PROYECTO DE DISEO 2014-B

GLORIA HELENA SUAREZ CRUZOSCAR DAVID GARCIA

PRESENTADO A:ING. DARO ALFONSO MARTNEZ LEALProfesor de Elementos de mquinas II

UNIVERSIDAD DE IBAGU PROGRAMA DE INGENIERIA MECANICAFACULTAD DE INGENIERAIBAGU2014TABLA DE CONTENIDO

INTRODUCCINOBJETIVOSDESCRIPCIN DEL PROBLEMA A RESOLVERPLANTEAMIENTO GRAFICO DEL PROBLEMAANLISIS CINEMTICO DEL SISTEMACONSIDERACIONES INICIALESCAJA REDUCTORACONCLUSIONESANEXOSBIBLIOGRAFIA

INTRODUCCIN

En el siguiente informe se muestra las consideraciones, los clculos y la seleccin de los elementos en el diseo de un sistema mecnico para la transmisin de potencia mediante el uso de teoras y recomendaciones, de esta forma se identificaron las caractersticas que definen cada uno de los componentes del sistema de transmisin para una aplicacin ingenieril, as como las partes, el funcionamiento, la forma de desarrollar su seleccin por medio de clculos y como obtener el dimensionamiento del sistema para el posterior diseo del conjunto.De igual forma, para el desarrollo de este trabajo, se consultaron varios catlogos que se encuentran anexos y que sirven como referencia para los procedimientos que se siguieron en el diseo del sistema mecnico para la transmisin de potencia.

OBJETIVOS

Aplicar los conocimientos obtenidos durante el desarrollo del curso para realizar de forma correcta el diseo del sistema. Aprender a obtener el dimensionamiento del sistema por medio de la teora. Disear un sistema mecnico para la transmisin de potencia. Realizar los planos del conjunto y de cada uno de los elementos que lo conforman. Identificar las caractersticas y partes de un sistema mecnico para la transmisin de potencia.

DESCRIPCIN DEL PROBLEMA A RESOLVER

Se desea acondicionar un mecanismo elevador de carga, de desplazamiento vertical (tipo ascensor), en un campamento minero. Entre las alternativas de solucin viable para este problema, est la implementacin de un sistema de transporte a travs de una cabina-contenedor el cual es halado mediante un cable metlico y apoyado lateralmente por unas columnas guia.El Ingeniero jefe de proyecto acude a ustedes para que elaboren un proyecto de diseo de la transmisin, con base en las siguientes especificaciones tcnicas: Altura mxima de ascenso: 20 m Carga mxima a transportar (incluido el contenedor): W (toneladas) Velocidad mxima estimada del contenedor: V m/s Eficiencia estimada del mecanismo rueda-riel-cable: 90%Dadas las condiciones particulares de trabajo (choque fuerte, fluctuacin de carga), resulta conveniente acondicionar una transmisin compuesta que involucre un tren de engranajes cilndricos (con el fin de obtener una buena eficiencia) y a continuacin una transmisin por cadena de rodillos (Este arreglo favorece el amortiguamiento de sobrecargas y acta como elemento fusible). Se recomienda que la relacin de reduccin de velocidades por cadena no sea superior a 2:1. Por disponibilidad de espacio y funcionalidad, se recomienda un dimetro del rodillo bobinador (del cable metlico) entre 0,5 m y 0,9 m.Considerando aspectos como eficiencia, disponibilidad comercial y mantenibilidad, se sugiere utilizar un motor elctrico de induccin de cuatro polos.Con base en la anterior informacin, disee una solucin a este requerimiento. (La informacin adicional requerida, deber ser estimada por el diseador con claros criterios tcnicos).

PLANTEAMIENTO GRAFICO DEL PROBLEMA

En el siguiente esquema se representar de forma grfica la ubicacin de los elementos que conforman el sistema de transmisin por potencia.

