Puente principal análisis estático 1-1

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO

SIMULACIÓN DE PUENTE PRINCIPAL DE UN EXTRACTOR DE COJINETES

Fecha: martes, 23 de junio de 2015Diseñador: JUAN PABLO FUENTES ARANDANombre de estudio: Análisis estático 1Tipo de análisis: Análisis estático

Table of ContentsDescripción.................................................1

Suposiciones...............................................2Información de modelo................................2

Propiedades del estudio..............................3Unidades.....................................................3

Propiedades de material.............................4Cargas y sujeciones....................................5

Definiciones de conector.............................5Información de contacto..............................6

Información de malla...................................7Detalles del sensor......................................8

Fuerzas resultantes.....................................9Vigas...........................................................9

Resultados del estudio..............................10Conclusión................................................12

ANÁLISIS ESTÁTICO DEL PUENTE PREINCIPAL

Analizado con SolidWorks Simulation Simulación de PUENTE PRINCIPAL 1

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO JUAN PABLO FUENTES ARANDA

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DESCRIPCIÓN DEL COMPONENTE

Son herramientas manuales de acero de 2 y 3 brazos para internos y externos de acero forjado. Herramienta manual que se utiliza básicamente para extraer las poleas, engranajes o cojinetes de los ejes, cuando están muy apretados y no salen con la fuerza de las manos. Puede resultar delicada en ciertas situaciones: piezas de muy grandes dimensiones, esfuerzo de extracción que exige la aportación de la hidráulica, dificultades de acceso.

Se puede romper la polea al trabajar con un extractor si éste está mal ajustado.

Los extractores están compuestos por unas patillas que son las que enganchan con la pieza que se quiera extraer, y que actúa cuando se hace girar el tornillo central que actúa sobre el eje de fijación.

Hay extractores de forma y tamaño muy variada, así como extractores que actúan por el interior de la pieza que se quiera extraer.

FUNCIÓN

Cumple la función básica de extraer las poleas, engranajes o cojinetes de los ejes, cuando están muy apretados y no salen con la fuerza de las manos.

APLICACIÓN

Tienen aplicación en sistemas hidráulicos y mecánicos:

Extractores hidráulicos. Estos extractores hidráulicos pueden evitarle el trabajo laborioso y arriesgado de martillear, calentar y hacer palanca. El daño a las piezas es mínimo gracias al uso de la fuerza hidráulica controlada.

Extractores Posi LockR. El extractor que vence el reto de la seguridad. Un bastidor retiene las mordazas de manera segura en posición de trabajo. Esta característica patentada reduce la posibilidad de que las mordazas se resbalen de la superficie de trabajo por lo que incrementa la productividad, la vida útil de la herramienta y reduce el peligro para el operario. El sistema Posi Lock está disponible en versiones mecánica e hidráulica.


https://es.wikipedia.org/wiki/Rodamiento

https://es.wikipedia.org/wiki/Engranaje

https://es.wikipedia.org/wiki/Polea

https://es.wikipedia.org/wiki/Rodamiento

https://es.wikipedia.org/wiki/Engranaje

https://es.wikipedia.org/wiki/Polea

https://es.wikipedia.org/wiki/Herramienta_manual

https://es.wikipedia.org/wiki/Herramienta_manual


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CARÁCTERÍSTICAS GENERALES

FUNCIONAMIENTO. Los brazos se hacen deslizar sobre una guía y bloquear cuando el cojinete que debe ser extraido ha sido enganchado, es decir cuando las patas de los brazos han entrado bajo la base del cojinete. Los brazos pueden enganchar el cojinete ya sea por la parte interna que por la parte externa según el espacio. El tornillo central del extractor una vez accionado mediante una llave, inicia a empujar hacia arriba permitiendo a los brazos levantar el cojinete y por tanto extraerlo

PARTES PRINCIPALES

Puente principal. Es el elemento encargado de sujetar y controlar la flexibilidad de los brazos.

