UNIVERSIDAD POLITCNICA DE PUEBLA

ORGANISMO PBLICO DESCENTRALIZADO

DEL ESTADO DE PUEBLA

INGENIERA MECATRNICA DISEO MECNICO DISEO DE UNA MQUINA DE ROTOMOLDEO ALUMNOS: GRUPO 6O MA PROFESOR:

JOEL POSOS OZORIO JUAN C. BONILLA, PUEBLA DICIEMBRE DE 2013

RESUMEN.El presente documento presenta el diseo de una maquinara que se va a dedicar a hacer piezas de rotomoldeo especialmente para cumplir con la materia de diseo mecnico, esta mquina se dividi en partes para una mejor concepcin, como el sistema de transmisin de movimiento por cadena, seleccin de los rodamientos, diseo y seleccin de una caja de engranajes, diseo de las puertas, los carros, y por supuesto los elementos de sujecin. Lo anterior mencionado se refiere a que hubo apoyo de todo el saln, el motivo de dividir el trabajo fue para que todos se relacionaran en el diseo de alguna u otra forma. El rotomoldeo es un proceso de elaboracin de materiales termoplsticos que permite obtener cuerpos huecos de cualquier tamao y forma. INDICEINTRODUCCIN.Las maquinas en la actualidad son de mucha importancia ya que constituyen un apoyo muy fuerte e importante en la manufactura de productos que satisfacen algunas necesidades bsicas y algunas por gusto, pero lo esencial aqu es que todo requiere de un proceso que ayude de forma uniforme a desempear un buen trabajo en dicho proceso.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.Se necesita una maquina de rotomoldeo que permita un optimo desempeo aprovechando la energa proporcionada, eliminando fugas de energa de la misma. Este diseo consistir en disear y seleccionar un sistema de transmisin una caja de engranajes, un sistema de sujecin, carro y puertas.DISEO CONCEPTUAL.Consiste en el diseo de un horno de rotomoldeo de 3 metros de dimetro y con un brazo de movimiento de rotacin biaxial que sujetara a un molde con una carga dinmica de 5 KN y V= 1m3 w1, w2, [0,15 rpm] con giros independientes y que permitan cambios de velocidad y sentido durante el proceso ya que tendr un motor con caja reductora de velocidad , el sistema del horno consiste en un cilindro de 3 metros, paredes de acero inoxidable rellenos de fibra cermica que permita t1= 350 o C y t2= t ambiente.DISEO DE DETALLE:SISTEMA DE TRANSMISIN.OBJETIVO GENERAL.Disear un sistema de trasmisin por cadena, el cual cumpla con los requerimientos de operacin de un horno de rotomoldeo.OBJETIVOS ESPECIFICOS.Aplicar los conocimientos tericos en el diseo de la trasmisin por cadena para comprender la relacin que existe entre los diferentes parmetros y hacer ms prctico el diseo del dispositivo logrando as una mayor eficiencia y durabilidad de la trasmisin.DESARROLLO DEL DISEO.A lo largo del diseo de la trasmisin se han venido denotando cada una de sus componentes como lo son, catarinas, engranajes, cadenas. Para este diseo nos enfocamos en la trasmisin por cadena la cual est montada solidaria al eje o catarina del motor. Por consiguiente la funcin de la transmisin por cadena ser reducir la velocidad aumentando el torque en el eje para garantizar un ptimo funcionamiento del horno de rotomoldeo.DISEO DE FLECHA PARA HORNO DE ROTOMOLDEODATOSL=3m

n= 15 rpm

t1=350oCt2= ambiente 26oC

v=1m3Fe=5kN

F1=5kN(+30%)

Fuerza permisible acero=400 N/cm2FORMULASP=TW

W=n=60f

p=d=SOLUCINSuponiendo que Fd estar a 0.5m del eje.

d=0.16m= 6.29 pulgadasPUNTOS IMPORTANTES PARA EL DISEO. SELECCINAR EL FACTOR DE SERVICIO

CALCULAR EL DISEO DE LA POTENCIA

DETERMINAR EL NUMERO DE DIENTES DEL SPROKET PEQUEO

DETERMINAR EL NUMERO DE DIENTES DEL SPROKET GRANDE

SELECCIONAR EL PASO DE LA CADENA DETERMINAR LA DISTANCIA DE CENTROS

CALCULAR LA LONGITUD DE LA CADENA

Factor de servicio es de (0.96) = n cadenaCALCULO DEL DISEO DE LA POTENCIA.

SELECCION DEL PION.Seleccin del nmero de dientes del pin y rueda teniendo en cuenta que la transmisin por cadena es.

