Banco de Pruebas Para Transmisión Mecánica

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DISEÑO MECÁNICO II

PROYECTO FINAL BANCO DE PRUEBAS PARA TRANSMISIÓN MECÁNICA

José Andrés Flóres Benavides – 0934911 Fabio Alexis Castro Rojas – 1126630

Escuela de Ingeniería Mecánica. Facultad de Ingeniería _______________________________________________________________________________

RESUMEN: Para el diseño de una línea de transmisión mecánica se utilizaron diferentes métodos aprendidos durante el curso de diseño 2 para el cálculo y reajuste de medidas, factores de seguridad, factores de corrección y modelos estadísticos, para determinar los elementos óptimos en la línea de transmisión teniendo en cuenta los diferentes tipos de falla presentados en los componentes.

OBJETIVOS

Diseñar una transmisión mecánica con un fin didáctico, en el cual se acople un motor de 0,5 hp a la entrada y se garantice que la salida de esta transmisión de potencia no sea muy diferente de la entrada.

Verificar mediante cálculos en los diferentes componentes mecánicos las velocidades de rotación, las fuerzas ejercidas por los elementos, el torque transmitido de elemento a elemento y la perdida de potencia a lo largo de la cadena de transmisión.

Diseñar una transmisión mecánica relativamente barata en la cual los elementos para la transmisión de potencia sean funcionales y de bajo costo, dejando espacio de cartera a elementos más complejos como dispositivos de medición que necesitan mayores recursos económicos.

INTRODUCCIÓN La transmisión de potencia desde una fuente a través de una máquina para tener un impulso de salida, es una de las tareas más comunes que se asignan a una maquinaria. Un medio eficiente para transmitir la potencia es a través del movimiento rotatorio de un eje soportado por cojinetes. Se pueden incorporar engranes, bandas, poleas, o catarinas de cadena a fin de proporcionar cambios de velocidad y par de torsión entre ejes. La mayoría de los ejes son cilíndricos (solidos o huecos) incluyen diámetros de paso con hombros para alojar la posición y soporte de los cojinetes, engranes y demás elementos de transmisión, por lo cual el diseño de un sistema para

transmitir potencia requiere de atención al diseño y la selección de cada uno de los componentes. METODOLOGÍA Basados en el texto: Diseño en Ingeniería Mecánica de Shigley y Norton, se realizó el diseño y cálculo de los componentes, tomando en cuenta la guía paso a paso para el diseño de la transmisión mecánica de la sección 18-1 nombrada a continuación: • Determinación de potencia y par de

torsión • Calculo de engranajes • Análisis de fuerzas • Selección de materiales

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• Diseño del eje • Elección de cojinetes Para la determinación de la potencia y el par de torsión se tomó como base los datos del motor de 0,5 hp potencia de entrada y 1,978 N-m torque de entrada con acople directo al primer engranaje de la cadena transmisora de potencia, luego de esto, se realizó un análisis de fuerzas en cada elemento (engranajes y poleas) para determinar el par de torsión, la potencia y la tensión en las poleas de la transmisión de potencia, determinando de la misma manera la potencia, velocidad y torque en la salida de la línea de transmisión. Para el cálculo de los engranajes se tuvo en cuenta que su vida sería de 50 años a infinita suponiendo que sus horas de uso anuales sean 240 en total, su eficiencia sea de 98%, el cálculo de resistencias a la fatiga está fundamentado en el engranaje numero 2 el cual es el engranaje que presenta mayores esfuerzos, siendo estos de un acero A1 con una dureza de 160 HB; para el eje se eligió como material acero 1020 en un principio por costos y al realizar el análisis y verificar que era un material útil para el eje de salida tomando como referencia que el eje debía ser de 20 mm se usó este material suponiendo que sería realizado en frio y con un factor de seguridad no menor a 1,5. Con respecto a la elección de los cojinetes se seleccionaron cojinetes de bolas de contacto angular de una sola fila de serie 02 ranura profunda de la tabla 2 capitulo 11, Diseño en Ingeniería Mecánica de Shigley y Norton, el tipo de aplicación para el cual se usaran es una máquina de operación intermitente, donde la interrupción del servicio resulta de poca importancia, estos se usaran con engranajes comerciales.

DISCUSIÓN DE RESULTADOS Del anexo 1 donde se encuentran los datos del motor y los datos para el diseño de los engranajes podemos observar que en una transmisión mecánica la potencia a lo largo de la misma se pierde en relación de los elementos que componen la línea, lo mismo que sucede con el torque transmitido, para nuestro caso en el cual el final de la línea de transmisión es una pulidora lo que necesitamos es una alta velocidad de giro para los elementos de la pulidora por lo cual la fuerza perpendicular al eje será desestimada pues no lo tomaremos como un freno, la idea de la pulidora es que pula los elementos con la menos fuerza normal posible. Del anexo 2 se puede observar que al tener cuatro poleas con las ruedas dispuestas de la misma manera tanto para la entrada como la salida la velocidad de las ruedas en rpm se obtienen realizando los cálculos para únicamente el primer par de ellas y teniendo en cuenta el deslizamiento de la cinta podemos observar como la velocidad lineal de las ruedas se vuelve un tanto menor y además notamos que al aumentar el coeficiente de fricción reduce la fuerza de tención de la parte “suelta” de las poleas. CONCLUSIONES Las transmisiones de potencia mecánicas presentan una alta eficiencia en general arriba del 80% por lo cual son altamente empleadas en diversos trabajos mecánicos de manera industrial. Las transmisiones reducen la velocidad de entrada y producen un bajo par motor a la salida aunque también puede ser usada de modo inverso, esto depende del montaje de los elementos.