Brazos. Son los elementos que van a agarrar al cojinete para su posterior extracción.

Perno extendido con rosca. Es el elemento el cual se encarga de ajustar los brazos para la sujeción y extracción del cojinete o desajustar para soltar el cojinete.

A continuación, en el cuadro siguiente se observan algunas partes adicionales de un extractor específico.



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MATERIALES COMUNES DE FABRICACIÓN. El material del que se fabrican es de una aleación de acero o acero forjado.


https://es.wikipedia.org/wiki/Acero

https://es.wikipedia.org/wiki/Aleaci%C3%B3n


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TIPOS DE EXTRACTORES

POR EL TIPO DE FUNCIÓN QUE REALIZAN:

Extracción de ruedas dentadas, rodamientos y cojinetes de bolas, poleas de correa y piezas similares de un árbol o ejeExtractores de dos o tres brazos con garras de extracción:En razón a la mejor distribución de la carga, se debe dar preferencia a un extractor de tres brazos, si el espacio disponible lo permite.Surtido para elegir:a) Extractor de garras deslizantes siempre paralelas de los No. 20, 30 y 11.b) Extractores de garras transmisoras de fuerza autocentrantes de los No. 43, 44, 45, 482, 483 y 844, 845, de la Serie No. "800".c) Extractores con abertura de sujeción ajustable del No. 12.d) Extractores con fijación autocentrante de la abertura de sujeción de los No. 112 y 113.e) Extractores con garras de extracción pivotables de los No. 41, 42,46, 47, 201, 202, 203, 205, 206 y 207.f) Extractores con tornillo de apriete lateral de los No. 204 y 210.g) Extractores con martillo de correa del No. 220

Extractor de cojinetes de bolas, rodamientos de rodillos, casquillos y de otras piezas de asiento estanco.Dispositivos separadores y separadores-extractoresSe pueden elegir:a) Separadores y extractores de los No. 15, 17 y 18. b) Separadores-extractores de los No. 14, 204-0 y 210.

Extracción de piezas montadas sobre ejes huecos.La elección del tipo de extractor se hace tal como se ha expuesto antes. Para apoyar el husillo de presión del extractor sobre el eje hueco sirve una pieza de presión escalonada.Se pueden elegir:Juegos de piezas de presión escalonada de los No. Y-18, Y-19 yY-20-10.

Extracción de piezas con agujeros roscadosExtractor con adaptador roscadoSe pueden elegir:a) Extractores con adaptador roscado No. 18 y 18-ASb) Extractores con martillo de correa No. 230



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Extracción de cojinetes de bolas, anillos exteriores de cojinetes de bolas y casquillos de los agujeros en que están metidos.Extractores interioresSe pueden elegir:a) Extractores interiores con contraapoyos de los No. 21 y 22 y 16.b) Extractores interiores con martillo de correa de los No. 221 y 224.c) Extractores de los No. 20 y 30 con garras de extracción transpuestas.

Extraer y sacar cojinetes de bolas de carcasas.Extractor de cojinetes de bolas de los No. 69 y 70

Extraccción de un árbol o eje de un cojinete.Los árboles están dotados en su ejecución de un agujero concéntricode protección de árbol con orificio roscado.Herramienta extractora con adaptador roscado.Se pueden elegir: a) Contraapoyos con adaptador roscadoNo. 22 y 22-AS.b) Extractor con martillo de correa y adaptador roscado No. 223.

POR EL TIPO DE EXTRACCIÓN:

CONSIDERACIONES. Cuando seleccione un extractor es importante considerar 3 especificaciones básicas:

1. Fuerza: La fuerza que el extractor puede producir. Generalmente, la fuerza que se requiere para un trabajo puede determinarse por el diámetro del eje de la pieza que se extrae. En los extractores manuales, el diámetro del perno central del extractor debería ser por lo menos la mitad del diámetro



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del eje del cual se extrae. En los extractores hidráulicos, la fuerza en toneladas debería ser de 0,28 a 0,4 veces el diámetro del eje. Utilice la siguente tabla:

2. Alcance: La distancia entre la parte inferior de la base y la punta de las garras. El alcance del extractor necesita ser igual o mayor que la misma distancia de la pieza que se extrae.