Se selecciona un nmero de dientes que cumpla la relacin.

Donde Z2 y Z1 son los respectivos nmeros de dientes de la rueda y del pin. Se recomienda que el numero de dientes del pin sea impar ya que as se logra que los dientes del pin, engranen con distintos eslabones de la cadena por consiguiente se distribuye mejor el desgaste. Z1 (numero de dientes del pin)=16Z2 (numero de dientes de la rueda)= 40

CALCULO DE LA DISTANCIA ENTRE CENTROS.Podemos calcular la distancia entre centros de acuerdo a las siguientes relaciones que nos dan las tablas.CLASIFICASIN DE CARGA MAQUINA CONDUCTORA.

CARACTERISTICAS DE LA MAQUINA CONDUCIDA.

CARACTERISTICAS DE MAQUINAS

Haciendo uso de la siguiente relacin y el nmero de dientes del pin tenemos que se puede determinar la distancia entre centros. El factor de seleccin se toma en base a las caractersticas de la maquinaria conductora y conducida.FACTOR DE SELECCIN ES = 1.4

Determinada la velocidad del pin y la potencia de seleccin se determina el paso, con la ayuda de esta tabla.

El paso nos da = a 1 pulgada, que en centmetros es igual a 2.54 cm.

La distancia recomendada entre centros es de 100 centmetros.

LONGITUD DE LA CADENA.Se define de la siguiente manera con la siguiente ecuacin.

Sustituyendo los datos se obtiene

Por lo tanto la longitud de la cadena es de 2.28 metros.SELECCIN DE CAJA MOTO REDUCTORA PARA ROTO MOLDEO.Planteamiento del problemaSe necesita reducir la velocidad de 352 rpm a una velocidad de 0 a 15 rpm, seleccione o disee un mecanismo de trasmisin tomando en cuenta que el motor de el cual transmite la velocidad de entrada es de 7.5 Hp.

Criterios de seleccin

Velocidad de entrada 352 rpm.

Velocidad de salida 15 rpm.La relacin de transmisin (rt) es una relacin entre las velocidades de rotacin de dos engranajes conectados entre s. Esta relacin se debe a la diferencia de dimetros de las dos ruedas, que implica una diferencia entre las velocidades de rotacin de ambos ejes, esto se puede verificar mediante el concepto de velocidad angular. Donde: W1 es la velocidad angular de entrada

W2 es la velocidad angular de salida transmitidaSe selecciona un moto reductor de el catalogo 221 ENGRANES COAXIALES con las siguientes caractersticas:

Debido a que este cumple con los requisitos se parte de la relacin de transmisin 24.82

Ahora tenemos una caja con caractersticas:

P= 7.5 HP

Relacin de transmisin : 24.82

Factor de seguridad: 2.65

El factor de seguridad es mayor a uno lo que nos resulta conveniente ya que no es sobrante, como lo seria si fuese mayor a 3.CALCULOS

Velocidad de entrada : 352

Relacin de transmisin: 24.82

Velocidad de salida: 352/24.82= 14.18 rpm

La velocidad de salida es adecuada ya que necesitbamos reducirla de 0 a !5 rpm y dicha velocidad cumple con este criterio.RODAMIENTOObjetivoDeterminar los rodamientos para el eje de la mquina de rotomoldeo.IntroduccinUn rodamiento es un elemento normalizado cuya finalidad es el permitir la movilidad de la parte giratoria respecto de la fija. Los componentes de un rodamiento se muestran en la imagen 1.

En el rodamiento lo que puede variar, segn bajo las cargas que ste ser sometido, es el elemento rotativo, el cual puede ser de las siguientes formas: De bola, de rodillo o de aguja. En la imagen 2 se puede observar un ejemplo de cada uno de estos tipos.

El rodamiento debe ir acoplado en un soporte o pedestal comnmente llamados Chumaceras, que deben coincidir con las caractersticas de este para su correcta adecuacin.

Nuestro caso abarca un rodamiento que est sometido a una fuerza radial de 6 500 N y una fuerza axial de 3 000 N. La velocidad a la que trabaja nuestra mquina de rotomoldeo es de 15 RPM. Necesitamos una vida til de 15 000 horas.Marco terico

Para determinar la clasificacin de catlogo de un rodamiento es necesario, adems de los dems parmetros requeridos, conocer el ndice bsico de vida del fabricante al que se recurrir, en nuestro caso se sabe que SKF tiene un ndice bsico de 90 000 000 de revoluciones y que NSK y NTN-NSR trabajan con un ndice bsico de vida de 1 000 000 de revoluciones. La ecuacin que expresa esta relacin es:

Donde:

- Clasificacin de catlogo (lbf o kN).

