PROYECTO Nro1

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MEC-3263 PROYECTO Nro.1 PROYECTO Nro. 1 ANTECEDENTES. – En la transmisión de la prensa mecánica que se muestra calcular las dimensiones del par de engranajes cilíndricos de dentado inclinado, los engranajes cónicos y el tornillo de potencia. La transmisión es para una potencia en el motor de 3.57 [kW] y 1460[rpm], en el par cónico se tiene z 3 = 25; z 4 = 149. 1 EJE II V=750 mm/s Paso 6m m Tornillo de potencia z4 z3 collares z2 z1 n=1460rpm

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PROYECTO Nro

MEC-3263 PROYECTO Nro.1

PROYECTO Nro. 1

ANTECEDENTES.

En la transmisin de la prensa mecnica que se muestra calcular las dimensiones del par de engranajes cilndricos de dentado inclinado, los engranajes cnicos y el tornillo de potencia. La transmisin es para una potencia en el motor de 3.57 [kW] y 1460[rpm], en el par cnico se tiene z3 = 25; z4 = 149.

FUNDAMENTO TERICO.

ENGRANAJES.

Se denomina engranaje o ruedas dentadas al mecanismo utilizado para transmitir potencia de un componente a otro dentro de una mquina. Los engranajes estn formados por dos ruedas dentadas, de las cuales la mayor se denomina corona y la menor pin. Un engranaje sirve para transmitir movimiento circular mediante contacto de ruedas dentadas. Una de las aplicaciones ms importantes de los engranajes es la transmisin del movimiento desde el eje de una fuente de energa, como puede ser un motor de combustin interna o un motor elctrico, hasta otro eje situado a cierta distancia y que ha de realizar un trabajo. De manera que una de las ruedas est conectada por la fuente de energa y es conocido como engranaje motor y la otra est conectada al eje que debe recibir el movimiento del eje motor y que se denomina engranaje conducido.[1] Si el sistema est compuesto de ms de un par de ruedas dentadas, se denomina tren de engranajes.La principal ventaja que tienen las transmisiones por engranaje respecto de la transmisin por poleas es que no patinan como las poleas, con lo que se obtiene exactitud en la relacin de transmisin.

HISTORIA.

Molde chino para fabricar engranajes de bronce (siglos II a.C. a III d.C.)

Desde pocas muy remotas se han utilizado cuerdas y elementos fabricados en madera para solucionar los problemas de transporte, impulsin, elevacin y movimiento. Nadie sabe a ciencia cierta dnde ni cundo se inventaron los engranajes. La literatura de la antigua China, Grecia, Turqua y Damasco mencionan engranajes pero no aportan muchos detalles de los mismos.

Mecanismo de Anticitera

El mecanismo de engranajes ms antiguo de cuyos restos disponemos es el mecanismo de Anticitera. Se trata de una calculadora astronmica datada entre el 150 y el 100 a. C. y compuesta por al menos 30 engranajes de bronce con dientes triangulares. Presenta caractersticas tecnolgicas avanzadas como por ejemplo trenes de engranajes epicicloidales que, hasta el descubrimiento de este mecanismo, se crean inventados en el siglo XIX. Por citas de Cicern se sabe que el de Anticitera no fue un ejemplo aislado sino que existieron al menos otros dos mecanismos similares en esa poca, construidos por Arqumedes y por Posidonio. Por otro lado, a Arqumedes se le suele considerar uno de los inventores de los engranajes porque dise un tornillo sin fin.

En China tambin se han conservado ejemplos muy antiguos de mquinas con engranajes. Un ejemplo es el llamado "carro que apunta hacia el Sur" (120-250d.C.), un ingenioso mecanismo que mantena el brazo de una figura humana apuntando siempre hacia el Sur gracias al uso de engranajes diferenciales epicicloidales. Algo anteriores, de en torno a 50d.C., son los engranajes helicoidales tallados en madera y hallados en una tumba real en la ciudad china de Shensi.