3. Separacion: La distancia entre las garras. La separación del extractor necesita ser mayor que el ancho de la

4. pieza que se extrae.



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INFORMACIÓN DE MODELO

Nombre del modelo: PUENTE PRINCIPAL

Configuración actual: Predeterminado

Sólidos

Nombre de documento y referencia Tratado como Propiedades volumétricas

Ruta al documento/Fecha de modificación

Taladro roscado M121

Sólido

Masa:0.337393 kgVolumen:4.2708e-005 m^3Densidad:7900 kg/m^3Peso:3.30645 N

C:\Users\JUAN PABLO\Desktop\EXTRACTOR DE COJINETES\PUENTE PRINCIPAL.SLDPRTJun 23 02:43:10 2015



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PROPIEDADES DEL ESTUDIO

Nombre de estudio Análisis estático 1Tipo de análisis Análisis estáticoTipo de malla Malla sólidaEfecto térmico: ActivarOpción térmica Incluir cargas térmicasTemperatura a tensión cero 298 KelvinIncluir los efectos de la presión de fluidos desde SolidWorks Flow Simulation

Desactivar

Tipo de solver FFEPlusEfecto de rigidización por tensión (Inplane): DesactivarMuelle blando: DesactivarDesahogo inercial: DesactivarOpciones de unión rígida incompatibles AutomáticaGran desplazamiento DesactivarCalcular fuerzas de cuerpo libre ActivarFricción DesactivarUtilizar método adaptativo: DesactivarCarpeta de resultados Documento de SolidWorks (C:\Users\JUAN PABLO\

Desktop\EXTRACTOR DE COJINETES)

Unidades

Sistema de unidades: Métrico (MKS)Longitud/Desplazamiento mmTemperatura KelvinVelocidad angular Rad/segPresión/Tensión N/m^2



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PROPIEDADES DE MATERIAL

Referencia de modelo Propiedades Componentes

Nombre: AISI 1020Tipo de modelo: Isotrópico elástico

linealCriterio de error predeterminado:

Tensión máxima de von Mises

Límite elástico: 3.51571e+008 N/m^2

Límite de tracción: 4.20507e+008 N/m^2

Módulo elástico: 2e+011 N/m^2Coeficiente de Poisson:

0.29

Densidad: 7900 kg/m^3Módulo cortante: 7.7e+010 N/m^2Coeficiente de dilatación térmica:

1.5e-005 /Kelvin

Sólido 1(Taladro roscado M121)(PUENTE PRINCIPAL)

Datos de curva:N/A

JUSTIFICACIÓN. Acero de mayor fortaleza que el 1018 y menos fácil de conformar. Responde bien al trabajo en frío y al tratamiento térmico de cementación. La soldabilidad es adecuada. Por su alta tenacidad y baja resistencia mecánica es adecuado para elementos de maquinaria y elementos de tratamiento de estas. Se utiliza mucho en la condición de cementado donde la resistencia al desgaste y el tener un núcleo tenaz es importante. Se puede utilizar completamente endurecido mientras se trate de secciones muy delgadas. Se puede utilizar para ejes de secciones grandes y que no estén muy esforzados. Otros usos incluyen engranes ligeramente esforzados con endurecimiento superficial, pines endurecidos superficialmente, piñones, cadenas, tornillos, componentes de maquinaria, prensas y levas.



