diseños de elementod de maquinas

DISEO DE ELEMENTOS DE MAQUINA 1

Ano de la Inversin para el Desarrollo Rural y la Seguridad Alimentaria

CTEDRA : DISEO DE ELEMENTOS DE MAQUINA

CATEDRTICO : Mg. DANIEL LAZO BALTAZAR

ALUMNOS : ASTETE PEREZ MIGUEL

CACERES MALPICA CLAUDE

CAMASCA HINOSTROZA HECTOR

DEL CARPIO ZUIGA MIGUEL

FLORES RICSE RONY

SIERRALTA CALDERON ERICK

SEMESTRE : VIII

HUANCAYO PER 2013

DISEO DE UN REDUCTOR DE VELOCIDADES


PROBLEMA: Disear un impulso para una lnea de transmisin automtica

como se muestra en el esquema, donde la fuerza tangencial es F y la velocidad tangencial V el paso de la cadena T y el nmero de dientes Z se dan en la tabla siguiente. La carga tiende hacer constante y en una direccin

el trabajo tiene paradas peridicas, el recurso de trabajo del reductor debe ser

no menor a 2000 horas

1.- Motor

2.- Brida de seguridad

3.- Sistema de Reduccin

4.- Brida de seguridad

5.- Rodamientos

6.- Rodillo de faja transportadora

7.- rgano de trabajo

PARMETROS VARIANTES

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

F, KN 3.5 3.4 3.3 3.5 3.1 3 2.9 2.9 2.75 2.6

V, m/s 0.25 0.3 0.35 0.25 0.45 0.6 0.55 0.6 0.65 0.7

t 125 125 100 100 160 80 125 125 100 80

Z 10 12 14 16 10 10 11 11 12 12

1 2 3

6

5 4

5

7


ETAPAS DEL PROYECTO:

1. Calculo de la potencia del motor

2. Seleccin del motor de catlogos

3. Representacin del esquema cinemtico

4. Determinacin de los momentos en cada uno de los componentes del circuito

cinemtico

5. Calculo de las transmisiones

6. Calculo de ejes y elementos

7. Eleccin de rodamientos o diseo de soportes

8. Esbozo del reductor (2 o 3 vistas en un CAD ) a escala 1/1

9. Grficos o planos:

a. En formato A -3, Caja de reductor y partes ensamblabas

b. En formato A -3,planos de fabricacin de los elementos delos rganos de

trasmisin

ETAPAS 1 2 3 4 5 6 7 8 9

FECHA 16/04 16/04 16/04 17/04 30/04 17/05 21/05 04/06 23/07

NOTA

VB


DATOS:

VARIANTES

Fuerza(F) 3.5

Velocidad(V) 0.25

Paso (t) 100

Diente(Z) 16

DISEO DEL IMPULSOR

1. CALCULO DE LA POTENCIA DEL MOTOR

=

Not = 3.5 x 0.25

Not = 0.875 kW

CALCULO DE LA POTENCIA EN EL MOTOR

=

Para nt:

2 bridas de seguridad: =0.99

Transmisin dentada: =0.95

4 rodamientos: =0.9999

= = 0.992 0.95 0.99993

=

= 0.9308 = 0.875

0.9308

= 0.94

CALCULO DE LA POTENCIA REAL (NR)

: El factor de servicio de tablas es 1.5

=

= 1.5 0.94 = 1.41


CALCULO DE LA POTENCIA NOMINAL ()

=

=

.. : 15

= .

=

1.5

0.93

. : 15

= . = .

2. SELECCIN DEL MOTOR POR CATLOGOS:

Potencia = .

(Como en la tabla no se encuentra se utiliza el inmediato superior)

Con ello seleccionamos 1.9 Hp

N de polos Hp KW RPM

2 2 1.5 2820

4 2 1.5 1400

6 2 1.5 910

8 2 1.5 690

PARA ELEGIR CUAL DE LOS TRES MOTORES ES LA QUE

UTILIZAREMOS:

RELACION DE TRANSMISION:

< < Tomamos el valor de: 10

<

Tomamos el valor de: 8

= .

