rubrica diseño

45
DISEÑO DE ELEMENTOS DE MÁQUINA Diseño de Reductor de Velocidad Integrantes: León Terrazos, Jaime Cabrera Mares, Pablo Barzola Gavilán, Hugo Quiroz Leyva, Jimmy Profesor: Zevallos Chávez, Héctor Rodríguez Madrid Alejandro Martin Especialidad C13-4A Fecha de entrega: 01 de junio

description

diseño de engranajes

Transcript of rubrica diseño

DISEO DE ELEMENTOS DE MQUINADiseo de Reductor de Velocidad

Integrantes:

Len Terrazos, JaimeCabrera Mares, PabloBarzola Gaviln, HugoQuiroz Leyva, Jimmy

Profesor:Zevallos Chvez, HctorRodrguez Madrid Alejandro Martin

Especialidad

C13-4A

Fecha de entrega: 01 de junio

2015-1

INDICE

INTRODUCCION......................................................................................Pag.3OBJETIVOSPag.41.- DEFINICIN........................................................................................Pag.52.- Tipos de engranajes............................................................................Pag.63.-Definicin de rodamientos..............................................................................................Pag.74.-Definicin de un eje de transmicin......................................................Pag.81. Planteamiento del problema.........................Pg. 92. Desarrollo del problema.......Pg9-102. Diseo de engranajes......Pg. 11-193. Seleccin de material de Engranajes..Pg. 194 Diseo de ejesPg. 26-315 Ciclo de vida de los rodamientos.Pag324.conclusiones....Pg. 376. Bibliografa.Pg. 38

INTRODUCCION

En el presente trabajo se dar a conocer los procedimientos que se necesitan para disear una caja reductora que presenta cuatro engranajes , ejes con sus respectivos materiales, y el ciclo de vida de los rodamientos a utilizar , despus de realizar los respectivos clculos matemticos se empezar a disearlos en el programa inventor para as poder simular nuestro trabajo por medio de este software , para despus dirigirnos al Fab Lab y poder imprimir nuestros engranajes y el diseo de la caja reductora . Ya que ms adelante se le explicara con mayor detalle.

. OBJETIVOSObjetivos generales:

Disear mecanismos de acuerdo a requerimientos, utilizando software CAD/CAE. Seleccionar elementos normalizados, de acuerdo a criterios tcnicos. Realizar planos de fabricacin y ensamble, de acuerdo a normas tcnicas.

Objetivos especficos: Aplicar los conocimientos adquiridos en los cursos en el Diseo de Elementos de Mquinas y Resistencia de materiales para hallar las fuerzas a las que estn sometidos los componentes y designar los materiales apropiados para cada uno. Seleccionar y disear los elementos de mquinas del sistema de reduccin. Modelar los componentes diseados y el ensamble correspondiente, haciendo uso del Inventor Autodesk.

MARCO TERICO1.- DEFINICIN La caja reductora es un artefacto que convierte la energa motriz de un vehculo en mayor fuerza, reduciendo (como su nombre lo indica) la velocidad transmitida a las llantas para que las ruedas del vehculo adquieran ms fuerza. Por este motivo es que son ideales para conducir en superficies con escasa adherencia, con obstculos (montculos, huecos, etc.) y pendiente arriba.En la actualidad, la ms comn es la que usa un nmero determinado de engranajes, que bien podran ser cuatro o seis. stos reciben la energa proporcionada por el motor a tantos caballos de fuerza como est en capacidad de ofrecer. En seguida, la fuerza es transmitida a otro engranaje, el que a su vez la entrega a otro y, as, sucesivamente.A. EngranajesEngranaje es una rueda o cilindro dentado empleado para transmitir un movimiento giratorio o alternativo desde una parte de una mquina a otra. Un conjunto de dos o ms engranajes que transmite el movimiento de un eje a otro se denomina tren de engranajes. Los engranajes se utilizan sobre todo para transmitir movimiento giratorio, pero usando engranajes apropiados y piezas dentadas planas pueden transformar movimiento alternativo en giratorio y viceversa. Tipos de engranajes La principal clasificacin de los engranajes se efecta segn la disposicin de sus ejes de rotacin y segn los tipos de dentado. Segn estos criterios existen los siguientes tipos de engranajes: Ejes paralelos:

B. Cilndricos de dientes rectos.

C. Cilndricos de dientes helicoidales.

D. Doble helicoidales.

E. Helicoidales cruzados

F. Cnicos de dientes rectos.

G. Cnicos de dientes helicoidales2.1. TIPOS DE ENGRANAJES

Engranes rectos: son los de contorno cilndrico en el que los dientes son paralelos al eje de simetra del engrane. Un engrane cilndrico recto es la rueda dentada ms simple y de menor costo de fabricacin. Los engranes rectos, solo pueden conectarse si sus ejes de rotacin son paralelos.

Engranes helicoidales: En estas ruedas cilndricas, la configuracin de sus dientes es la de una hlice con un ngulo de orientacin y respecto al eje del engrane.

Engranes cnicos

Los engranajes cnicos tienen forma detronco de conoy permiten transmitir movimiento entre ejes que se cortan. Sus datos de clculo se encuentran en prontuarios especficos de mecanizado.

RODAMIENTOS

Un rodamiento es el cojinete que minimiza la friccin que se produce entre el eje y las piezas que estn conectadas a l. Esta pieza est formada por un par de cilindros concntricos, separados por una corona de rodillos o bolas que giran de manera libre.Existen diferentes clases de rodamientos de acuerdo al tipo de esfuerzo que deben soportar en su funcionamiento. Hay rodamientos axiales, radiales y axiales-radiales segn la direccin del esfuerzo.La composicin especfica de los rodamientos tambin vara de acuerdo a las necesidades. Hay rodamientos de rodillos, de bolas y de agujas, e incluso distintos tipos de rodamientos adentro de cada grupo.Los rodamientos rgidos de bolas (de diseo sencillo), los rodamientos de bolas a rtula, los rodamientos de una hilera de bolas, los rodamientos de agujas y los rodamientos de agujas de empuje son otros de los rodamientos que se emplean con frecuencia en diferentes mquinas, como los motores, las turbinas y los ventiladores.

Eje de transmisinEn ingeniera mecnica se conoce como eje de transmisin a todo objeto axisimtrico especialmente diseado para transmitir potencia. Estos elementos de mquinas constituyen una parte fundamental de las transmisiones mecnicas y son ampliamente utilizados en una gran diversidad de mquinas debido a su relativa simplicidad.En general, existen tres parmetros fundamentales para el diseo de los rboles de transmisin: su resistencia, su rigidez y su inercia de rotacin.Resistencia Esfuerzos y resistencia: Son funciones de la geometra local, como los concentradores de esfuerzos y de la distribucin de las fuerzas, adems de las fallas por fatiga.Debe ser suficientemente resistente como para soportar las tensiones mecnicas.Rigidez Deflexiones y rigidez: Son funciones de la geometra del rbol y de las deformaciones sufridas debido al estado de esfuerzos .InerciaEn el diseo de un rbol de transmisin se ha de tener en cuenta que este no tenga demasiada inercia, pues, de manera similar a la masa en un movimiento rectilneo, la inercia supone una oposicin a las variaciones de su velocidad angular, acumulando energa cintica y variando su momento angular.