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CARGAS Y SUJECIONESLa sujección principal es en el taladrado central del Puente porque es donde actua el perno roscado apretando y aflojando los brazos. Las fuerzas que actuan sobre el Puente son originadas por los brazos al momento de extraer el cojinete, estas fuerzas las hemos localizado el plano de planta en cada una de las uniones del Puente y los brazos, cabe recalcar que posiblemente las fuerzas no sean estrictamente verticals; pero para facilitar los cálculos lo hacemos así, además es la dirección que al jalar el extractor para sacar el cojinete se aplica mayor fuerza.

Nombre de sujeción Imagen de sujeción Detalles de sujeción

Fijo-1

Entidades: 1 cara(s)Tipo: Geometría fija

Fuerzas resultantesComponentes X Y Z ResultanteFuerza de reacción(N) -0.0853271 7200.01 -0.103821 7200.01Momento de reacción(N.m) 0 0 0 0

Nombre de carga Cargar imagen Detalles de carga

Fuerza-1

Entidades: 12 cara(s), 1 plano(s)Referencia: PlantaTipo: Aplicar fuerzaValores: ---, ---, -600 N



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CONFIGURACION DEL MALLADO:El análisis de elementos finitos (FEA) proporciona una técnica numérica fiable para analizar los diseños de ingeniería. El proceso empieza con la creación de un modelo geométrico. Luego, el programa subdivide el modelo en partes pequeñas de formas sencillas llamadas elementos, que están conectadas en puntos comunes llamados nodos. El proceso de subdividir el modelo en pequeñas partes se llama mallado. Los programas de análisis de elementos finitos consideran al modelo como una red de elementos interconectados.

El mallado es un paso crucial en el análisis de diseño. El software crea automáticamente una malla combinada de elementos sólidos, de vaciado y de viga. La malla sólida es adecuada para los modelos voluminosos o complejos en 3D. Los elementos de vaciado son adecuados para las piezas delgadas (como las chapas metálicas). Los elementos de viga son adecuados para miembros estructurales.

La precisión de la solución depende de la calidad de la malla. En general, cuanto más delgada es la malla mayor es la precisión. La malla generada depende de los siguientes factores:

La precisión de la solución depende de la calidad de la malla. En general, cuanto más delgada es la malla mayor es la precisión. La malla generada depende de los siguientes factores:

Geometría creada Control de malla. Condiciones de Contacto. Tamaño global del elemento y tolerancia de malla. El software recomienda un tamaño de elemento y una

tolerancia globales. El tamaño global del elemento se refiere a una longitud promedio de una arista del elemento. La cantidad de elementos aumenta rápidamente al utilizar un tamaño global del elemento más pequeño.

TIPO DE MALLA:

Malla solida

Se escogió este tipo de malla por ser un elemento mecánico que esta sometido a tensiones en cada momento de trabajo.

Mallado usada:

Malla basada en curvatura, debido a la geometría del elemento, curvo y con huecos cilíndricos


http://help.solidworks.com/2011/spanish/SolidWorks/cworks/LegacyHelp/Simulation/Meshing_topics/ID_Contact_Gaps_Options.html

http://help.solidworks.com/2011/spanish/SolidWorks/cworks/LegacyHelp/Simulation/Meshing_topics/IDH_What_are_mesh_controls_.html


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CALIDAD DE LA MALLA:

CALIDAD ALTA para obtener resultados finales y para modelos con geometría curva, ademas para la function que cumple se necesitara mayor precisión.

PUNTOS JACOBIANOS: 4 puntos.

Para elementos con una geometría compleja se necesitan más puntos dentro de cada elemento debido a que las aristas se pueden entrecruzar y ocasionar un error de cálculo, ayudando a calcular el grado de distorsión del elemento, pero como el elemento a analizar es un elemento curvo simple , solo bastara colocar 4 puntos internos para el desarrollo del cálculo.