= 10 8=80

CALCULANDO LOS RPM RGANO DE TRABAJO ():

=

. . ( ) = .

Calculo de dimetro primitivo ():

=

( ) =

( )= . = .


Reemplazando en (1):

= .

.

= .

RELACIN DE TRANSMISIN DEL SISTEMA()

=

:

=

. = .

=

. = .

=

. = .

=

. = .

VERIFICANDO:

.

En la ecuacin:

._

._

.

.

Por lo tanto elegimos el motor de 8 polos

= 1.5 = 2 = 690 8 : : .


3. ESQUEMA CINEMATICO:

1. CALCULO DE LOS MOMENTOS

1. Momento en el motor

= 20.5 . (De tabla)

2. Momento en el engrane impulsor

1 =

1 = 20.5 0.99 = 20.29 .

1 = 20.29 .

3. Momento en el engrane impulsado

2 = 1 .. .. = 20.29 0.99 10 0.95 = 190.84 .

1 2 3

6

5

6

4

5

7


4. Momento en el rgano de trabajo

= = . .

3.- DISEO DE LOS ENGRANES RECTOS

A. ENGRANE MENOR O PIN:

a. Datos que se tienen:

= . .

D=64 mm (calculado en el esquema cinemtico)

Z= 16 (supuesto de la tabla de variantes)

b. Material seleccionado:

Acero AISI 1045 con una dureza Brinell HB = 225 Calculo de la carga tangencial:

=

=

.

.= . Error en el clculo de la fuerza

Calculo del mdulo:

=

=

=

c. Resistencia a la fatiga:

Frmulas de esfuerzo de la AGMA

=

{

.

Factor de sobrecarga:

= .

Calculo del paso diametral normal :

Suponemos que el ngulo de la hlice es = 20


Suponemos que el ngulo de presin es = 20

= = = .

Factor de tamao:

=

Factor de distribucin de carga:

= + ( + )

{ ( ). ( )

=

= {

.

. + .

=

.

=

. = .

= {

< .

.

.

=

= + + {

= . = .

= .

= .

=

= + (. + . )

= .

d. Factor dinmico:


= (

+ )

= + ( )

= . ( )

= {

=

e. Calculamos la velocidad tangencial:

=

60

=

=

=

=69 0.076

60= 0. /

Remplazando y calculando

= .

f. Ancho de cara

=

= . = . .

= .

g. Factor geomtrico

= .

Remplazando en la primera frmula de la flexin de AGMA

=

.

= .

.

.

.

. = .


h. Calculo del admisible

=

Para el acero AISI 1045 el St es:

= { = . = .

Escogemos el valor de

= .

o Si el pin y el engrane tienen el mismo material y son para ciclos de

107

= 1

o Durante el trabajo los elementos estarn por debajo de los 120 C

= 1

o Para una confiabilidad del 0.9999

= 1.5

Remplazando

=.

. = .

Comparando

El esfuerzo de flexin se encuentra dentro del esfuerzo admisible por lo cual se puede

considerar que el pin resistir a la flexin


i. Resistencia al desgaste por picadura

Frmulas de esfuerzo de la AGMA:

= (

)

o Coeficiente elstico

= 191

o Factor de aplicacin

= = 1.25

o Factor de tamao

= = 1

o Factor de distribucin de cara

= = 1.15

o Factor dinmico

= = 1.12

o Ancho de cara

= 24 0.944

o Factor geomtrico

=

{

{ 20 1

=

= .


Remplazando en la primera frmula de la resistencia a la picadura de AGMA

= (

)

= ( .

.

.

. )

= .

j. Calculo del admisible

=

Para el acero AISI 1045 el Sc es

= { 1 = 699.5 2 = 779.25


= 700

o Recomendado por AGMA

= 1

o Si el pin y el engrane tienen el mismo material

= 1

o Para temperaturas menores de 120C

= 1

o Para una confiabilidad de 0.9999

= 1.5


Remplazando

=

.

= .

Comparando

El esfuerzo por contacto o resistencia a la picadura se encuentra dentro del

esfuerzo admisible por lo cual se puede considerar que el pin resistir a la

flexin

B. ENGRANE MAYOR

a) Datos que se tienen

= . .

