DISEO DE ELEMENTOS DE MAQUINAS

INDICE1. INTRODUCCION..... 22. RESUMEN................ 33. CALCULO DEL DISEO

3.1 DATOS DE ENTRADA...... 43.2 CLCULO DEL TREN DE ENGRANAJE HELICOIDAL..... 43.3 CLCULO DEL TORNILLO SIN FIN YCORONA.... 103.4 CALCULO DE LOS EJES3.4.1 CALCULO DEL PRIMER EJE.... 163.4.2 CALCULO DEL PRIMER EJE.... 213.5 CALCULO DE LA CHAVETA.. 25

4. SELECCIN DE LOS RODAMIENTOS PARA USAR EN LOS APOYOS...... 275. DISCO DE CORTE........ 286. TIPO DE MATERIALES..... 29 7. BIBLIOGRAFIA........... 348. ANEXO....35

1. INTRODUCCION

El curso de diseo de elementos de mquinas es parte integral del ms extenso y general campo del diseo mecnico. Tanto los diseadores como los ingenieros de diseo crean aparatos o sistemas que satisfagan necesidades especficas.En nuestro caso, se trata de: Diseo de una cortadora de latn, mediante un disco de corte.Para nuestro trabajo, hemos tenido en cuenta los siguientes pasos en el proceso de diseo: Definir especificaciones: Identificar los requisitos del cliente: MOTOR: Potencia de 7.5 HP, Velocidad de 3480 rpm. DISCO DE CORTE: Dimetro de 275 mm, Velocidad de 300 rpm. Definir las funciones del dispositivo: La mquina cortadora est diseado para cortar latn. Identificar los requisitos de diseo: La mquina cortadora sea eficiente, que no presente altas vibraciones. Crear los conceptos de diseo: Proponer varios conceptos de diseo alternativos: Se elabor varios bocetos de la maquina cortadora. Evaluar cada alternativa propuesta. Validar cada alternativa de acuerdo con cada criterio de evaluacin: que sea menos costoso, pero eficiente. Toma de decisiones: Seleccionar el concepto de diseo ptimo. Diseo detallado: Completar el diseo detallado del concepto seleccionado.

FUNCIONES:1. Recibir la potencia del motor de la cortadora a travs de un eje giratorio.2. Transmitir la potencia mediante los elementos de mquina que reducen la velocidad de giro hasta un valor adecuado.3. Entregar la potencia, con la velocidad menor, a un eje que la reciba y que en ltimo trmino accione el disco de corte.

2. RESUMEN

LOS ELEMENTOS PRINCIPALES DEL REDUCTOR DE VELOCIDAD

1. A la salida del motor (en su eje), se coloca un pin helicoidal con una salida de 3480 rpm. Debe usar una chaveta para conectarse el pin.2. El pin, trasmite movimiento a un engranaje helicoidal y la relacin de trasmisin se toma que sea de 1 (i=1), para reducir las posibles fallas por vibraciones.3. El engranaje helicoidal es montado al eje 1, se usa una chaveta para trasmitir el par de torsin entre engranaje y eje a la misma velocidad de la salida del motor (3480 rpm).4. Se monta un tornillo sin fin en el eje 1, para obtener una velocidad requerida.5. El tornillo transmite movimiento a una corona y la relacin de trasmisin es de (i=11.6).6. El eje de salida (eje 2), es trasmitida su movimiento mediante la corona que est unido mediante una chaveta y en el otro extremo se coloca el disco de corte.7. Se colocan dos rodamientos (rodamiento de bola al lado del engranaje helicoidal y un rodamiento cnico al trmino del sinfn) para que soporte al eje 1 para que sea estticamente determinado, y con ello permitir el anlisis de fuerzas y esfuerzos mediante los principios normales de la mecnica. 8. Se muestran sellos sobre el eje de entrada y salida, para evitar que los contaminantes penetren a la caja.