No est claro cmo se transmiti la tecnologa de los engranajes en los siglos siguientes. Es posible que el conocimiento de la poca del mecanismo de Anticitera sobreviviese y, con el florecimiento de la cultura del Islam los siglos XI-XIII y sus trabajos en astronoma, fuera la base que permiti que volvieran a fabricarse calculadoras astronmicas. En los inicios del Renacimiento esta tecnologa se utiliz en Europa para el desarrollo de sofisticados relojes, en la mayora de los casos destinados a edificios pblicos como catedrales.[]

Engranaje helicoidal de Leonardo

Leonardo da Vinci, muerto en Francia en 1519, dej numerosos dibujos y esquemas de algunos de los mecanismos utilizados hoy diariamente, incluido varios tipos de engranajes de tipo helicoidal.

Los primeros datos que existen sobre la transmisin de rotacin con velocidad angular uniforme por medio de engranajes, corresponden al ao 1674, cuando el famoso astrnomo dans Olaf Roemer (1644-1710) propuso la forma o perfil del diente en epicicloide.

Robert Willis (1800-1875), considerado uno de los primeros ingenieros mecnicos, fue el que obtuvo la primera aplicacin prctica de la epicicloide al emplearla en la construccin de una serie de engranajes intercambiables. De la misma manera, de los primeros matemticos fue la idea del empleo de la evolvente de crculo en el perfil del diente, pero tambin se deben a Willis las realizaciones prcticas. A Willis se le debe la creacin del odontgrafo, aparato que sirve para el trazado simplificado del perfil del diente de evolvente.

Es muy posible que fuera el francs Phillipe de Lahire el primero en concebir el diente de perfil en evolvente en 1695, muy poco tiempo despus de que Roemer concibiera el epicicloidal. La primera aplicacin prctica del diente en evolvente fue debida al suizo Leonhard Euler (1707). En 1856, Christian Schiele descubri el sistema de fresado de engranajes rectos por medio de la fresa madre, pero el procedimiento no se llevara a la prctica hasta 1887, a base de la patente Grant.[]

Transmisin antigua

En 1874, el norteamericano William Gleason invent la primera fresadora de engranajes cnicos y gracias a la accin de sus hijos, especialmente su hija Kate Gleason (1865-1933), convirti a su empresa Gleason Works, radicada en Rochester (Nueva York, EEUU) en una de los fabricantes de mquinas herramientas ms importantes del mundo.

En 1897, el inventor alemn Robert Hermann Pfauter (1885-1914), invent y patent una mquina universal de dentar engranajes rectos y helicoidales por fresa madre. A raz de este invento y otras muchos inventos y aplicaciones que realiz sobre el mecanizado de engranajes, fund la empresa Pfauter Company que, con el paso del tiempo, se ha convertido en una multinacional fabricante de todo tipo de mquinas-herramientas.

En 1906, el ingeniero y empresario alemn Friedrich Wilhelm Lorenz (1842-1924) se especializ en crear maquinaria y equipos de mecanizado de engranajes y en 1906 fabric una talladora de engranajes capaz de mecanizar los dientes de una rueda de 6 m de dimetro, mdulo 100 y una longitud del dentado de 1,5 m.

A finales del siglo XIX, coincidiendo con la poca dorada del desarrollo de los engranajes, el inventor y fundador de la empresa Fellows Gear Shaper Company, Edwin R. Fellows (1846-1945), invent un mtodo revolucionario para mecanizar tornillos sin fin glbicos tales como los que se montaban en las cajas de direccin de los vehculos antes de que fuesen hidrulicas.En 1905, M. Chambon, de Lyon (Francia), fue el creador de la mquina para el dentado de engranajes cnicos por procedimiento de fresa madre. Aproximadamente por esas fechas Andr Citron invent los engranajes helicoidales dobles. ENGRANAJES CILNDRICOS DE DIENTES HELICOIDALES.