D= dimetro primitivo = 512.58 mm

Z= Zp x = 64 x 10 = 640

b) Material seleccionado

Acero AISI 1045 con una dureza Brinell Hb = 225

o Calculo de la carga tangencial

=

=.

. = .

o Calculo del modulo

=

c) Resistencia a la fatiga


=

{

.

}


o Factor de sobrecarga

= 1.25

o Calculo del paso diametral normal

Suponemos que el ngulo de la hlice es = 20

Suponemos que el ngulo de presin es = 20

= cos = 4 cos 20 = 3.75

o Factor de tamao

= 1

o Factor de distribucin de carga

= + ( + )

1 {1 ( sin )0.8 ( )

=

= {

.

. + .

=

.

=

. = .

= {1

1 < 0.175

1.1 1 0.175

=

= + + {

= . = .

= .

= .

=

= + (. + . )

= .

d) Factor dinmico


= (

+ )

= + ( )

= . ( )

Si: =

Calculamos la velocidad tangencial

=

==.

= .

=. .

= . /

Remplazando y calculando

= .

e) Ancho de cara

=

= . = . .

= .

f) Factor geomtrico

= .

Remplazando en la primera frmula de la flexin de AGMA

=

.

=. .

.

.

.

. = .


g) Calculo del admisible

=

Para el acero AISI 1045 el St es

= { 1 = 208.225 2 = 271.175

Escogemos el valor de:

= .

o Si el pin y el engrane tienen el mismo material y son para ciclos de

=

o Durante el trabajo los elementos estarn por debajo de los 120 C

=

o Para una confiabilidad del 0.9999

= .

Remplazando

=.

. = .

Comparando

El esfuerzo de flexin se encuentra dentro del esfuerzo admisible por lo cual se puede

considerar que el engrane resistir a la flexin


h) Resistencia al desgaste por picadura


= (

)

o Coeficiente elstico

= 191

o Factor de aplicacin

= = 1.25

o Factor de tamao

= = 1

o Factor de distribucin de cara

= = 1.1455

o Factor dinmico

= = 1.12

o Ancho de cara

= 24 0.944

o Factor geomtrico

=

{

{

=

= .


Remplazando en la primera frmula de la resistencia a la picadura de AGMA

= (

)

= (. .

.

.

. )

= .

i) Calculo del admisible

=

Para el acero AISI 4140 el Sc es

= { 1 = 699.5 2 = 779.25


=

o Recomendado por AGMA

= 1

o Si el pin y el engrane tienen el mismo material

= 1

o Para temperaturas menores de 120C

= 1

o Para una confiabilidad de 0.9999

= 1.5

Remplazando

= .


Comparando

El esfuerzo por contacto o resistencia a la picadura se encuentra dentro del esfuerzo

admisible por lo cual se puede considerar que el engrane resistir a la flexin

C. MEDIDAS DE DISEO DE LOS ENGRANAJES

a. Hallando dimetros primitivos:

Dp= Zxm

Asumimos como mdulo de trabajo = 4

Dp (pin) = m x Zp = 4 x 16= 76 mm

Dg (engrane) = m x Zg = 4 x 64 = 684 mm

Paso circular:

=

= = =

El paso diametral en los engranes es:

= .

= .

b. Distancia entre centros:

= +

=

+

= +

=

Dimetro del crculo de base: Considerando el ngulo de presin ( = )

= .

Segn tabla determinamos el adendum con un sistema de dientes recortados

a= 0.8 m =0.8 x 9 = 7.2 mm


Determinando el dimetro circular de paso:

Dp: 76 + 7.2 = 84.2 mm

Dg: 684 + 7.2 = 691.2mm

Reemplazando:

Para el pin: d = 84.2 cos20

= .

Para el engranaje: d = 684 cos20

= .

c. Paso circular base (Considerando el ngulo de presin ( = ))

=

= 31.41 20

= .

d. Calculando la relacin de contacto ( )

=

=.

. = .

e. Altura total de dientes:

Teniendo en cuenta el dedendum = 1.175 (10) = 11.75mm

= + = + . = .

f. Altura de trabajo:

= (. ) =

D. DATOS PARA EL PION

a. Determinamos el adendum:

=

. =

= .


b. Determinamos el dedendum:

=.