Donde Te es el par de entrada que se comunica al rbol, Ts es el par de salida que el rbol comunica al mecanismo conducido por l, I es la inercia y es el la aceleracin angular

Planteamiento del problema

Disear y fabricar el prototipo a escala de una caja reductora de velocidad con engranajes rectos para las siguientes caractersticas:

Potencia de entrada: 20 HPRpm de entrada 2000 2500 rpm Rpm de salida: 75 rpmEl acople tanto en la entrada como en la salida ser con acoplamiento directo mximo dos trenes de engranajes.Los componentes del sistema debern cumplir con los estndares normalizados, pero al menor costo posible.Asuma con criterio tcnico las consideraciones que estime necesario para realizar la tarea encomendada.Las medidas mximas de la caja reductora: 40 x 30 x 20 cmMaterial disponible: madera prensada (MDF) de ; acrlico de 5 mm de espesorFabricacin: Mquinas de fabricacin digital shopbot CNC y cortadora laser

DESARROLLO DEL PROBLEMA

1. Identificaremos los datos que necesitaremos para desarrollar el problema.

Numero de dientes de los engranajes

Numero de dientes de los piones

Calcularemos el material de los engranajes

Calcularemos el material de los ejes

Se dibujara una caja reductora: 40 x 30 x 20 cm en inventor en escala 1 a 1

PROCESO DE DESARROLLO DEL CASODisear y fabricar el prototipo a escala de una caja reductora de velocidad con engranajes rectos para las siguientes caractersticas:

Potencia de entrada: 20 HP Rpm de entrada 2000 2500 rpm Rpm de salida: 75 rpm

Problemas datos:W. Engranaje = 2250rpmW. Salida = 75rpm Dimensiones = 40cm x 30cm x 20cm Largo X ancho X altura

Diseo de los pares de engranajes

a. Hallamos la potencia de diseo.Pd = P motor * K o

Factor de sobrecarga, Ko MAQUINA IMPULSADA

Fuente de potenciaUniformeChoque LigeroChoque moderadoChoque pesado

Uniforme1.001.251.501.75

Choque Ligero1.201.401.752.25

Choque Moderado1.301.702.002.75

Con la ayuda de la obtenemosKo = 1

Potencia de entrada 20HPFactor 1 Potencia de diseo = 20 X 1 =20HP

Segn la tabla de mott tenemos un mdulo de 2.5

Designacin:N = nmero de dientesW = revoluciones de dientes

Para darle un menor tamao, permitimos que ambos la misma reduccin.Mv= relacin de velocidad

::::> Asumimos el nmero de dientes para el pin es de 16, interferencia entre un pin de profundidad total con un Angulo de 200.

-Tabla 9.5-diseo de mquinas Norton 4ta edicin.

N1 = 16N2 = 16 = 87.63N3 = 16N4 = 87.63

1) Es aceptable con la relacin de transmisin los dientes son aceptables

2)2) Aceptable

Engrane 1Pin de entrada N1 = 16N1 = 16 N2 = 87N2 = iN1

W2 = 414.36rpmW3 = 414.36rpmW4 = 76.1rpmW1 = 2250rpm

PASO:P = m X = 2.5 X = 7.85

DIAMETRO PRIMITIVO:D.pri= 16 X 2.5 = 40mm

DIAMETRO EXTERIOR:D.ext= D.pri+2m = 40+2(2.5) = 45

DIAMETRO INTERIOR:D.int = D.pri 2(m+c)D.int = 40-2(2.5+0.4175) = 34,167C = 0.167(2.5) = 0.4175

ALTURA DIENTE:H = 2(2.5)+0.4175

CABEZADEL DIENTE:Ha = 2.5

PIE DEL DIENTE:Hf = 2.5+0.4175Hf = 2.9175

Engrane 2PASO:P = m X = 2.5 X = 7.85

DIAMETRO PRIMITIVO:D.pri= 87 X 2.5 = 217.5mm

DIAMETRO EXTERIOR:D.ext= D.pri+2m = 217.5+2(2.5) = 222.5

DIAMETRO INTERIOR:D.int = D.pri 2(m+c)D.int = 222.5-2(2.5+0.4175) = 216.66

ALTURA DIENTE:H = 2(2.5)+0.4175H = 5.4175

CABEZADEL DIENTE:Ha = 2.5PIE DEL DIENTE:Hf = 2.5+0.4175Hf = 2.9175

Los engranajes 3 y 4 son iguales al 1 y 2distancia entre centros

C = 128.75

ENGRANE 1Potencia de diseo = 20 (1) = 20 HP

Velocidad tangencial

Fuerza tangencial

Fuerza Radial:

ENGRANE 2

Velocidad tangencial

Fuerza tangencial

Fuerza Radial:

Hallando el torque: P =

ENGRANE 3:

Velocidad tangencial

Fuerza tangencial

Fuerza Radial:

Hallando el torque: P =

ENGRANE 4:Velocidad Tangencial:

Fuerza Tangencial:

Fuerza Radial:

Seleccin de material de EngranajesPara el primer trenDonde: Carga transmitida Wt = 3168N Factor de SobrecargaKO = 1 Ancho de cara F = 30 mm. Mdulo m = 2,5 Factor de sobrecarga (Ko)Factor de Tamao (KS)

KS = 1Factor de Distribucin de Carga (Km)

Donde:

Factor de proporcin del pin CPFCuando 1 F < 150.412 Factor de alineamiento del engranado Cma

= 1,0 + 0,412 + 0,502 = 1.914

Km = 1.914Factor de espesor de orilla (Kb)

Kb = 1Factor Dinmico (Kv)Qv: Indica la exactitud en la transmisin. De 3 a 7, incluye la mayora de engranajes comerciales. En este caso elegimos un valor de 6 para nuestro Qv. Qv = 6

A = 50 + 56 (1 B) A = 59,8

Vt = 19,71 Kv = 1,8

Factor Geomtrico ( J )Hallamos el factor geomtrico en la figura 2-8, teniendo como entrada el nmero de dientes del pin (27 dtes.) y el del engrane conectado (81 dtes.)

Factor J de Geometra Factor Geomtrico J = 0,27Remplazamos y hallamos el esfuerzo de flexin:

Donde: Carga transmitida Wt1 = 3168 N Factor de Sobrecarga KO = 1 Ancho de cara F = 30 mm Mdulo m = 2,5 Factor de Tamao Ks = 1 Factor de Distribucin de Carga Km =1,914 Factor Dinmico Kv = 1,8 Factor Geomtrico J = 0,27

Finalmente obtenemos que:

b. Finalmente se procede a seleccionar el material del engranaje.

N=Factor de seguridad El factor de seguridad se determina como 4 ya que el engrane estar sometido a fuerzas dinmicas

Se busc cual es el tren que tiene mayor esfuerzo de flexin para para escoger el material adecuado, resulto ser el primer tren por lo tanto el material a seleccionar para los engranajes fue AISI 4140 Aceros al carbn y aleados.

Tabla de Robert L. mott. 4ta edicin, pag. A-7 (apndice)Para el segundo tren de engranajes:

Donde: Carga transmitida Wt = 1678 N Factor de Sobrecarga KO = 1 Mdulo m = 2,5 Factor de Tamao Ks = 1 Factor de Distribucin de Carga Km =1,852 Factor Dinmico Kv = 1,8 Factor Geomtrico J = 0.27 Fuerza de Flexin

Finalmente obtenemos que: ANCHO DE CARA para el SEGUNDO tren de engranajes.

Finalmente obtenemos que:

c. Finalmente se procede a seleccionar el material del engranaje.

N=Factor de seguridad El factor de seguridad se determina como 4 ya que el engrane estar sometido a fuerzas dinmicas

Diseo de ejes

Eje numero 1

46.75 31.65 46.7523

16578

R24 R1

R R2x

49Nm

26 18 Nm

1879 1879

R1Y (69.775) = 3162 (23) R1X (69.75) = 1153 (23) R1Y = 1043 N R1X = 386 NR2Y = 2119 N R2X = 767 N

CALCULO DEL DIAMETRO:V1 = Fuerza del dimetroV1 = V1 = 1112 ND1 =D1 = 10 mm

V2 = V2 = 2254 ND2 =D2 = 14 mm = Dimetro del rodamiento

EN B:MB = D = D = 30mmMaterial utilizado para el 1 y 3 eje fue AISI 1417 Eje numero 2 16578 A46.75mm 93.5mm 46.75mm 31.68 Rxy Rzy 4936.5 R1y=1768.5 A B C D 11641.5 544 Nm 83 Nm

