Informe de Rubrica Diseño

DIseo de elementos de maquinas

DISEO DE UN REDUCTOR DE VELOCIDAD DE ENGRANAJES RECTOS

Integrantes:

Apellidos Nombres Seccin/Grupo

Fecha de presentacin: 19 de noviembre del 2014

Profesor: Zevallos Chvez, Hctor

2014 II

Introduccin

Casi podra decirse que los motores son como el `corazn de la industria'. Pero ese `corazn' tiene diferentes ritmos y funciona a distintas velocidades, dependiendo del uso que se le quiera dar. Por eso los reductores de velocidad son indispensables en todas las industrias del pas, desde los que producen cemento hasta los laboratorios de medicamentos requieren en sus mquinas estos mecanismos.Los reductores son diseados a base de engranajes, mecanismos circulares y dentados con geometras especiales de acuerdo con su tamao y la funcin en cada motor.Sin la correcta fabricacin de los motores reductores, las mquinas pueden presentar fallas y deficiencias en su funcionamiento. La presencia de ruidos y recalentamientos pueden ser aspectos que dependan de estos mecanismos, de all la importancia del control de calidad.El desarrollo de esta mquina y del sistema inteligente de medicin le permite a las empresas ser mucho ms competitivas y aumentar sus conocimientos.En pocas palabras los reductores son sistemas de engranajes que permiten que los motores elctricos funcionen a diferentes velocidades para los que fueron diseados. A continuacin en el siguiente informe desarrollaremos las especificaciones que presentan los elementos de una maquina reductora de velocidad, que son los engranajes, ejes, etc.

1. Objetivos:

Analizar un sistema de reduccin de velocidad. Disear mecanismos de acuerdo a requerimientos, utilizando software CAD/CAE. Seleccionar elementos normalizados, de acuerdo a criterios tcnicos. Realizar planos de fabricacin y ensamble, de acuerdo a normas tcnicas.

2. Enunciado del problema:La empresa fabricante de aceite crudo de palma, le solicita realizar el diseo de un reductor de velocidades que cumpla con los siguientes requisitos: Potencia de entrada: 2HP RPM de entrada: 1800 RPM de salida: 200 rpm El acople tanto en la entrada como en la salida ser con acoplamiento directo. Los componentes del sistema debern cumplir con los estndares normalizados, pero al menor costo posible. Asuma con criterio tcnico las consideraciones que estime necesario para realizar la tarea encomendada.

3. Seleccin del motor:Para este este problema mencionaremos las caractersticas de un motor que cumpla con los requisitos para esta aplicacin.Como sabemos los motores son dispositivos que transforman la energa elctrica en energa mecnica por medio de accin de campos magnticos generados por bobinas.

AtributosDetalle

TipoGeneradores y complementos

Medidas30 cm de largo x 24 cm ancho x 23 cm de alto aproximadamente

CaractersticasMotor elctrico que cuenta con ventilador de refrigeracin, placa de datos, condensador, caja de conexin elctrica, rotor, base y aletas de disipacin de calor.

Tipo de trabajo Profesional

Material Acero cobre

Potencia en vatios1500 watts 2HP

Voltaje110 - 220 V

RecomendacionesLa rotacin del disco y de la pulidora debe ser la misma. Nunca use un disco con el nmero de rotacin (R.P.M), menor que el de la mquina. Observe las dimensiones de los discos abrasivos: el dimetro del eje del disco debe coincidir perfectamente con la brida. Discos daados o descentrados no deben ser utilizados. Utilice el disco adecuado para cada material.