3. CALCULO DEL DISEO

3.1 Datos de entrada relacin de transmisin (i):

numero de dientes del pin y engranaje:

Potencia del motor: de los requerimientos del profesor seleccionamos un motor Delcrosa de la siguiente tabla:

3.2 Diseo De Los Engranajes helicoidales (Sistema Ingles):Datos de asumidos: datos asumidos por recomendacin:Para la relacin de transmisin i=1 y ngulo de presin el numero de dientes mnimo es este valor es muy bajo y genera incomodidades para buscar factores que necesitaremos en graficas mas adelante por comodidad tomamos para ese valor del ngulo de hlice Luego asumimos el paso diametral normal Clculos Geomtricos De Los Engranajes Mediante las formulas estudiadas en clase y los datos asumidos iniciamos lo clculos propios de los engranajes helicoidales cabe sealar que usaremos las relaciones de dimetro pitch pues trabajaremos en el sistema ingles: dimetro de paso del engranaje:

Angulo de presin transversal():

Paso axial (Px):

Ancho del diente(F):

Paso axial (Px):

Distancia entre centros:

Clculos De Las Fuerzas En Los Dientes De Los Engranajes Luego de calcular la geometra de los engranajes calcularemos los esfuerzos ocasionados en los dientes del engranaje a causa de la potencia y el torque que trasmite el motor:

Calculo del Torsor:

Velocidad de la lnea de paso:

Calculo de la fuerza tangencial:

Fuerza axial:

Fuerza radial:

Seleccin De Los Materiales Para el EngranajeProcedimientos recomendados por AGMA: Primero mtodo resistencia a la fatiga por flexin:Esfuerzo mximo permisible a flexin se calcula con la siguiente formula:

De las siguientes tablas tenemos Factor de sobrecarga:

(Choque moderado)

Factor de tamao:

De la siguiente tabla tenemos Factor de distribucin de carga:

Factor de espero de aro:

Factor dinmico de la siguiente grafica obtenemos:

De la siguiente grafica tenemos el Factor geomtrico para 75 dientes:

De la siguiente grafica tenemos el Factor modificador para engranajes con nmero de dientes diferentes de 75:K=0.94

Luego el factor geomtrico seria:

Luego reemplazamos en la ecuacin:

Segundo mtodo calculo por fatiga superficial:El esfuerzo de contacto mximo permisible se calcula con la siguiente formula:

Factor geomtrico de tablas tenemos Para Como el pin y el engranaje son iguales tenemos:Kp=Kg=0.1305

Luego:

Luego reemplazamos los datos hallados en el clculo pasado solo modifica el factor geomtrico J por I:

3.3 Diseo Del Tornillo Sin Fin y Corona (Sistema Ingles):Primero asumimos los siguientes datos y las siguientes consideraciones: El eje que une el engranaje helicoidal y el tornillo sin fin se considera que trasmite la misma potencia, torque y la misma velocidad angular del motor ya que el pin y el engranaje son iguales.Las consideraciones geomtricas se parten de asumir una distancia entre centros y en base a ese dato se calculara el resto de parmetros para evitar demasiada friccin y por ende perdida de potencia el dimetro de paso del tornillo sin fin ser el menor posibleDistancia entre centros asumida:

C=4pulg

Dimetro del tornillo se encuentra en el siguiente intervalo segn la relacin:

Se Recomienda:

Numero de dientes del tornillo sin fin y corona:En el tornillo sin fin y corona se realizara la reduccin de velocidad requerida la cual es 300RPM entonces la relacin de transmisin ser:

El nmero de dientes de la corona depende del nmero de roscas:Zg=12, 23,35.46, etc.Tomamos:Zw=2Entonces el nmero de dientes de la corona ser:

Zg=23

Dimetro del engranaje:

Paso diametral del tornillo sin fin y corona:

Tomamos un paso diametral normalizado Pd=3

Paso axial y Paso circular de la corona y el tornillo sin fin son iguales:

Avance del tornillo sin fin:

Angulo de avance:

Clculos De Las Fuerzas En Los Dientes De Los EngranajesLa potencia y la velocidad angular se pueden considerar igual ya que los engranajes helicoidales son lo mismos.Las fuerzas de tornillo sin fin son de otra configuracin a la de los engranajes.

Velocidad de la lnea de paso del sin fin:

Calculamos la fuerza :

Luego La carga resultante total:

Calculamos la velocidad de deslizamiento:

De grafica calculamos el factor de friccin:

Calculamos la fuerza resultante total:

Calculamos la dems fuerzas:

Seleccin de materiales para el sin fin y la cadena Procedimiento recomendado por AGMA.