A B C D

454 Nm| A B C D

16578 A46.75mm 93.5mm 46.75mm 31.68 Rxy Rzy R1y=2473.25 A B C D 5113.75 239.06 Nm 116 Nm

A B C D

416 Nm| A B C D

CALCULO DEL DIAMETRO:V1 = Fuerza del dimetroV1 = V1 = 3040D1 =D1 = 12.8 mmV2 = V2 = 12715ND2 =D2 = 20 mm = Dimetro del rodamientoEN B:MB = D = D = 30mm

EN C:MB = D = D = 35mm Eje numero 3

23 46.75 23 46.75

16578

R24 R1

R R2x

93

26 1879 1879

Eje 3: = a =4194=19 mm

D1= 19 mm=b= 15594=37mmD3 = 37 mm = Dimetro del rodamiento = c =97

D= 47mm del eje

Material seleccionado para el segundo eje o eje intermedio es de AISI 3140 OQT 700

Ciclo de vida de los rodamientosPara nuestros clculos consideraremos 3000 horas de trabajo.Primer eje

Una vez encontrando la capacidad de carga bsica dinmica (c) nos dirigimos al catlogo de SKF y seleccionamos al rodamiento 6403.

Segundo eje

Una vez encontrando la capacidad de carga bsica dinmica (c) nos dirigimos al catlogo de SKF y seleccionamos al rodamiento 6407.

Tercer eje

Una vez encontrando la capacidad de carga bsica dinmica (c) nos dirigimos al catlogo de SKF y seleccionamos al rodamiento 6408-Z.Seleccin del canal chavetero

Para el canal chavetero tanto del cubo del engranaje como el eje ambos se dimensionan respecto al dimetro del eje. Para hallar las dimensiones se hallan con la siguiente tabla

Para el canal chavetero se usa la tabla mostrada, del cual utilizamos 2 medidas diferentes segn el dimetro de nuestros ejes.Para el eje 1 y 2 se utilizara un canal chavetero de 10x8 mm.Para el eje 3 se utilizara un canal chavetero de 14x9 mm.

Conclusiones

Se analiz el sistema de reduccin de velocidad mediante los datos dados, potencia, velocidad de entrada y velocidad de salida.

Se realiz dos anlisis de fuerzas a los ejes tanto como de las fuerzas radiales como las fuerzas tangenciales para luego poder sacar una resultante y saber los dimetros correspondientes.

Para el sistema envolvente de profundidad total a 20, si utiliza no menos de 16 dientes asegurar que no se genere interferencia.

Se realiz el ensamble de todos los elementos del reductor de velocidad con el software Inventor, de acuerdo a normas tcnicas.

Si un diseo que se propone se encuentra con interferencia, existen varios mtodos para lograr que funcione. No obstante, hay que tener cuidado porque cambia la forma de los dientes o la alineacin de los engranes que embonan, lo que da origen a que el anlisis en cuanto a esfuerzo o tensin y desgaste sea poco preciso. Con esto en mente, el diseador puede pensar en reducir dimensiones, modificar la cabeza en el pin o en el engrane, o bien, modificar la distancia central.

Bibliografa

DISEO EN INGENIERA MECNICA DE SHIGLEY, octava edicin, Ed. Mc Graw Hill, Richard G. Budynas y J. Keith Nisbett

DISEOS DE ELEMENTOS DE MAQUINAS de Robert E. Mott, Cuarta Edicin, Ed. Pearson

Diseo.de.Maquinaria.4ed.Norton_Decrypted-FL

Tecsup (2014). Diseo de elementos de mquinas. Per

www.skf.com/co/index.html