Engranaje helicoidal

Los engranajes cilndricos de dentado helicoidal estn caracterizados por su dentado oblicuo con relacin al eje de rotacin. En estos engranajes el movimiento se transmite de modo igual que en los cilndricos de dentado recto, pero con mayores ventajas. Los ejes de los engranajes helicoidales pueden ser paralelos o cruzarse, generalmente a 90. Para eliminar el empuje axial el dentado puede hacerse doble helicoidal.

Los engranajes helicoidales tienen la ventaja que transmiten ms potencia que los rectos, y tambin pueden transmitir ms velocidad, son ms silenciosos y ms duraderos; adems, pueden transmitir el movimiento de ejes que se corten. De sus inconvenientes se puede decir que se desgastan ms que los rectos, son ms caros de fabricar y necesitan generalmente ms engrase que los rectos. Lo ms caracterstico de un engranaje cilndrico helicoidal es la hlice que forma, siendo considerada la hlice como el avance de una vuelta completa del dimetro primitivo del engranaje. De esta hlice deriva el ngulo que forma el dentado con el eje axial. Este ngulo tiene que ser igual para las dos ruedas que engranan pero de orientacin contraria, o sea: uno a derechas y el otro a izquierda. Su valor se establece a priori de acuerdo con la velocidad que tenga la transmisin, los datos orientativos de este ngulo son los siguientes:

Velocidad lenta: = (5 - 10)

Velocidad normal: = (15 - 25)

Velocidad elevada: = 30

Las relaciones de transmisin que se aconsejan son ms o menos parecidas a las de los engranajes rectos.

FRMULAS CONSTRUCTIVAS DE LOS ENGRANAJES HELICOIDALES CILNDRICOS. Como consecuencia de la hlice que tienen los engranajes helicoidales su proceso de tallado es diferente al de un engranaje recto, porque se necesita de una transmisin cinemtica que haga posible conseguir la hlice requerida. Algunos datos dimensionales de estos engranajes son diferentes de los rectos.

Juego de engranajes helicoidalesDimetro exterior : Dimetro primitivo: Mdulo normal o real: Paso normal o real: ngulo de la hlice: Paso de la hlice : Mdulo circular o aparente: Paso circular aparente: Paso axial: Nmero de dientes: Los dems datos tales como adendum, dedendum y distancia entre centros, son los mismos valores que los engranajes rectos.

ENGRANAJES HELICOIDALES DOBLES.

Vehculo Citron con el logotipo de rodadura de engranajes helicoidales dobles

Este tipo de engranajes fueron inventados por el fabricante de automviles francs Andr Citron, y el objetivo que consiguen es eliminar el empuje axial que tienen los engranajes helicoidales simples. Los dientes de los dos engranajes forman una especie de V.

Los engranajes dobles son una combinacin de hlice derecha e izquierda. El empuje axial que absorben los apoyos o cojinetes de los engranajes helicoidales es una desventaja de ellos y sta se elimina por la reaccin del empuje igual y opuesto de una rama simtrica de un engrane helicoidal doble.

Un engrane de doble hlice sufre nicamente la mitad del error de deslizamiento que el de una sola hlice o del engranaje recto. Toda discusin relacionada a los engranes helicoidales sencillos (de ejes paralelos) es aplicable a los engranajes helicoidales dobles, exceptuando que el ngulo de la hlice es generalmente mayor para los helicoidales dobles, puesto que no hay empuje axial.

Con el mtodo inicial de fabricacin, los engranajes dobles, conocidos como engranajes de espina, tenan un canal central para separar los dientes opuestos, lo que facilitaba su mecanizado. El desarrollo de las mquinas talladoras mortajadoras por generacin, tipo Sykes, hace posible tener dientes continuos, sin el hueco central. Como curiosidad, la empresa Citron ha adaptado en su logotipo la huella que produce la rodadura de los engranajes helicoidales dobles.

ENGRANAJES CNICOS.