El esfuerzo en los dientes se toma como referencia a la corona porque ser de una material menos resistente que el tornillo sin fin:

Donde:

Calculamos la velocidad de lnea en el engranaje:

Calculamos KV:

Factor y de tablas para

Calculamos ancho de diente(F)

Calculamos carga dinmica:

Calculamos el paso normal:

Reemplazando en la ecuacin del esfuerzo de los dientes:

3.4 Clculos De Los Dimetros De Los Ejes:Para hallar el dimetro de los ejes se tiene que analizar las fuerzas que actan sobre el y los efectos que ellas ejercen sobre el eje usaremos la teora vista en el curso de resistencia de materiales II sobre teora de fallas y fatiga ya que los ejes por el movimiento peridico que realizan estn sometidos a cargas cclicas, las cargas que determinan el dimetro de un eje son las cargas que producen momentos torsores y momentos flectores las cargas que causan traccin o compresin se obviara pues no considerarlas no afectara en mucho el resultado.3.4.1 Clculos Del Dimetro Del Primer Eje:

Haremos un esquema de las fuerzas que actan en un punto sobre los dimetros de paso de los engranajes y la distancia entre el eje y ese punto:

Luego trasladamos las fuerzas al eje y sus efectos que producen torsores y flectores

En los puntos B y C se producen momentos flectores y torsores debido al traslado de las fuerzas.Punto B

Punto C

Hallamos las reacciones en los apoyos:Plano XY:

Tomando momentos respecto a A:

Plano YZ:

Momentos respecto a A:

Con la fuerzas halladas haremos los diagramas de momento torsor y momento flector como las fuerzas estn distribuidas en dos planos los diagramas sern los siguientes:

Momento torsor:

Momento flector plano YZ:

Momento flector plano XY:

En los diagramas observamos que el punto ms crtico es C. Aplicamos el criterio de fallas

Del material se asume acero comercial para ejes el esfuerzo admisible de este material por considerando que estar sometido a cargas cclicas lo que conlleva a la fatiga se encuentra en tablas:

Aplicando el criterio de fallas :

Para:

3.4.2 Clculos Del Dimetro Del Segundo Eje: Usamos el mismo procedimiento para el caso anterior los diagramas se presentan a continuacin:

Haremos un esquema de las fuerzas que actan en un punto sobre los dimetros de paso de los engranajes y la distancia entre el eje y ese punto:

Luego trasladamos las fuerzas al eje y sus efectos que producen torsores y flectores:

En el punto F se producen momento flector y torsor debido al traslado de las tres fuerzas.Punto F

Hallamos las reacciones en los apoyos:Plano XY:

Momentos respecto a E:

Plano XZ:

Momentos respecto a E:

Con la fuerzas halladas haremos los diagramas de momento torsor y momento flector como las fuerzas estn distribuidas en dos planos los diagramas sern los siguientes:

Momento Torsor:

Momento flector plano YZ:

Momento flector plano:

El punto F es el mas critico aplicamos el mismo criterio para el eje anterior

Luego:

Los dimetros hallados se calcularon para un acero forjado sometido a fatiga y conociendo su esfuerzo admisible para otros materiales se sigue el mismo procedimiento3.5 Clculos y Diseo De Las Chavetas Para hallar el material de las chavetas asumiremos unas chavetas planas cuadras seleccionaremos las dimensiones en base a clculos anteriores y al uso de la siguiente tabla: Para el primer eje:

De la tabla para chaveta cuadrada:Ancho=Altura=3/16=0.1875pulg.La longitud de las chavetas se supondr del ancho de los engranajes a los que se acoplen.Engranajes Helicoidales:Ancho de los engranajes helicoidales:

Asumimos un factor de seguridad:N=4.Hallamos el esfuerzo de fluencia del material:

Para el segundo eje:Preferiblemente para la corona se usa una fijacin de un cubo con estras. Para nuestro caso solo usaremos chaveta.Ancho de la corona:

Hallamos el esfuerzo del material, escogemos chaveta cuadrada de tablas para un dimetro 4.2 pulg, factor de seguridad N=5.

