el engrane. Se presenta la distribución del factor de seguridad en base a la TED.

De nuevo, se aprecia mejor el trabajo que realiza la pieza en esta distribución. Nótese el trabajo en el entalle del último diente de la cremallera con FDS de 45 a 65. Es de esperarse el FDS mínimo se encuentra en el entalle del diente esforzado siendo de 6.41, lo cual es bastante aceptable. Se recuerda que esta pieza puede llegar a calentarse, por lo que un factor de seguridad alto es conveniente.

Figura 4.6: Distribución del esfuerzo de von Mises en el ariete-cremallera

Figura 4.7: Distribución del factor de seguridad en el ariete en base a la

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Ahora se analiza el segundo modo de carga del ariete que es cuando el ariete es atrapado por el seguro de retención y la fuerza de recuperación es ejercida por el conjunto de elemento en el plato térmico. La carga de recuperación se estima sea de la misma magnitud que la carga tangencial de 1750 N. Se coloca esta carga en las caras planas que se unen con al plato térmico. Se añade una sujeción en la cara cilíndrica donde el pin de retención se aloja. La malla se construye de la misma manera que la anterior solo que se remueven los controles de malla en la zona del entalle del diente, y se agregan en el agujero para el seguro de retención. La malla resulta en 127,093 nodos y se muestra en la figura izquierda. Se ejecuta un nuevo análisis con los mismos parámetros, la imagen derecha muestra la distribución de esfuerzos de von Mises.

Figura 4.8: Sujeción del 2do modo de

carga del ariete

Figura 4.9: Distribución del esfuerzo de von Mises del 2do modo de carga del ariete

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El esfuerzo tiende a concentrarse en el filo del fondo del agujero ciego como es de esperarse. Este modo de carga es menos peligroso que el anterior, lo cual es deseable ya que la maquina pasará mayor tiempo en este estado. La planchada se espera llegue a tardar de 7 a 20 segundos dependiendo del bolígrafo. Por ultimo se muestra la distribución del factor de seguridad del segundo modo de carga.

De los trazados de ambos estudios, se puede notar una línea de trabajo debajo del agujero para el segu o. Este es el o ta to ue e iste de ido a la a ió de pala a ue tiene el ariete sobre el corredor. Por esta razón se crea un chaflán sobre los filos interiores del corredor para mitigar el contacto. Con un factor de seguridad mínimo de 6.83 el diseño se considera confiable.

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