Uso Motor generador de energa de gran potencia

Velocidad1800 RPM

ColorAzul

4. Pasos para el DiseoPara el diseo de la caja reductora realizaremos los siguientes pasos: Clculos de Engranajes Clculos de Ejes Seleccin de Rodamiento Clculos dela Chaveta

5. Desarrollo del problema:CLCULOS DE LOS ENGRANAJESPin (Engranaje 1):PDISEO= P X K0PD = 2 x 1,5PD = 3 HP = 2238W

Con la siguiente tabla pudimos obtener los siguientes resultados:

Sabemos que a velocidad del pin ser 1800 rpm. Y se obtiene que:Mdulo: m= 1,5Dimetro de paso: DP = 36 mmNmero de Dientes m = DP/ZP1,5 = 36 / ZPZP = 24 dientesPasop = m x p = 1,5 x 3,14p = 4,712Dimetro del Engranaje:m = DG / ZG1,5 = DG / 24DG = 36 mmDimetro ExteriorDA = DP +2mDA = 36 + 3DA = 39 mm

Dimetro Interior Df = DP 2(m+c)c (juego de la cabeza) para este caso un valor recomendado es de 0,2Df = 36 -2(1,5+0,2)Df = 32,6 mmAltura de Dienteh = 2m + ch = 3 + 0,2h = 3,3 mmCabeza de DientehA = mhA = 1,5Pie del DientehF = m + chF = 1,5 + 0,2hF =1,7

ENGRANAJE 2Relacin de Transmisin:i = NP/NGi = 1800/600i = 3 Nmero de Dientes:ZP = 24 Dientesi = ZG/ ZP3 = ZG / 24ZG = 72 DientesPasop = m x p = 1,5 x 3,14p = 4,712Dimetro del Engranaje:m = DG / ZG1,5 = DG / 72DG = 108 mmDimetro ExteriorDA = DP +2mDA = 108 + 3DA = 111 mm

Dimetro Interior Df = DP 2(m+c)c (juego de la cabeza) para este caso un valor recomendado es de 0,2Df = 108 -2(1,5+0,2)Df =104,6 mmDistancia entre centros:C = (DG + DP)C = (108 + 36)C = 72 mm

Engranaje 3 y Engranaje 4i = NG3 / NG4i = 600 / 200i = 3Estamos asumiendo que el engranaje 3 tiene los mismos datos del pin cambiara las rpm de entrada pero la relacin se mantiene con el engranaje 4 ya que las rpm de salida es de 200 es por eso que tambin asumimos que el engranaje 3 es igual al 4.

MATERIAL DEL ENGRANAJE 1Velocidad TangencialVt = n x 2 x r / 60Vt = 1800 x 2 x 0,018 / 60Vt = 3,392 m/s Fuerza TangencialWt = P / VtWt = 3x746 / 3,392Wt = 659,79 NFuerza RadialWr = Wt x TgWr = 659,79 x Tg20Wr = 240,14 NEsfuerzo St = (Wt xPd / F x J) x KO x KS x KM x KB x KVSt = (659,79 x 2238/ 1 x 0,37) x 1,5 x 1 x 1 x 1 x1,4St = 8,38 MPa Sy / 2N= St ; N=4Sy = St x 8Sy = 5,67 x 8Sy = 45,36 MPaEl acero ms prximo es el Acero 1006 que presenta como resistencia a la cedencia 170 MPa.MATERIAL DEL ENGRANAJE 2Velocidad TangencialVt = n x 2 x r / 60Vt = 600 x 2 x 0,054 / 60Vt = 3,392m/s Fuerza TangencialWt = P / VtWt = 3x746 / 3,392Wt = 659,79 NFuerza RadialWr = Wt x TgWr = 659,79 x Tg20Wr = 240,14 NEsfuerzo St = (Wt xPd / F x J) x KO x KS x KM x KB x KVSt = (659,79 x 2238/ 1 x 0,37) x 1,5 x 1 x 1 x 1 x1,4St = 8,38 MPa Sy / 2N= St ; N=4Sy = St x 8Sy = 5,67 x 8Sy = 45,36 MPaEl acero ms prximo es el Acero 1006 que presenta como resistencia a la cedencia 170 MPa.MATERIAL DEL ENGRANAJE 3Velocidad TangencialVt = n x 2 x r / 60Vt = 600 x 2 x 0,018 / 60Vt = 1,13 m/s Fuerza TangencialWt = P / VtWt = 3x746 / 1,13Wt = 1980,53 NFuerza RadialWr = Wt x TgWr = 1980,53 x Tg20Wr = 720,85 NEsfuerzo St = (Wt xPd / F x J) x KO x KS x KM x KB x KVSt = (1980,53 x 2238/ 1 x 0,37) x 1,5 x 1 x 1 x 1 x1,4St = 251,57 MPa Sy / 2N= St ; N=2Sy = St x 4Sy = 251,57 x 4Sy = 1006,28 MPaEl material ms prximo es el Acero 1141 OQT 700 que presenta como resistencia a la cedencia 1186 MPa.MATERIAL DEL ENGRANAJE 4Velocidad TangencialVt = n x 2 x r / 60Vt = 200 x 2 x 0,054 / 60Vt = 1,13 m/s Fuerza TangencialWt = P / VtWt = 3x746 / 1,13Wt = 1980,53 NFuerza RadialWr = Wt x TgWr = 1980,53 x Tg20Wr = 720,85 NEsfuerzo St = (Wt x Pd / F x J) x KO x KS x KM x KB x KVSt = (1980,53 x 2238/ 1 x 0,37) x 1,5 x 1 x 1 x 1 x1,4St = 251,57 MPa Sy / 2N= St ; N=2Sy = St x 4Sy = 251,57 x 4Sy = 1006,28MPaEl material ms prximo es el Acero 1141 OQT 700 que presenta como resistencia a la cedencia 1186 MPa.DISEO DE EJESCon el inventor podemos determinar las distintas grficas y resultados de forma ms sencilla. Asumiendo que el dimetro de los 3 ejes es de 15 mm. Para la seleccin del material utilizaremos las siguientes tablas:

Eje 1

57,5mm57,5mmRCF =240,14NRABCAPara el anlisis calculamos la reaccin en los A y C. MA =057,5mm x 240,14N 115mm x RC = 0RC= 120,07N MB =057,5mm x 240,14N 115mm x RA = 0RA= 120,07NCalculamos el esfuerzo mximo P = T x wT = 3 X 746 / 1800 x (/30)T = 11,87 N-m ZP = x D3 / 16ZP = x 0,0153 / 16ZP = 6,628 x 10-7m MAX = T/ZPMAX = 11,87 N-m / 6,628 x 10-7mMAX = 17,91 MPa

Datos del InventorLongitudL155.000 mm

Masam0.206 kg

Mxima Tensin de FlexinB20.715 MPa

Mxima Tensin de CorteS0.684 MPa

Reduccin Mximared20.748 MPa

Deflexin Mximafmax15.348 microm

A continuacin hallaremos las grficas DFC, DMF y DMT. Diagrama de Esfuerzos Cortantes:

Grfica Inventor:

Diagrama de Momento Flector:

Grfica Inventor:

Diagrama de Momento Torsor:

11.89N-m

Con las grficas obtenemos lo siguiente:MB = 6,9 N-mTB = 11,87 N-m MAX = ( M2+ T2) / ZPMAX = 6,92 + 11,872 / 6,628 x 10-7 MAX = 10,78 MPaComparando ambos esfuerzos seleccionamos el ms crtico SSY = Sy / 2N ; N = 4Sy = 10,78 x 8Sy = 86,28 MPaEl material ms prximo es el Acero SAE 1006 que presenta como resistencia a la cedencia 170 MPa.

720,85N240,14 NEJE 2

DCBA47,5mm57,5mm85mmRDRAPara el anlisis calculamos la reaccin en los A y C. MA =047,5mm x 240,14N + 132,5mm x 720,85 190mm x RD = 0RD = 562,72N MD =057,5mm x 720,85N + 142,5 x 240,14 190mm x RA = 0RA= 398,25NCalculamos el esfuerzo mximo P = T x wT = 3 X 746 / 600 x (/30)T = 35,61 N-m ZP = x D3 / 16ZP = x 0,0153 / 16ZP = 6,628 x 10-7m MAX = T/ZPMAX = 35,61 N-m / 6,628 x 10-7mMAX = 53,72 MPa


MasaM0.264 kg




Mxima Deflexinfmax209.301 microm

A continuacin hallaremos las grficas DFC, DMF y DMT.