- Vida nominal (Horas).

- Velocidad nominal (RPM).

- Carga radial deseada (lbf o kN).

- Vida deseada (horas).

- Velocidad deseada (RPM).

= 3 para rodamientos de bolas.

para rodamientos de rodillos.

Como nuestro rodamiento estar sometido a una carga radial y a una carga axial (o de empuje) es necesario obtener una carga equivalente haciendo una combinacin de las dos y esta se obtiene con la siguiente expresin:

Donde:

Fe Carga equivalente (N o kgf).

Fr Carga radial (N o kgf).

Fa Carga axial (N o kgf).

X Factor de carga radial.

Y Factor de carga axial.

V Factor de rotacin (V=1 cuando el anillo interior gira y V= 1.2 cuando el anillo exterior gira).

Parmetros de Diseo Velocidad de giro.

Fuerza Radial.

Fuerza Axial.

Dimetro interno.

Velocidad = 15 RPM.

Fuerza Radial = 6 500 N.

Fuerza Axial = 3 000 N.

Dimetro interno = 20 cm.

Vida del rodamiento = 15 000 hrs.

DesarrolloComo se ha mencionado antes, nuestros rodamientos estarn sometidos a cargas radiales y axiales por lo cual es necesario seleccionar el que mejor se desempee bajo estas caractersticas y para ello la tabla 1 nos muestra caractersticas generales de los rodamientos disponibles.

Es decir, el rodamiento indicado para nuestro caso debe ser un Rodamiento de rodillos cnicos.

Primero debemos calcular la carga equivalente para despus poder obtener la clasificacin de catlogo. Entonces sustituimos nuestros valores en la ecuacin, y algo importante es que la parte interna de nuestro rodamiento es la que girar, es decir que V=1.

Debido a nuestro dimetro interior, los valores de X y Y son: 0.4 y 1.3 respectivamente.

6 500 N

Los rodamientos NSK tienen un ndice bsico de vida de 1 000 000 de revoluciones, por lo tanto:

=

Sustituyendo los valores en la ecuacin R1 esta quedar de la siguiente forma:

Interpretacin de resultadosFinalmente obtuvimos que el rodamiento que buscamos se encuentra en la clasificacin de 3.828 kN y en base a esto recurrimos a los catlogos de rodamientos de NTN-NSR o al de la compaa NSK. En este caso no podemos usar los catlogos de SKF con esta clasificacin debido al ndice bsico de vida que ellos manejan (90 000 000 revoluciones).

Nosotros recurrimos a los catlogos de NTN-NSR y el rodamiento que nos da es:

32040XUE1. Rodamiento de una hilera de rodillos cnicos.

La ficha tcnica se encuentra anexa al reporte.

Se requerirn dos rodamientos de este tipo. Como los dos rodamientos estarn bajo circunstancias similares, no se requiri hacer un anlisis para el otro rodamiento.

A causa de que nuestro dimetro interior es mayor a 160 mm, este no entra en la gama estndar de chumaceras. El catlogo de NTN-NSR sugiere que para cotas especiales de chumaceras slo ser bajo pedido.

PUERTASLa seleccin de las puertas ser con un sistema automatizado de doble hoja mediante dos mdulos de accionador corredizo los cuales se encuentran en el catalogo de la marca roma.

Vista de una imagen de la puerta izquierda

Las especificaciones son las siguientes:

Moto reductor electromecnico

Engranaje vertical

Dispositivo anti-aplastamiento

Desbloqueo manual

Regula la velocidad de frenado de apertura y cierre

CARACTERISTICAS ESPECIFICAS

Para portones de hasta 2200kg

Tension de alimentacin 220 V

Potencia 380 Watts

Cremallera modulo 4 de hierroCremallera dependiendo del largo de la puerta.

CARROSLos carros se seleccionaron del catalogo roma, tomando en cuenta que su recorrido va a estar definido por rieles por lo tanto se selecciona una rueda con canaleta en V como se muestra en la figura.

ESPECIFICASIONESRuedas especialmente diseadas para ser altamente resistentes, a esfuerzos corredizos rectos, presentan una gran durabilidad y resistencia al desgaste.