=.

. = .

=.

=.

. = .

c. Paso axial:

Con =15:

Pd= 31.41 Cos (15) = 30.24mm

d. Para 16 dientes:

Dimetro de paso del pin:

=

. = .

Entonces el paso axial ser

=

. ()= .

e. Ancho de cara:

= = (. ) = .

Se toma dimensin de 1mm, para asegurar la accin helicoidal entre los dos

engranajes

E. DATOS PARA EL ENGRANE

a. Determinando la geometra del engranaje

Relacin de velocidad: 4

Con =15

Dimetro de paso: Dgs = 0.52 x 4 = 2.08mm


Paso diametral: Pcd = 31.41mm

Pd= 31.41 Cos (20) = 30.24mm

Paso diametral normal:

Pdn= 31.41 Cos (20) = 30.24mm

Pdn = 30.24mm

b. Determinamos el adendum:

=

. = .

c. Determinamos el dedendum:

=.

=.

. = .

=.

=.

. = .

CARACTERISTICAS PION ENGRANE

Numero de dientes 16 64

P. d. ngulo de presin 31.41 mm 31.41 mm

Angulo de presin normal 20 20

Dimetro de paso 0.46 mm 2.08 mm

Paso diametral normal 30.24 mm 30.24 mm

Addendum 0.0318 mm 0.0318 mm

Dedendum 0.0368 mm 0.0368 mm

Relacin de velocidad 9.72 4

Ancho de cara 0.7754 mm 0.7754 mm


CALCULO DE EJES:

Tenemos el diagrama:

De acuerdo a un diagrama de fuerzas actuantes se descomponen sobre direccin radial y

tangencial para su mejor entendimiento.

PARA EL PIN:

Carga tangencial:

= 60

103 = 246,24


= 60 2.2

76 103 107.273= 246,24

Carga radial:

= () = 246.24 (20) = 89.62

Las fuerzas sobre el eje tenemos:

Considerando el eje simtrico, se puede deducir que en cada rodamiento se ejercern en

la mitad de las fuerzas generadas o concentradas en el pin.

Por lo q tenemos:

=

2=246.24

2 = 123.12

DISEO DEL PRIMER EJE:

Carga tangencial:

= 246.24

Carga radial:

= 89.62

Momento efectuado en el eje primario:

= (

) = 123.12 (

0.512 103

2) = 31.35


Roy= -123.12 N Rox=123.12 N

RBy=103.12 N RBx= -133.12 N

DIAGRAMA DE CARGAS

Y

89.62 N

0.15 0.15

X

204 N.m

ELEGIMOS EL MATERIAL SAE 1020

Su= 65000

Sy=38000


FACTORES

= + ( )

= + . (. )

= .

Dnde:

Kf: Factor de concentracin de esfuerzos por fatiga

Kfs= Factor de concentracin de esfuerzos geomtrico

= + ( )

= + . ( )

= .

DE LA FORMULA SE TIENE:

= {

(

+

)}

/

=

= .

= .

=

REMPLAZANDO:

= { .

(. .

+

)}

/

= .

FACTORES

= + ( )

= + . (. )

= .


Dnde:



= + ( )

= + . ( )

= .


= {

(

+

)}

/

=

= .

= .

=


= {

(

+

)}

/

= { .

(. .

+

)}

/

= .


LA FUERZAS EN ENGRANE MAYOR:

Carga tangencial:

= 60

103 = 246,24

= 60 2.2

76 103 107.273= 246,24

Carga radial:

= () = 246.24 (20) = 89.62

Las fuerzas sobre el eje tenemos:

Considerando el eje simtrico, se puede deducir que en cada rodamiento se ejercern en

la mitad de las fuerzas generadas o concentradas en el pin.

Por lo q tenemos:

=

2=246.24

2 = 123.12


RAy= 123.12 N RAx= -133.12 N

RFy= -103.12 N RFx= 123.12 N

DIAGRAMA DE CARGAS

Y

1043 N

0.15 0.15

X

172.83 N.m

ELEGIMOS EM MATERIAL SAE 1020

Su= 65000

Sy=38000

FACTORES


= + ( )

= + . (. )

= .

