DISEO Y CALCULO DE UN REDUCTOR DE VELOCIDAD TRANSVERSAL

I INTRODUCCION.-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 motorreductores, 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. Rara vez las mquinas funcionan de acuerdo con las velocidades que les ofrece el motor, por ejemplo, a 1.800, 1.600 o 3.600 revoluciones por minuto. La funcin de un motorreductor es disminuir esta velocidad a los motores (50, 60, 100 rpm) y permitir el eficiente funcionamiento de las mquinas, agregndole por otro lado potencia y fuerza.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 motorreductores, las mquinas pueden presentar fallas y deficienciasen 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.Rara vez las mquinas funcionan de acuerdo con las velocidades que les ofrece el motor, por ejemplo, a 1.800, 1.600 o 3.600 revoluciones por minuto. La funcin de un motorreductor es disminuir esta velocidad a los motores (50, 60, 100 rpm) y permitir el eficiente funcionamiento de las mquinas, agregndole por otro lado potencia y fuerza.

CARACTERISTICAS DEL REDUCTOR O MOTORREDUCTOR TAMAO

Potencia, en HP, de entrada y de salida. Velocidad, en RPM, de entrada y de salida. PAR (o torque), a la salida del mismo, en KG/m. Relacin de reduccin: ndice que detalla la relacin entre las RPM de entrada y salida.

CARACTERISTICAS DEL TRABAJO A REALIZAR

- Tipo de mquina motriz. - Tipos de acoplamiento entre mquina motriz, reductor y salida de carga. - Carga: uniforme, discontinua, con choque, con embrague, etc. - Duracin de servicio: horas/da. - N de Arranques/hora.

Tipos de engranajes:

Engranajes rectos: Tienen forma cilndrica y funcionan sobre ejes paralelos. Los dientes son rectos yparalelos a los ejes. Cremallera recta: Un engranaje recto que time dientes rectos los cuales forman ngulos rectos con ladireccin del movimiento. Engranes helicoidales: Un engranaje helicoidal de forma cilndrica y dientes helicoidales. Losengranajes helicoidales paralelos operan sobre ejes paralelos y, cuando ambos son externos, lashlices tienen sentido contrario. Engranes con dientes helicoidales angulares: Cada uno de ellos tienen dientes helicoidales con hlicehacia la derecha y hacia la izquierda, y operan sobre ejes paralelos. Estos engranajes tambin seconocen como de espinas de pescado. Engranes con hlices cruzadas: Estos engranajes operan sobre ejes cruzados y pueden tener dientescon el mismo sentido o con sentido opuesto. El trmino de engranajes de hlices cruzadas hareemplazado el antiguo de engranaje en espiral. Engranes de tornillo sin fin: Es el engranaje que se acopla a un tomillo sin fin. Se dice que unengranaje de un tomillo sin fin que se acopla a un tomillo de este tipo cilndrico es de una solaenvolvente. Engranes con tomillo sin fin cilndrico: Es una forma de engranaje helicoidal que se acopla a unengranaje de tornillo sin fin. Engranes de tornillo sin fin de doble envolvente: Este comprende tomillos albardillados sin fin, acopladoa un engranaje de tomillo sin fin. Engranes cnicos: Tienen forma cnica y operan sobre ejes que se interceptan y forman por lo comnngulos rectos. Engranes cnicos rectos: Estos engranajes tienen elementos rectos de los dientes los cuales si seprolongaran, pasaran por el punto de interseccin de los ejes.

Ventajas

Las transmisiones de engranajes encerrados vendidas por los fabricantes ofrecen varias ventajas sobre los dispositivos abiertos de transmisin de potencia: Seguridad, proteccin contra las partes mviles. Retencin del lubricante. Proteccin contra el medio ambiente. Economa de la fabricacin en cantidades grandes.

1.1 JUSTIFICACION.-

Diseo de un mecanismo que nos permita reducir la velocidad de salida de un motor elctrico y a la vez aumentar el par torsor; segn las necesidades del cliente. (Potencia, relacin de velocidad y factor de servicio)

1.2 OBJETIVO.-El presente proyecto tiene como objetivo disear un reductor de Velocidad con ejes transversales ortogonales que tendr un motor elctrico como impulsor y impulsa a una maquina de cinta de transporte de equipo pesado. Decidir las funciones detalladas y los requisitos para disear un reductor de velocidad, seguro y durable que pueda reducir los costos de fabricacin de maquinaria y accesorios que necesiten de ciertas caractersticas especficas. (Potencia relacin de velocidad y factor de servicio). Determinar el diseo de cada elemento con detalle. Trazando adems dibujos de conjunto y de detalles para comunicar el diseo a otros que lo puedan consultar.