4 SELECCIN DE LOS RODAMIENTOS PARA USAR EN LOS APOYOS Para seleccionar los rodamientos adecuados para nuestro diseo debemos considerar ciertas recomendaciones: En muchos casos, el dimetro del agujero del rodamiento viene determinado por las caractersticas Normalmente se seleccionan rodamientos rgido de bolas para ejes de dimetro pequeo Cuando exista limitaciones en el espacio radial, se puede usar rodamiento de pequea seccin, tales como los de aguja. La magnitud de la carga es normalmente el factor ms importante para determinar el tamao del rodamiento. A igualdad de tamao, los de rodillos pueden soportar mayores cargas que los de bolas Los rodamientos de rodillos cilndricos con un aro sin pestaa y los rodamientos de agujas solamente pueden soportar cargas radiales. Los rodamientos axiales de bolas solo pueden soportar cargas axiales moderadas Los rodamientos axiales de rodillos a rotula pueden soportar cargas axiales muy elevadas Los rodamientos axiales de rodillos cilndricos y los axiales de agujas pueden soportar cargas elevadas en un sentido.

Bajo estas recomendaciones y los clculos sobre las fuerzas que actan en los ejes de nuestro diseo observamos en los diagramas que actan fuerzas axiales debido a las fuerzas que actan en los engranajes helicoidales ,el tornillo sin fin y la corona.Nuestra seleccin solo se basara en el tipo de carga que soporta el rodamiento y el dimetro del eje donde ira alojado el rodamiento ya que para una seleccin ms detallada se necesitan de parmetros que no pudimos estudiar por factor tiempo. Rodamientos para el primer ejeSeleccionaremos dos rodamientos de rodillos para que soporten las cargas axiales y radiales que acta en el eje el rodamiento seria:Para un seleccionaremos rodamiento de rodillos n 2204 serie UN 22 Rodamientos para el 2do ejeSeleccionaremos dos rodamientos de rodillos para que soporten las cargas axiales y radiales que acta en el eje el rodamiento seria:Para un seleccionaremos rodamiento de rodillos n 2206 serie UN 225 DISCO DE CORTEEl disco de corte puede variar de materiales y vienen en una variedad grande de dimetros el parmetro mas importante en estos discos es la velocidad de salida de la lnea es decir la velocidad tangencial o de corte en todos los manuales consultados de proveedores de disco de corte se trabaja con una velocidad de salida mxima de 28m/s

Caractersticas: Dientes de tungsteno de carburo que duran hasta 60 veces ms que los discos de acero. Dureza de los dientes de carburo de tungsteno ptima para cortes en metales no ferrosos como aluminio, cobre, y latn. Ranuras de expansin diseadas para permitir mayor duracin de la hoja de sierra. Dientes ms afilados para asegurar un corte preciso y uniforme. Estructura slida en acero endurecido y templado

6 TIPOS DE MATERIALES

ENGRANAJES HELICOIDALES:

EJES:

CHAVETAS:

TORNILLO SIN FIN:

AISI 4320 COMPOSICION QUIMICA AISI 4320 C 0.17/0.23%NI 1.65/2.00%Mn 0.45/0.65%Cr 0.40/0.60%Si 0.20/0.35%Mo 0.20/0.30%Acero para cementacin. El incremento en la cantidad de nquel hace que ste acero tenga una mejor penetracin de la dureza superficial que el 8620, adems de mejores propiedades mecnicas. Tiene buena maquinabilidad y se usa principalmente en piezas pequeas y medianas.

CORONA:Grupo CuAI / Din-1714 - ISO 1338 - Cu Al 9CWFMaterial con buenas propiedades al esfuerzo mecnico, la corrosin, desgaste y/o cavitacin. Indicadas para propulsores navales cajas de bomba piezas de vlvula cojinetes de deslizamiento coronas sin fin, etc.

7 BIBLIOGRAFIA DISEO DE MAQUINAS - NORTON DISEO DE ELEMENTOS DE MAQUINAS - ROBERT L. http://www.sumigesa.com.pe/detalles.php?idprod=1030&seccion=&pagina=29 http://www.bohlerperu.com http://iirsacero.com.mx/index.php?option=com_content&task=view&id=33&Itemid=48 http://www.urkoase.es/index.php?option=com_content&task=view&id=16&Itemid=18

DISEO DE ELEMENTOS DE MAQUINAS

DISEO DE UNA CORTADORA Pgina 35 8 ANEXO

8.1 PLANOS DE DISEO

8.2 CATALOGO DEL MOTOR