Fig. 1. Elementos de sistema de transmisin

Fuente: Autores

El conjunto se divide en cuatro puntos de inters en donde se realizaran las estimaciones, dichas secciones son: El conjunto contenedor-cable-rodillo Transmisin por cadena Caja reductora Motor elctrico

ANLISIS CINEMTICO DEL SISTEMA

El anlisis cinemtico se inicia realizando un diagrama de cuerpo libre del elevador para poder hacer un anlisis de fuerzas.Figura 2: Diagrama de cuerpo libre elevador

Fuente: Autores

Para hallar la fuerza tangencial (Ft) , se realiza una sumatoria de fuerzas en cada uno de los ejes coordenados, teniendo en cuenta que el anlisis se har desde la esttica, es decir, cuando el sistema est en equilibrio.

Luego de hallar los parmetros anteriormente mecionados, a continuacin se hallar la potencia requerida por el sistema:

El dimetro del rodillo bobinador est entre un rango de los 0.5 a 0.9 metros, se asumir que el dimetro en ste diseo ser de 0.7 m y una velocidad de 1.5 m/s, para as poder hallar la velocidad angular del rodillo bobinador ()

Despus de hallar todos los datos del rodillo bobinador, se obtiene la siguiente tabla:

CONSIDERACIONES INICIALES

Siguiendo la recomendacin de una relacin 2:1 en la transmisin por cadenas y aplicando la ecuacin que se desarrollara a continuacin para determinar las rpm del elemento conductor en este mismo sistema.

En el siguiente esquema se dar a conocer la representacin grfica de el tren de engranajes de la caja reductora que en este caso es de 3 etapas, luego se determinar el nmero de dientes de cada engranaje

Los nmeros de dientes sern:

Una vez se ha determinado el nmero de dientes de cada rueda se procede a calcular el dimetro de cada engranaje, para este caso de estudio, se estimaran tanto los mdulos en el plano normal como los ngulos de hlice para cada etapa, en ste diseo todos tendrn un mismo ngulo de hlice.

Despus de tener los mdulos, nmeros de dientes y ngulo de hlice, se halla los dimetros primitivos para cada uno de los engranes.

CAJA REDUCTORA

Etapa 1 (engranajes 1 y 2)Para la primera etapa de transmisin se tienen los siguientes datos:

A continuacin se realiza el diagrama de cuerpo libre del engrane 1, teniendo en cuenta que el sentido de rotacin es anti horario en el eje de entrada.

Utilizando la ecuacin 14-15 [1] ecuacin del esfuerzo AGMA:

La ecuacin 14-17 del esfuerzo de flexin permisible en unidades SI [1]:

Y sabiendo que el factor de seguridad est definido de la siguiente forma:

Se tiene que la fuerza de contacto o tangencial Wt estar determinada por la siguiente ecuacin, que resulta del reemplazo de las ecuaciones del esfuerzo de flexin y el esfuerzo de flexin permisible en la ecuacin del factor de seguridad Sf:

Del mismo modo, la potencia de salida en el engranaje 2 est definida por el producto entre la fuerza tangencial, el radio y la velocidad angular de este engranaje, la ecuacin es la siguiente:

Calculando los factores para la PRIMERA ETAPA para LOS ESFUERZOS POR FLEXIN segn la norma AGMA.

Para el factor de espesor de aro

Para los dems factores, se obtiene que:

La fuerza tangencial ser de :

En esta etapa se obtiene un esfuerzo por flexin de trabajo y un factor de seguridad de :Esfuerzo de Trabajo (Mpa)171,7159483

FsFactor de Seguridad1,583468683

Se debe de tener en cuenta que el factor de ciclos de esfuerzo se halla por grfica de la norma AGMA (sern los parmetros para las 3 etapas)

Para el factor de temperatura no hay condiciones de temperatura (sern los parmetros para las 3 etapas)

El factor de confiabilidad por frmula de la norma AGMA (sern los parmetros para las 3 etapas)

Escogimos un acero 4140 que tiene una dureza de 320 HB (sern los parmetros para las 3 etapas)

Calculando los factores para la PRIMERA ETAPA para LOS ESFUERZOS POR CONTACTO segn la norma AGMA.