2 MARCO TEORICO2.1 DESCRIPCION DEL PROYECTOSe require disear un reductor de Velocidad con ejes transversales ortogonales que impulsara a una maquina de cinta transportadora de equipo pesado.En todo tipo de industria siempre se requiere de equipos, cuya funcin es variar las r.p.m. de entrada, que por lo general son mayores de 1200, entregando a la salida un menor nmero de r.p.m., sin sacrificar de manera notoria la potencia. Esto se logra por medio de los reductores y motorreductores de velocidad.

2.1.1 UBICACIN Y ORIENTACIONESPECIFICACION DEL PROYECTO:En esta parte se aclaran las especificaciones del Reductor de Velocidad a las cuales va estar trabajando, sirven para dar un margen o un rango para que el equipo no sea trabajado en condiciones muy diferentes a estas y por consecuencia el equipo tenga una mayor vida de trabajo y se desempee lo mejor posible dentro del campo Industrial y por lo tanto genere ms ganancias para quien o quienes lo estn ocupando.Las Especificaciones son las siguientes:

Datos de Diseo

1Potencia a Transmitir 17 hp

2Velocidad de Salida del Reductor 120 rpm

CAPITULO III3 INGENIERIA DEL PROYECTO.-SELECCIN DEL MOTOR ELECTRICO POR CATALOGO

Potencia del Motor

P= 17 hp

Potencia Modificada

P= 20 hp

Tabulacin de ResultadosNormaFrecuenciaVoltaje nominalPolosPotenciaCarcasaIp / InPar de arranquePar mxima

HP (cv)

IEC50 Hz220/380V220.00160LCarcasa Superior8.0260%330%

Momento de inerciaTiempo de rotor bloqueadoPesoNivel de ruidoFactor de SevicioRotacin nominalEficiencia (%)Factor de Potencia

50%75%100%50%75%100%

148217.40451 sq.ft.lb12 s262 lb67 dB(A)1.002950 rpm91.592.592.90.710.810.86

Corriente nominalAltitudRgimenTemperatura AmbienteProteccin

49.3/28.5 A1000 mS1-20C - +40CIPW55

Motor tipo W22 Carcasa de Hierro Gris - Premium Efficiency - IE3

Dimensiones del Motor Elctrico

POTENCIA REQUERIDA=

Factores de sobrecarga (Ko)

Maquina Impulsada

Fuente de PotenciaUniformeChoque Ligero Choque Moderado Choque Pesado

Uniforme 1.001.251.501.75

Choque Ligero 1.201.401.752.25

Choque Moderado 1.301.702.002.75

= 20 hp

= 20* 1.5 = 30 hp

VALOR DEL TREN.-TV = (VR1) (VR2) (VR3) = (n1/n2) (n2/n3) (n3/n4) = 24.346Calculo: (VR1)= 3.7(VR1)= (n1/n2) n2 = 790 rpm (VR2)= 2.8 (VR2)= (n2/n3) n3 = 282 rpmElementos de Maquina II (MEC- 263) Ingeniera Mecnica

(VR3)= (n3/n4) (VR3) = 2.3 Donde la entrada a la caja reductora de la Catarina calculada (2925 rpm):n1 = 2925 rpm (Nmero de revoluciones del eje de entrada) n2 = 790rpm (Nmero de revoluciones del eje intermedio)n3 = 282 rpm (Nmero de revoluciones del eje intermedio)

n4 = 120 rpm (Nmero de revoluciones del eje de salida)VR1 = 3.7 (Relacin de velocidades del primer tren)VR2 = 2.8 (Relacin de velocidades del segundo tren)VR3 = 2.35 (Relacin de velocidades del segundo tren)

DISEO DE ENGRANES (CLCULOS)

GEOMETRIA, CALCULOS Y DISEO

PRIMER TREN (ENGRANES CONICO RECTO)

De acuerdo a la norma AGMA clculos para el EJE PIN:

Resultados

Result

Actual output speedng=961.644 rpm

Actual number of gear teethNg=73

Gear ratiomg=3.042

Qualty numberQv=11.000

Geometry parameters

PinionGear

Pitch diameterD=2.6678.111in

Pitch cone angle=18.19971.801

Outer cone distanceA0=4.269 in

Face widthF=1.280 in

Mean cone distanceAm=3.629 in

Mean circular pitchPm=0.297 in

Mean working depthh=0.189 in

Clearancec=0.024 in

Mean whole depthhm=0.213 in

Mean addendum factorc1=0.241 in

PinionGear

Mean addenduma=0.1430.046in

Mean dedendumb=0.0690.167in

Dedendum angle=1.0922.634

Outer addendumao=0.1730.058 in

Outside diameterdo=2.9958.147 in

Bending geometry factorJ=0.2730.232

Pitting geometry factorI=0.092

Force and speed factors

Torque on the pinionTp=430.769 lbf.in

Tang., WtRadial, WrAxial,Wx

Forces on the pinionW=380.052 131.408 43.203lbf

Pitch line speedvt=2042.035ft/min

Dynamic factorKv=0.957

Size factorKs=1.000

PinionGear

Number of load cycleNc=3.5e+0091.2e+009

Bending stress cycle factorYn=0.9170.935

Pitting stress cycle factorZn=0.8740.897

Expected bending stressSt=23488.81527591.808psi

Expected contact stressSc=78364.34578364.345psi

Allowable bending stress numberSat=25619.57729504.727psi

Allowable contact stress numberSac=89671.02587405.863psi

Note

After computing the values for allowable bending stress number and for allowable

contact stress number, you should go to the data in AGMA Standard 2001-C95, to

select a suitable material. Consider first whether the material should be steel,

cast iron, bronze, or plastic. Then consult the related tables of data.

For instance use through-hardened steel with hardness, HB

PinionGear

Grade 1= 188.109216.103

Grade 2= 180.000180.000

Material:

PionEngrane

Sc = 78364.34578.3 KsiSt= 23488.81523.5 Ksi

Sac= 89671.02589.7 KsiSat= 25619.57725.6 Ksi

AISI 4140 Recocido AISI 4340 Recocido

HB= 197HB=217

SEGUNDO TREN (ENGRANES HELICOIDALES)

Figura 3. Geometra de un engrane helicoidal

De acuerdo a la norma AGMA clculos para el EJE PIN:

Resultados

Results

Diametral pitchPd= 7.250 teeth/in

Transverse pressure anglet= 21.880

Actual output speedng= 391.322 rpm

Actual number of gear teethNg= 59

Gear ratiomg= 2.458

Qualty numberQv= 9.000

Geometry parameters

PinionGear

Pitch diameterD= 3.3108.137

Outside diameterDo= 3.5868.413

Root diametersDr= 2.9657.793

Base circle diameterDb= 3.072 7.551

Addenduma= 0.138 in

Dedendumb= 0.172 in

Clearancec= 0.031 in

Circular pitchp= 0.433 in

Normal circular pitchPn= 0.393 in

Axial pitchPx= 0.929 in

Whole depthht= 0.310 in

Working depthhk= 0.276 in

Tooth thicknesst= 0.196 in

Center distanceC= 5.724 in

Fillet radius in basic rackrf= 0.041 in

Force and speed factors

Pitch line speedvt= 833.661 ft/min

Tangential forceWt= 791.371 lbf

Normal forceWn= 929.220 lbf

Radial forceWr= 317.812 lbf

Axial forceWx= 369.022 lbf

Size factorKs= 1.000

Load distribution factorKm= 1.320

Dynamic factorKv= 1.180

Face width/Axial pitchF/Px= 2.000

PinionGear

Rim thickness factorKb= 1.0001.000

Number of load cycleNc= 1.2e+0094.7e+008

Bending stress cycle factorYn= 0.9350.950

Pitting stress cycle factorZn= 0.8970.915

Expected bending stressSt= 13873.85812438.632

Expected contact stressSc= 89616.90189616.901

Allowable bending stress numberSat= 14835.82113089.815

Allowable contact stress numberSac= 99957.56897910.877

Note

After computing the values for allowable bending stress number and for allowable

contact stress number, you should go to the data in AGMA Standard 2001-C95, to

select a suitable material. Consider first whether the material should be steel,

cast iron, bronze, or plastic. Then consult the related tables of data.

For instance use through-hardened steel with hardness, HB

PinionGear

Grade 1 220.055 188.131

Grade 2 213.698 182.266

Material:

PionEngrane

Sc = 89616.90189.6 KsiSt= 12438.63212.4 Ksi

Sac= 99957.56899.9 KsiSat= 13089.81513 Ksi

AISI 4140 OQT 1300 AISI 6150 Recocido

HB= 235HB=197

TERCER TREN (ENGRANES HELICOIDALES)

Resultados:

Results

Diametral pitchPd= 6.344 teeth/in

Transverse pressure anglet= 21.880

Actual output speedng= 120.000 rpm

Actual number of gear teethNg= 91

Gear ratiomg= 3.250

Qualty numberQv= 7.000

Geometry parameters

PinionGear

Pitch diameterD= 4.41414.344

Outside diameterDo= 4.72914.659

Root diametersDr= 4.01913.950

Base circle diameterDb= 4.09613.311

Addenduma= 0.158 in

Dedendumb= 0.197 in

Clearancec= 0.036 in

Circular pitchp= 0.495 in

Normal circular pitchPn= 0.449 in

Axial pitchPx= 1.062 in

Whole depthht= 0.355 in

Working depthhk= 0.315 in

Tooth thicknesst= 0.224 in

Center distanceC= 9.379 in

Fillet radius in basic rackrf= 0.047 in

Force and speed factors

Pitch line speedvt= 450.627 ft/min

Tangential forceWt= 1464.036 lbf

Normal forceWn= 1719.056 lbf

Radial forceWr= 587.952 lbf

Axial forceWx= 682.691 lbf

Size factorKs= 1.000

Load distribution factorKm= 1.319

Dynamic factorKv= 1.229

PinionGear

Rim thickness factorKb= 1.0001.000

Number of load cycleNc= 4.7e+0081.4e+008

Bending stress cycle factorYn= 0.9500.970

Pitting stress cycle factorZn= 0.9150.941

Expected bending stressSt= 23644.50719345.505

Expected contact stressSc= 96750.58996750.589

Allowable bending stress numberSat= 24880.83819934.406

Allowable contact stress numberSac= 1.057e+0051.029e+005

Note

After computing the values for allowable bending stress number and for allowable

contact stress number, you should go to the data in AGMA Standard 2001-C95, to

select a suitable material. Consider first whether the material should be steel,

cast iron, bronze, or plastic. Then consult the related tables of data.

For instance use through-hardened steel with hardness, HB

PinionGear

Grade 1 237.878 204.575

Grade 2 229.098 196.475

Material :

PionEngrane

Sc = 96750.58996.7 KsiSt=23644.50723.6 Ksi

Sac= 1.057e+005100.5 KsiSat= 24880.83824.8 Ksi

AISI 6150 OQT 1300 AISI 6150 Recocido

HB= 241HB=212

CALCULO DE LAS DIMENSIONES DE LA CAJA DEL REDUCTOR

C=C= Distancia entre centros Dw= Dimetro de paso del pin Dg= Dimetro de paso del engrane

Primer Tramo:C1= 5.725 in

Segundo Tramo: C2=5.724 in

Tramo Total: Ct= C1+C2Ct= 15.103 in

DISEO DE EJES

CALCULO DE LAS FUERZAS DE PION Y ENGRANE (PRIMER TREN)

ANALISIS DE FUERZAS

Primer Par ( Engranes Conicos)

Wt= 380.052 lb

Wr = 131.408 lb

Wx= 43.203 lb

T= 430.8 lbpulg

Wtp= Wtg

Wxp= Wtg

Wrp= Wxg

MaterialMaterialAISI 1144OQT1000

Mdulo de elasticidadE29700000 lpc

Mdulo de rigidezG11400000 lpc

Densidad491 lbmasa/pie^3

Incluir

SDensidad491 lbmasa/pie^3

SCoeficiente de desplazamiento cortante1,188 su

Nmero de divisiones1000,000 su

Propiedades del clculo

Cargas

UbicacinFuerza radialMomento flectorCarga continuaFuerza axialPar de torsinFlexinngulo de flexin

YXTamaoDireccinYXTamaoDireccinYXTamaoDireccinLongitudYXTamaoDireccin

10,38791 in430,769 librafuerza pie23,281 in23,281 in0,00 gr

20,38791 in-430,769 librafuerza pie23,281 in23,281 in0,00 gr

38,83791 in-43,203 librafuerza104,864 in104,864 in0,01 gr

48,83791 in-131,4 librafuerza-131,408 librafuerza104,864 in104,864 in0,01 gr

SoportesndiceTipoUbicacinFuerza de reaccinElasticidadTipoFlexinngulo de flexin

YXTamaoDireccinFuerza axialYXTamaoDireccin

1Fijo4,035 in34,106 librafuerza34,106 librafuerza-43,203 librafuerzaUsuario-0,001 in0,001 in180,00 gr0,00 gr

2Libre7,9 in-162,262 librafuerza162,262 librafuerza180,00 grUsuario-0,001 in0,001 in180,00 gr0,00 gr

Resultados

LongitudL9,411 in

MasaMasa3,251 lbmasa

Tensin de plegado mximaB3597,024 lpc

Tensin de corte mximaS451,274 lpc

Tensin de torsin mxima0,000 lpc

Tensin mximaT148,419 lpc

Tensin reducida mximared3826,071 lpc

Flexin mximafmx189,573 in

ngulo de torsin0,00 gr

Vista preliminar

(V) (M)

(D)

CALCULO DE LAS FUERZAS DE PION Y ENGRANE (SEGUNDO TREN)

Segundo Par ( Engranes Helicoidales)

Wt= 791.371 lb

Wr = 317.812 lb

Wx= 369.022 lb

Wn= 929.220 lb

3.1 NORMATIVA.-3.2 DISEO.-3.3 CONDISIONES Y CONSIDERACIONES.-4 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES5 BIBLIOGRAFIA6 ANEXOS PLANOS