LUIS ANTONIOELEMENTOS DE SUJECION

TIPOS DE ACERO INOXIDABLES:Desde de vista metalrgica, los aceros inoxidables estn agrupados dentro de tres tipos bsicos, de acuerdo a su microestructura: martensiticos, ferri ticos, austeniticos. AUSTENITICOS:Estos son los aceros inoxidables al cromo-nquel (tipo 3XX) y al cromo-nquel-manganeso (tipo 2XX). Son esencialmente no magnticos en la condicin de recocido y no endurecen por tratamiento trmico. El contenido total de nquel y cromo es de por lo menos 23%. Se pueden trabajar fcilmente en caliente o en fro. . El trabajo en fro les desarrolla una amplia variedad de propiedades mecnicas y, en esta condicin, el acero puede llegar a ser ligeramente magntico. *Utilizaremos este tipo de acero ya que nos proporciona menos desgaste en el material causado por oxido, y a su vez nos proporciona seguridad de la estructura ya que puede soportar vibraciones mayores.*Son muy resistentes al impacto y difciles de maquinar. Estos aceros tienen la mejor resistencia a altas temperaturas y resistencia a la formacin de escamas de los aceros inoxidables. Su resistencia a la corrosin suele ser mejor que las de los aceros martensticos o ferrticos.*.-SELECCIN DE ELECTRODOS PARA ACERO INOXIDABLE:Diagrama de Scheffer:El Diagrama de Scheffer se usa principalmente para predecir la estructura del metal de soldadura obtenido en la unin de aceros inoxidables dismiles, o de aceros inoxidables con aceros al carbono, con o sin aleacin.Para su empleo se parte del cromo y el nquel equivalente del material base y electrodos, este tipo de diagrama nos puede ayudar a seleccionar la soldadura adecuada para nuestro material el cual se utilizara en la mquina.Cuando se trata de unir materiales de la misma composicin qumica, el punto correspondiente al metal depositado se encontrar entre la recta trazada por los puntos correspondientes al metal base y al electrodo. Su ubicacin especfica depender del grado de dilucin con que se trabaje. En el proceso arco manual el valor tpico es de 30%. En el caso de materiales dismiles se grafican los puntos correspondientes al cromo y nquel equivalentes de ambos materiales base. Se obtiene el punto medio de la recta trazada entre ambos puntos (siempre y cuando los materiales participen en la misma proporcin).Despus se une este punto con el punto correspondiente al electrodo. La composicin del material depositado se encontrar dentro de esta recta y depender del porcentaje de dilucin (30% para arco manual).

Electrodo indura 25-20 para acero inoxidable austentico Revestimiento rutlico. Color gris DESCRIPCION: Elegimos este electrodo ya que cumple con todas las caractersticas requeridas para elaborar el trabajo en la mquina. El electrodo 25-20 posee un revestimiento rutlico, lo que lo hace apto para soldar con CA o CC, electrodo positivo. La escoria se desprende fcilmente, adems de tener muy buena reanudacin de arco por lo que se aconseja usarlo en soldaduras intermitentes. USOS: Est especialmente diseado para soldar aceros inoxidables del tipo 310 y 314, en los que se requiere una alta resistencia a la traccin y a la corrosin. Hasta temperaturas de 1.050C. Puede ser usado adems para soldar aceros inoxidables de composicin desconocida y aceros inoxidables con acero carbono. Aplicaciones tpicas Estanques de cidos

Rellenos de ejes

Aceros inoxidables: 310, 314, 310Cb Recipientes y caeras sometidos a temperaturas Soldadura de aceros dismiles

REMACHES:

ALOMADA Es ms utilizada debido a los usos que se adapta. Proporciona suficiente superficie de soporte para fijar todo tipo de materiales excepto materiales suaves y quebradizos. ANCHA: Esta cabeza proporciona el doble de superficie de apoyo que los remaches de cabeza alomada por lo tanto este estilo de cabeza nos permite remachar un material suave o quebradizo a un material rgido evitando su deformacin. AVELLANADA: Es utilizada cuando se requiere un acabado plano, es decir, que no sobresalga la cabeza del plano de la piezas a remachar, adema proporciona un mayor espesor de remachado.

Tabla de funcionalidad del remache:

Tabla de funcionalidad del remache:

Tabla para la seleccin de remache de acuerdo a las caractersticas de la maquina:

Seleccionamos el remache marcado con las flechas, para nuestra maquina.Tabla para la seleccin de remache de acuerdo a las caractersticas de la maquina:

REMACHE STANDAR ABIERTO DE COBRE ARGENRAP. El remache cobre/acero presenta una serie de cualidades que les permiten estar presente en estar en diversas aplicaciones industriales. Disponemos del producto con variaciones de vstago. El cuerpo del remache en cobre le confiere buenos valores de resistencia a la traccin y al cizallado. Alto punto de fusin (1083grados C.) 60% superior al del aluminio, muy buen conductor trmico. No oxida, no produce par galvnico, apto para soldar, mayor resistencia que el remache de aluminio a los agentes qumicos. Construccin de equipos elctricos y electrnicos. Ensamblado de cocinas, calefactores, calefones, calderas. Diversas uniones enzinguera, canalones, techos, etc.