Dnde:



= + ( )

= + . ( )

= .


= {

(

+

)}

/

=

=. .

= .

=

REEMPLAZANDO:

= { .

(. .

+

)}

/

= .

FACTORES

= + ( )

= + . (. )

= .


Dnde:



= + ( )

= + . ( )

= .


= {

(

+

)}

/

= { .

(. .

+

)}

/

=

=. .

= .

=


= {

(

+

)}

/

= { .

(. .

+

)}

/

= .


SELECCIN DE RODAMIENTOS:

Seleccin de rodamientos de acuerdo al catalogo skf

RODAMIENTO NMERO 1 Y 2:

RODAMIENTO PARA EL PRIMER EJE 1: DERECHA

Se elige rodamiento de bola rgida para soportar cargas radiales

C: capacidad de carga dinmica

P: carga dinmica equivalente sobre el rodamiento

L: Duracin nominal en millones de revoluciones

P: exponente (rodamientos de bolas=3)

De acuerdo a tablas la capacidad del rodamiento 6303

Co=11600

Cmax.=23400

LH=10000 duracin del diseo

Ft=123.12 N tangencial

=123.33

11600

De acuerdo a tablas aproximadamente a 0.025 (e=0.22,x=0.56,y=2)

Determinando la carga equivalente:

P=xFr+yFt=0.56(103.12)+2(123.12)=303.98 N

= 60. 106. . = 10000 106 1750

10 = 1050

= 10

1

= 1050

13 = 10.16

DISEO DE ELEMENTOS DE MAQUINA Pgina 35

= 13 = 1050

13 303.98 = 3089.64

< 3089.64 < 23400

La carga dinmica calculada es menor a la carga dinmica del rodamiento tiene un valor

C=23400 N es satisfactorio.

Entonces seleccionaremos ROD 6305 d=47mm C=12.2

RODAMIENTO PARA EL PRIMER EJE 1: IZQUIERDA

Se elige rodamiento cnico para soportar cargas radiales






Co=6550

Cmax.=13500



=103.12

6550

De acuerdo a tablas aproximadamente a 0.025 (e=0.22, x=0.56,y=2)


P=xFr+yFt=0.56(123.12)+2(103.12)=275.18 N

= 60. 106. . = 10000 106 1750

10 = 1050


= 10

1

= 1050

13 = 10.16

= 13 = 1050

13 175.18 = 1780.52

< 1780.52 < 13500



Entonces seleccionaremos ROD 6305 d=62 mm C=17.3

N

RODAMIENTO d(mm) D(mm) B(mm)

VALORES DE

TABLA (N) C(KN) Co(KN)

SKF-6305 25 62 17 23400 17.3 11.4

SKF-6303 17 47 14 13500 12.2 7.8

RODAMIENTO NMERO 3 Y 4:

PARA EL EJE 2: DERECHA

Se elige rodamiento de bolas para soportar cargas radiales






Co=6550

Cmax.=13500


n=282.25 rpm



=133.12

6550= 0.02034



P=xFr+yFt=0.56 (123.12)+2(133.12)=303.98 N

= 60. 106. . = 10000 106 1750

10 = 1050

= 10

1

= 1050

13 = 10.16

= 13 = 1050

13 303.98 = 3089.64

< 3089.64 < 13500




PARA EL EJE 2: IZQUIERDA

Se elige rodamiento cnico para soportar cargas radiales y con dimetro







Co=6550

Cmax.=13500



=123.33

6550= 0.018



P=xFr+yFt=0.56 (103.12)+2(123.12)=303.98 N

= 60. 106. . = 10000 106 1750

10 = 1050

= 10

1

= 1050

13 = 10.16

= 13 = 1050

13 303.98 = 3089.64

< 3089.64 < 13500




N

RODAMIENTO d(mm) D(mm) B(mm)

VALORES DE

TABLA (N) C(KN) Co(KN)

SKF-6304 20 47 14 13500 12.2 7.8

SKF-6304 20 47 14 13500 12.2 7.8

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