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Las transmisiones de tipo mecánico son relativamente baratas ya que su componentes se encuentran generalmente en el mercado y no es necesario realizar piezas por pedido, al verlas fuera de su carcaza se puede observar cómo trabaja cada uno de los elementos dando una mejor imagen de cómo se transmite el movimiento de elemento a elemento. BIBLIOGRAFÍA

Budynas R., Nisbett J.; DISEÑO EN INGENIERÍA MECÁNICA DE SHIGLEY, Novena Edición, Editorial McGraw-Hill, México, 2011.

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ANEXO 1 Transmisión por Engranajes

Engranes de acero A1 endurecido en la masa (160 HB)

Acero grado 2 máximo

El cálculo de la resistencia a la fatiga es basado en el engrane que sufre mayores esfuerzos (engrane 2)

DISEÑO DE UNA TRASMICIÓN DE

POTENCIA

CON CARGA Y FUENTE UNIFORMES

Propiedades Eficiencia Engranes 0,98

Potencia Motor (kw) 0,37284

Propiedades

Velocidad Motor (rpm) 1800

Modulo (mm) 2

F(mm) 10

Torque Motor (N-m) 1,97797763

Ka (carga uniforme) 1

Km (Conocido F) 1,6

Eje de entrada

Potencia (kw) 0,37284

Qv (calidad supuesta) 6

Torque (N-m) 1,97797763

Ks (factor de tamaño) 1

Velocidad (rpm) 1800

Kb (sin aro) 1

Fuerza Tangencial (N) 197,797763

Ca (carga uniforme) 1

Diámetro (m) 0,02

Cm (conocido F) 1,6

Diámetro (in) 0,508

Cs (factor de tamaño) 1

Vel. Tangencial (ft/min) 457,2

Cf (buen acabado) 1

Cp (engranes acero-acero) 191

Angulo de Presión Radianes 0,349

Engrane 1 Dientes 73

Dureza engranes (HB) 160


Turno (horas/año-turno) 240

Torque (N-m) 1,97797763

Tiempo de duración (años) 40


N (ciclos) 3290713043

Fuerza tangencial (N) 27,095584

Kt (temperatura) 1

Diámetro paso (m) 0,146

Kr (confiabilidad 99%) 1

Diámetro de paso (in) 3,7084

Kl (factor de vida) 0,917884143


Cl (factor de vida) 0,875206969

B 0,82548181

Ct (temperatura) 1

A 59,7730185

Cr (confiabilidad 99 %) 1

Kv, Cv 0,5722133

Ch (razon de dureza) 1

Ki 1,42

Sfb' (psi) 30849,4

J 0,38

Sfb (psi) 28316,17509

5

Esfuerzo flexión (Mpa) 14,1558289

Sfb (Mpa) 195,2332055

P1 (mm) 24,4130664

Sfc' (psi) 85240

p2(mm) 8,41492688

Sfc (psi) 74602,64201

I 0,04027835

Sfc (Mpa) 514,3672439

Esfuerzo superficial

(Mpa) 216,796048

Nb 13,7917183

Nc 5,62916381

Propiedades eje acero 1020

Kt 1,6

Kts 1,35


Kf 1,49


Sut 68

Torque (N-m) 0,61073446

Ka 0,882569474

Velocidad (rpm) 5713,04348

Kb 0,85


Se (Kpsi) 25,50625781


D (m) 0,02


d (m) 0,016


D/d 1,2

B 0,82548181

r (m) 0,0016

A 59,7730185

q 0,82

Kv, Cv 0,5722133

qs 0,85

Ki 1,42

Factor de seguridad 1,6

J 0,4



(Mpa) 382,350718

Nb 14,8138758

Nc 1,80976751



Torque (N-m) 0,61073446






B 0,82548181

A 59,7730185

6

Kv, Cv 0,43754376

Ki 1,42

J 0,38


P1 (mm) 24,4130664

p2(mm) 8,41492688

I 0,04027835


(Mpa) 137,7638

Nb 34,1547313

Nc 13,9404368



Torque (N-m) 0,18857472






B 0,82548181

A 59,7730185

Kv, Cv 0,43754376

Ki 1

J 0,4



(Mpa) 242,966089

Nb 52,0942196

Nc 4,48182899

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ANEXO 2 Transmisión por Poleas

Propiedades Poleas

Eje de salida Potencia (kw) 0,264

Distancia entre centros (mm) 220

Torque (N-m) 0,0463

D1 (mm) 30,9


D2 (mm) 52


N1 (rpm) 18132,7032

Diámetro (m) 0,02

N2 (rpm) 10775,01017

Diámetro (in) 0,508

Torque (N-m) 0,18857472


T1 (N-m) 12,2054835

u 0,5

ϴ (grados) 160

Polea 1 Potencia (kw) 0,35807554

T2 (N-m) 3,016365352

Torque (N-m) 0,18857472

Velocidad 1 (m/seg) 28,75052175


S 2

Tensión Máxima (N) 12,2054835

Longitud de la correa (m) 0,570724936

Velocidad 2 (m/seg) 14,66863354


Torque (N-m) 0,23413873




Torque (N-m) 0,23413873




Torque (N-m) 0,23413873



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