SELECCIN DE TORNILLO:

Buscamos un tornillo en el cual se acople a las caractersticas de la maquina, seleccionamos este tornillo ya que cuenta con resistencia a mayores temperaturas y vibraciones por el cual seleccionamos este.

Selecciona del tornillo marcado a color amarillo, adecuado para la estructura de nuestra mquina.Se ocupara un tornillo hexagonal milimtrico. Con caractersticas: Tornillos hexagonales de grado 8.8, de grado1.9, de grado 12.9 con un dimetro milimtrico de alrededor de 6-36mm.Tornillos de alta resistencia son fosfatizados, galvanizados y dacrotizados en la superficie.Usadas en el sistema de Sujecin.-Dependiendo del rango de temperatura, se pueden utilizar entre otros aceros de alto grado de aleacin.-Temperaturas del objeto superiores a 300-Mayor roscado para mantener la vibracin.-Mayor seguridad en la estructura de la mquina.

Especificaciones del tornillo.

SELECCIN DE TUERCA (Catlogo Dislas Universal en Tornillera).

Especificaciones de la tuerca seleeciona, que cumple con las caracteristicas de la maquina.Tuerca con siguientes caractersticas:

Tuerca Es una pieza la cual es utilizada para acoplar unos tornillos de forma fija.Tuerca hexagonal Son las ms usadas en sistemas de sujecin Estn hechas de acero inoxidable, acero cincado y latn. Resisten temperaturas mayores a 450C. Roscado fino para evitar que se afloje por vibraciones.Designacin (M20x2) M20 significa la designacin de la rosca (mm). x2; paso del filete (mm).

Seleccin del tornillo con las especificaciones cumplidas para la mquina.Referencias

Diseo en ingeniera mecnica de Shigley, Richard G. Budynas y J. Keith Nisbett, Octava Edicin, Mc Graw Hill.

Diseo de elementos de mquina, Robert L. Mott, P. E., University of Dayton, Cuarta Edicin, Pearson Educacin.

Literatura de Rodamientos NSK:

http://www.mx.nsk.com/cps/rde/xchg/mx_es/hs.xsl/download-bearings.htmlINTERPRETACIN DE RESULTADOS.Cada elemento de nuestra maquina es importante ya que cada uno cumple una funcin especifica, al no seleccionar los elementos indicados de acuerdo a sus dimensiones podra ser no viable. Para no llegar a esta situacin. Nos basamos en formulas para la optima seleccin de cada elemento, al igual que en catlogos, los cuales nos ayudaron bastante porque ya tienen predeterminados cada pieza segn sus caractersticas, por ejemplo el dimetro.CONCLUSIONES.Es de gran importancia para la realizacin del diseo de estos elementos de trasmisin de potencia tener en cuenta sugerencias dadas por personas con un mayor conocimiento, comprensin y legado sobre el tema, con la finalidad de poder evitar la toma de decisiones equivocadas que comprometan el funcionamiento del equipo y la vida til de este.REFERENCIAS.1) Diseo de maquinaria.

Robert L. Norton.

Cuarta edicin.

Mc Graw Hill.2) Desing of Machine Elements.

M. F. Spotts.

T. E. Shoup.

L. E. Hornberger.

Eighth edition.

Pearson Prentice Hall.

3) Machine Elements in Mechanical Desings.

Robert L. Mott, P. E.

Fourth edition.

Pearson Prentice Hall.

ANEXOS

DESIGNACION DE SPROKER.CATALOGO

DESIGNACION DE LA CADENA.CATALOGO

CATALOGO DEL MOTOR.

Imagen 2. Rodamientos con cada uno de los elementos rotativos comerciales para su fabricacin. De bola, de aguja y de rodillo, con orden de izquierda a derecha.

Imagen tomada de: http://img.directindustry.es/images_di/photo-g/rodamiento-agujas-alto-rendimiento-169-3236773.jpg

Tabla 1. Caractersticas de los rodamientos comerciales.

Imagen tomada de: http://www.ntn-snr.com/group/es/es-es/index.cfm?page=/group/home/technique_roulement/vocabulaire/code_genetique