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INFORMACIÓN DE MALLA

Tipo de malla Malla sólidaMallador utilizado: Malla basada en curvaturaPuntos jacobianos 4 PuntosTamaño máximo de elemento 0 mmTamaño mínimo del elemento 0 mmCalidad de malla Elementos cuadráticos de alto orden

Información de malla - DetallesNúmero total de nodos 21250Número total de elementos 12559Cociente máximo de aspecto 19.354% de elementos cuyo cociente de aspecto es < 3 98.1% de elementos cuyo cociente de aspecto es > 10

0.0557

% de elementos distorsionados (Jacobiana) 0Tiempo para completar la malla (hh;mm;ss): 00:00:06Nombre de computadora: JUANPABLO



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FUERZAS RESULTANTES

Fuerzas de reacciónConjunto de selecciones Unidades Suma X Suma Y Suma Z Resultante

Todo el modelo N -0.0853271 7200.01 -0.103821 7200.01

Momentos de reacciónConjunto de selecciones Unidades Suma X Suma Y Suma Z Resultante

Todo el modelo N.m 0 0 0 0



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RESULTADOS DEL ESTUDIO

Nombre Tipo Mín. Máx.Tensiones1 VON: Tensión de von Mises 192219 N/m^2

Nodo: 6299.16517e+007 N/m^2Nodo: 14784

PUENTE PRINCIPAL-Análisis estático 1-Tensiones-Tensiones1

Nombre Tipo Mín. Máx.Desplazamientos1 URES: Desplazamiento

resultante0 mmNodo: 1

0.0158012 mmNodo: 828



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Nombre Tipo Mín. Máx.

PUENTE PRINCIPAL-Análisis estático 1-Desplazamientos-Desplazamientos1



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Nombre Tipo Mín. Máx.Deformaciones unitarias1 ESTRN: Deformación

unitaria equivalente2.07687e-006Elemento: 11175

0.000291544Elemento: 6269

PUENTE PRINCIPAL-Análisis estático 1-Deformaciones unitarias-Deformaciones unitarias1


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Nombre Tipo Mín. Máx.Factor de seguridad1 Automático 3.83595

Nodo: 147841829.01Nodo: 629

PUENTE PRINCIPAL-Análisis estático 1-Factor de seguridad-Factor de seguridad1

CONCLUSIÓNES Como se puede observar la distribución de esfuerzos es más crítica en los bordes de la parte superior de la pieza

debido a que es donde se aplica la mayor compresión por parte del perno roscado; los desplazamientos y deformaciones son mayores en las zonas donde se sujetan los brazos debido a la fuerza con la que estos jalan.

De la información investigada, cálculos realizados, el modelado y el análisis hecho podemos constatar que el uso de software de ingeniería es una gran herramienta en la actualidad agilización, disminución de tiempo y costos en el desarrollo de nuevos productos en especial para piezas donde se realiza varios tipos de análisis.

Vemos que el factor de seguridad promedio es de 3.8por lo tanto nuestro selección de material es aceptable,



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podemos aplicar las fuerzas que se aplicaron sin problemas de fractura o deformaciones que inutilizen la pieza.

RECOMENDACIONES Hacer la simulación para otros materiales para comparar los resultados y ver similitudes así poder reducir costos

en la construir de la pieza. Hacer la simulación para un ensamblaje del extractor pues en la pieza analizada la distribución de esfuerzos y

desplazamientos puede variar ya que habrán fuerzas de flexión y torsión. También es posible realizar por separado el análisis de todas las piezas del ensamblaje con las fuerzas en cada una de ellas.

Se debe tener en cuenta que la cantidad de extractores ya se dé engranes o cojinetes es inmensa por lo tanto este solo es un anális particular que no se debe generalizar.

ANEXOS



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BIBLIOGRAFÍA Hibbeler,R.C “ Mecánica de materiales “ Printece Hall 3era edición, Mexico, 1995. Beer F.C ; Jhonston E.R “Mecánica de materiales “ Mc Graw Hill, 2da. Edicion, Mexico,1998. www.materiales-sam.org.ar/sitio/biblioteca/laserena/46.pdf www.sumiteccr.com


http://www.materiales-sam.org.ar/sitio/biblioteca/laserena/46.pdf

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