Para hallar Zi , factor geomtrico resistente a picadura:

El esfuerzo por contacto y el factor de seguridad sern de:

Etapa 2 (engranajes 3 y 4)Para la segunda etapa de transmisin se tienen los siguientes datos:

A continuacin se realiza el diagrama de cuerpo libre del engrane 3, teniendo en cuenta que el sentido de rotacin es anti horario en el eje de entrada.

Utilizando la ecuacin 14-15 [1] ecuacin del esfuerzo AGMA:

La ecuacin 14-17 del esfuerzo de flexin permisible en unidades SI [1]:

Y sabiendo que el factor de seguridad est definido de la siguiente forma:

Se tiene que la fuerza de contacto o tangencial Wt estar determinada por la siguiente ecuacin, que resulta del reemplazo de las ecuaciones del esfuerzo de flexin y el esfuerzo de flexin permisible en la ecuacin del factor de seguridad Sf:

Del mismo modo, la potencia de salida en el engranaje 2 est definida por el producto entre la fuerza tangencial, el radio y la velocidad angular de este engranaje, la ecuacin es la siguiente:

Calculando los factores para la SEGUNDA ETAPA para LOS ESFUERZOS POR FLEXIN segn la norma AGMA.

Para los dems factores, se obtiene que:

El esfuerzo de trabajo y el factor de seguridad sern de:

Se obtiene que la fuerza tangencial es:

Calculando los factores para la PRIMERA ETAPA para LOS ESFUERZOS POR CONTACTO segn la norma AGMA.

Para hallar Zi , factor geomtrico resistente a picadura:

El esfuerzo por contacto y el factor de seguridad sern de:

Etapa 3 (engranajes 5 y 6)Para la tercera etapa de transmisin se tienen los siguientes datos:

A continuacin se realiza el diagrama de cuerpo libre del engrane 3, teniendo en cuenta que el sentido de rotacin es anti horario en el eje de entrada.

Utilizando la ecuacin 14-15 [1] ecuacin del esfuerzo AGMA:

La ecuacin 14-17 del esfuerzo de flexin permisible en unidades SI [1]:

Y sabiendo que el factor de seguridad est definido de la siguiente forma:

Se tiene que la fuerza de contacto o tangencial Wt estar determinada por la siguiente ecuacin, que resulta del reemplazo de las ecuaciones del esfuerzo de flexin y el esfuerzo de flexin permisible en la ecuacin del factor de seguridad Sf:

Del mismo modo, la potencia de salida en el engranaje 2 est definida por el producto entre la fuerza tangencial, el radio y la velocidad angular de este engranaje, la ecuacin es la siguiente:

Calculando los factores para la TERCERA ETAPA para LOS ESFUERZOS POR FLEXIN segn la norma AGMA.

Para los dems factores, se obtiene que:

Se obtiene una fuerza tangencial de:

En esta etapa se obtiene un esfuerzo por flexin de trabajo y un factor de seguridad de :

Calculando los factores para la TERCERA ETAPA para LOS ESFUERZOS POR CONTACTO segn la norma AGMA.

Para hallar Zi , factor geomtrico resistente a picadura:

El esfuerzo por contacto y el factor de seguridad sern de:

Conclusin: Se requieren seis engranajes helicoidales para la caja reductora, cada uno de ellos estar fabricado con acero 4140 y sus caractersticas se especifican en la hoja de clculos anexa, en donde se encuentran los datos del numero de dientes, modulo en el plano normal, ngulos de presin y de hlice, dimetros, factores de diseo y factores de seguridad para cada una de las ruedas as como las caractersticas que influyen en los clculos de cada uno de estos valores.