Diagrama de Esfuerzos Cortantes:

Grfica Inventor:


Grfica Inventor:


Con las grficas obtenemos lo siguiente:MC = 32,34 N-mTC = 35,64 N-m MAX = ( M2+ T2) / ZPMAX = 32,342 + 35,642 / 6,628 x 10-7 MAX = 72,6 MPaComparando ambos esfuerzos seleccionamos el ms crtico SSY = Sy / 2N ; N = 4Sy = 72,6 x 8Sy = 580 MPaEl material ms prximo es el Acero SAE 1040 WQT 900 que presenta como resistencia a la cedencia 621 MPa.

EJE 3

720,85NRARCCBA47,5mm57,5mmPara el anlisis calculamos la reaccin en los A y C. MA =057,5mm x 240,14N 105mm x RC = 0RC= 394,75N MC =047,5mm x 240,14N 105mm x RA = 0RA= 326,09NCalculamos el esfuerzo mximo P = T x wT = 3 X 746 / 200 x (/30)T = 106,85 N-m ZP = x D3 / 16ZP = x 0,0153 / 16ZP = 6,628 x 10-7m MAX = T/ZPMAX = 106,85 N-m / 6,628 x 10-7mMAX = 161,21 MPa


MasaMass0.181 kg




Mxima Deflexinfmax39.744 microm

A continuacin hallaremos las grficas DFC, DMF y DMT.

Diagrama de Esfuerzos Cortantes:Grfica Inventor:


Grfica Inventor:


106,94N-m

Con las grficas obtenemos lo siguiente:MB = 18,75 N-mTB = 106,94 N-m MAX = ( M2+ T2) / ZPMAX = 18,752 + 106,942 / 6,628 x 10-7 MAX = 163,8 MPaComparando ambos esfuerzos seleccionamos el ms crtico. SSY = Sy / 2N ; N = 2Sy = 163,8 x 4Sy = 655,22 MPaEl material ms prximo es el Acero SAE 1141 Estirado en fro que presenta como resistencia a la cedencia 655 MPa.

SELECCIN DEL RODAMIENTOPara la seleccin del rodamiento nos basamos en el dimetro del eje y lo descargamos de SKF.

CLCULO DE LA CHAVETAPara este clculo el material de la lengeta ser un St 50 cuyo lmite de fluencia es de 295 N/mm2.P = M x n / 725,7M = 3 x 725,7 / 1800M = 1,2 Kg-mF = T / rF = 1,2 x 9,81 / 0,0075F = 1569,6N

Para seleccionar el material de la lengeta utilizamos la siguiente tabla, obteniendo que b=5; h=5; t1= 3,1; t2 = 1,8

Se realiz un anlisis por Comprensin:D = Sy/2 = F/(h/2) x l 295/2 = 1569,6 / 2,5 x l L = 4,2 mmSe realiz un anlisis de corteD = 0,557 x Sy / 2 = F / b x l 0,557 x 295 / 2 = 1569,6 / 5 x l L = 3,82 mmA partir de este valor podemos decir que es valor mnimo para seleccionar la chaveta.

6. Conclusiones: Se analiz distintos sistema de reduccin de velocidad. Se dise mecanismos de acuerdo a requerimientos, utilizando software CAD/CAE. Se seleccion elementos normalizados, de acuerdo a criterios tcnicos. Se realiz planos de fabricacin y ensamble, de acuerdo a normas tcnicas.

7. Bibliografa:Aguirre, G. (1990). Diseo de Elementos de Mquinas. Mxico: TrillasMott, R. (2009). Diseo de elementos de maquina (4 Ed.) Mxico; Pearson Diseo de Elementos de Maquinas

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