Engranaje cnico

Se fabrican a partir de un tronco de cono, formndose los dientes por fresado de su superficie exterior. Estos dientes pueden ser rectos, helicoidales o curvos. Esta familia de engranajes soluciona la transmisin entre ejes que se cortan y que se cruzan. Los datos de clculos de estos engranajes estn en prontuarios especficos de mecanizado. ENGRANAJES CNICOS DE DIENTES RECTOS. Efectan la transmisin de movimiento de ejes que se cortan en un mismo plano, generalmente en ngulo recto, por medio de superficies cnicas dentadas. Los dientes convergen en el punto de interseccin de los ejes. Son utilizados para efectuar reduccin de velocidad con ejes en 90. Estos engranajes generan ms ruido que los engranajes cnicos helicoidales. Se utilizan en transmisiones antiguas y lentas. En la actualidad se usan muy poco. ENGRANAJE CNICO HELICOIDAL. Se utilizan para reducir la velocidad en un eje de 90. La diferencia con el cnico recto es que posee una mayor superficie de contacto. Es de un funcionamiento relativamente silencioso. Adems pueden transmitir el movimiento de ejes que se corten. Los datos constructivos de estos engranajes se encuentran en prontuarios tcnicos de mecanizado. Se mecanizan en fresadoras especiales.TORNILLO DE POTENCIA.

Los tornillos de potencia son una de las formas de materializar un par cinemtico helicoidal o de tornillo, constando de dos piezas, un tornillo o husillo y una tuerca, entre las cuales existe un movimiento relativo de traslacin y rotacin simultneas respecto al mismo eje. Los movimientos de rotacin y traslacin estn relacionados por el paso de rosca del tornillo. Gracias a ello los tornillos de potencia son mecanismos de transmisin capaces de transformar un movimiento de rotacin en otro rectilneo y transmitir potencia.En las imgenes siguientes se muestra un tornillo de potencia con tuerca de poliuretano y un detalle de una tuerca con la parte externa de acero y la interna de bronce, para un menor rozamiento.

Estos dispositivos se suelen emplear en las siguientes aplicaciones:

Levantamiento de pesos, debido a la elevada ventaja mecnica que con ellos se consigue.

Realizacin de fuerzas de gran magnitud, en prensas.

Obtencin de un buen posicionamiento en un movimiento axial

Aplicacin para el levantamiento de pesos

Aplicacin para el posicionamiento

En general los tornillos de potencia son mecanismos irreversibles, de modo que el giro del tornillo hace avanzar la tuerca, pero el desplazamiento de la tuerza es incapaz de hacer girar el tornillo, debido al desfavorable ngulo de transmisin del sistema en este sentido.

Estos tornillos son diferentes a lo que se emplea en uniones atornilladas, ya que en este caso el objetivo fundamental no es la unin de piezas sino la transformacin de movimiento y la transmisin de cargas. La forma de la rosca de los elementos engranados es distinta. Los principales tipos de roscas que se emplean en este sistema de transmisin son:

Rosca cuadrada: en cuanto a friccin por deslizamiento presenta una buena eficiencia, pero baja ventaja mecnica y difcil de maquinar. Elevado coste.

Rosca ACME: utilizada en las mquinas-herramienta.

Rosca trapezoidal: es ms sencilla de maquinar y a menor coste que las roscas cuadradas. Diseada para resistir cargas en una direccin.

Rosca cuadrada modificada: mayor facilidad de maquinado y misma eficiencia a la rosca cuadrada.

Rosca ACME truncada: cuando se requiere paso grande con rosca poco profunda debido a algn tipo de tratamiento trmico.

CONSIDERACIONES DE ESFUERZO PARA EL DISEO DE TORNILLOS DE POTENCIA.

