Formulación Exacta para la Curvatura de los Perfiles de Tornillo de Bola de Arco Gótico y Nueva Solución Aproximada Basada en la Geometría Simplificada de la Ranura
Autores: Bertolino, Antonio Carlo; De Martin, Andrea; Mauro, Stefano; Sorli, Massimo
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Formulación Exacta para la Curvatura de los Perfiles de Tornillo de Bola de Arco Gótico y Nueva Solución Aproximada Basada en la Geometría Simplificada de la Ranura
Categoría
Tecnología de Equipos y Accesorios
Subcategoría
Diseño de equipos y herramientas
Palabras clave
Evaluación
Curvaturas
Ranuras de tornillo de bola
Diseño
Rendimiento
Formulación
Geometría diferencial
Radios de curvatura
ángulo de hélice
Perfil de arco gótico
Perfil de ranura circular
Precisión
Ahorro de tiempo computacional
Funciones de MATLAB.
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 17
Citaciones: Sin citaciones
La evaluación correcta de las curvaturas de las ranuras de los tornillos de bola permite el diseño preciso de los parámetros constructivos de este mecanismo y mejora su rendimiento. Sin embargo, la formulación comúnmente utilizada en la literatura se refiere a la geometría de los rodamientos de bolas, ignorando la forma del perfil de la sección y el ángulo de la hélice. En este artículo, se derivan y presentan analíticamente las fórmulas exactas para calcular los radios de curvatura principales del eje del tornillo y las ranuras de la tuerca. Estas ecuaciones, obtenidas a través de un enfoque riguroso de geometría diferencial, consideran el ángulo de la hélice y un perfil de arco gótico. Se propone una formulación aproximada que simplifica la solución exacta bajo la suposición de un perfil de ranura circular. Estas nuevas fórmulas simples reproducen con precisión los valores exactos de los radios de curvatura con un error relativo medio de aproximadamente 0.51% y 0.40%, respectivamente, para el eje del tornillo y las ranuras de la tuerca, en comparación con el valor de más del 50% obtenido al utilizar las fórmulas de la literatura para tornillos de bola comunes, especialmente aquellos con ángulos de hélice altos. Además, permiten un ahorro de tiempo computacional del 98%, lo que las hace adecuadas para ser incorporadas en modelos dinámicos de alta fidelidad de bolas. Finalmente, se proporcionan dos funciones de MATLAB para evaluar fácilmente la solución exacta de la curvatura compleja.
Descripción
La evaluación correcta de las curvaturas de las ranuras de los tornillos de bola permite el diseño preciso de los parámetros constructivos de este mecanismo y mejora su rendimiento. Sin embargo, la formulación comúnmente utilizada en la literatura se refiere a la geometría de los rodamientos de bolas, ignorando la forma del perfil de la sección y el ángulo de la hélice. En este artículo, se derivan y presentan analíticamente las fórmulas exactas para calcular los radios de curvatura principales del eje del tornillo y las ranuras de la tuerca. Estas ecuaciones, obtenidas a través de un enfoque riguroso de geometría diferencial, consideran el ángulo de la hélice y un perfil de arco gótico. Se propone una formulación aproximada que simplifica la solución exacta bajo la suposición de un perfil de ranura circular. Estas nuevas fórmulas simples reproducen con precisión los valores exactos de los radios de curvatura con un error relativo medio de aproximadamente 0.51% y 0.40%, respectivamente, para el eje del tornillo y las ranuras de la tuerca, en comparación con el valor de más del 50% obtenido al utilizar las fórmulas de la literatura para tornillos de bola comunes, especialmente aquellos con ángulos de hélice altos. Además, permiten un ahorro de tiempo computacional del 98%, lo que las hace adecuadas para ser incorporadas en modelos dinámicos de alta fidelidad de bolas. Finalmente, se proporcionan dos funciones de MATLAB para evaluar fácilmente la solución exacta de la curvatura compleja.