A la hora de disear un tornillo de potencia se debe tener en cuenta los siguientes esfuerzos:

1.Presin por aplastamiento

2.Esfuerzo por pandeo

3.Esfuerzo de corte o flexin de la rosca

4.Esfuerzo de traccin/compresin del cuerpo

5.Esfuerzo combinado en el cuerpo

6.Velocidad crtica de descenso

PRENSA MECNICA. La maquina utilizada para la mayora de las operaciones de trabajo en frio y algunos en caliente, se conoce como prensa. Consiste de un bastidor que sostiene una bancada y un ariete, una fuente de potencia, y un mecanismo para mover el ariete linealmente y en ngulos rectos con relacin a la bancada.

Una prensa debe estar equipada con matrices y punzones diseada para ciertas operaciones especificas. La mayora de operaciones de formado, punzonado y cizallado, se pueden efectuar en cualquier prensa normal si se usan matrices y punzones adecuados.

Las prensas tienen capacidad para la produccin rpida, puesto que el tiempo de operacin es solamente el que necesita para una carrera del ariete, mas el tiempo necesario para alimentar el material. Por consiguiente se pueden conservar bajos costos de produccin.

Tiene una adaptabilidad especial para los mtodos de produccin en masa, como lo evidencia su amplia aplicacin en la manufactura de piezas para automviles y aviones, artculos de ferretera, juguetes y utensilios de cocina.

TIPOS DE PRENSAS Y SU CLASIFICACIN. No es muy correcto llamar a una prensa, prensa dobladora, prensa de repujado, o prensa cortadora, entre otras, pues los tres tipos de operaciones se pueden hacer en una maquina. A algunas prensas diseadas especialmente para un tipo de operacin, se le puede conocer por el nombre de la operacin, prensa punzonadora o prensa acuadora. La clasificacin esta en relacin a la fuente de energa, ya sea operada manualmente o con potencia. Las maquinas operadas manualmente se usan para trabajos en lamina delgada de metal, pero la mayor parte de maquinaria para produccin se opera con potencia. Otra forma de agrupar a las prensas, esta en funcin del numero de arietes o los mtodos para accionarlos.

Los tipos mas generales de clasificacin de prensas son los siguientes: Fuente de energa Manual Potencia Mecnica Vapor, gas, neumtica. Hidrulica Ariete Vertical de simple efecto Vertical de doble efecto En cuatro correderas De configuracin especial Diseo del bastidor

De banco Inclinable De escote De puente De costados rectos Yunque Columna Mtodos de aplicacin de potencia al ariete Manivela

Leva

Excntrica

Tornillo de potencia

Cremallera y pin

Junta articulada

Hidrulica

Palanca acodillada

Neumtica

Cizallas de escuadra

Cizallas de circulo

De transferencia

Roedora

Revlver

Para seleccionar el tipo de prensa a usar en un trabajo dado, se deben considerar:

El tipo de operacin a desarrollar, tamao de la pieza, potencia requerida, y la velocidad de la operacin. Para la mayora de las operaciones de punzonado, recortado y desbarbado, se usan generalmente prensas del tipo manivela o excntrica. En estas prensas, la energa del volante se puede transmitir al eje principal, ya sea directamente o a travs de un tren de engranes. La prensa de junta articulada se ajusta idealmente a las operaciones de acuado, prensado o forja. Tienen una carrera corta y es capaz de imprimir una fuerza extrema.

TIPOS DE PRENSAS.

Prensa sencilla

Prensa abierta con gua punzones

Prensa cerrada con gua punzones y guas laterales

Prensa abierta con columnas de alimentacin

Prensa con sujetados y columnas de gua

Prensa abierta con portapunzn y sujetador

Prensa abierta con guas y resorte de repulsin

[]BIBLIOGRAFA.

Karl Heinz Decker, Elementos de Mquinas Tomo I.

O. Fratschner, Elementos de Mquinas.

Ediciones CEAC, Formulario de Elementos de mquinas

Ing. Alberto Garnica S., Apuntes de Clases Mec-2251, Mec-3263.

www.wikipedia.com www.elprisma.com www.monografas.com www.lafacu.com35