REDUCTOR DE VELOCIDADES

INTRODUCCIN

Toda mquina cuyo movimiento sea generado por un motor (ya sea elctrico, de explosin u otro) necesita que la velocidad de dicho motor se adapte a la velocidad necesaria para el buen funcionamiento de la mquina. Adems de esta adaptacin de velocidad, se deben contemplar otros factores como la potencia mecnica a transmitir, la potencia trmica, rendimientos mecnicos (estticos y dinmicos).El diseo de un sistema de potencia contempla, el diseo de cada uno de los elementos que conforman dicho sistema. Para lo cual es necesario especificar cada dimensin y llevar a cabo un anlisis de las cargas que actan sobre cada uno de estos elementos. Hay que recordar que los elementos trabajan en conjunto por lo tanto estos elementos no son independientes lo que quiere decir que el anlisis que se realice depender de las fuerzas que actan sobre otro elemento.Este proyecto trata de un reductor de velocidades basndose en un sistema de engranes planetarios. Analizando todos los parmetros necesarios de diseos, caractersticas especficas de materiales y tratamientos que podamos aplicar para as conseguir nuestro propsito que es reducir la velocidad. Este proyecto lo estaremos realizando con la finalidad de poner en prctica los conocimientos que obtuvimos durante el desarrollo del curso aplicndolo en un caso de la vida real.

CARACTERISTICAS DEL DISEO

I. ESPECIFICACIONES DE NUESTRO DISEORequisitos de diseo:1- Potencia que debe entregarse: 4hp.2- Velocidad de Entrada: 1200 rpm.3- Relacin de velocidad de 8:1.4- Eje de Salida y Entrada en Lnea.5- Operacin Continua.6- Vida de 6aos, con 24 horas/da, 5 das/semana.II. ESPECIFICACIONES BASE DEL DISEO 1- Potencia: 4hp.2- Eficiencia de potencia: >95.3- Velocidad de Entrada de Estado Estable: 1200 rpm.4- Velocidad de Entrada Mxima: ?5- Velocidad de Salida de Estado Estable: 150 rpm.6- Nivel de impacto: sin choque7- Los ejes se extienden 4 pulg fuera de la caja de engranes.8- Tolerancia en el dimetro de los ejes de entrada y salida: 0.001pulg.9- Eje de Salida y eje de Entrada en Lnea: concentricidad 0.005pulg, alineacin 0.001rad10- Tamao mximo de la caja de engranes: Base: 21.5 X 22 Altura: 25

Estos datos los obtuvimos de un problema parecido y los utilizamos para guiarnos en cuanto a los resultados de los clculos. Sern los valores a los que esperamos acercarnos.

11- Base montada sobre 4 pernos.12- Cargas permisibles mximas sobre el eje de entrada y salida: Axial, 50 lbf; transversal,500 lbf13- Hay 2 cojinetes en cada eje, separados 6 pulg.14- Ciclo de Operacin: 100%15- Programa de Mantenimiento: Revisin de Lubricacin: cada 2000 h Cambio de Lubricante: cada 8000 h de operacin. Vida de engranajes y cojinetes: > 12000 horas Vida del eje: infinita Engranajes, cojinetes y ejes reemplazables. Acceso a la revisin, drenaje y rellenado del lubricante sin desensamblar o abrir las juntas empaquetadas Sellado contra agua y polvo ambiental Ruido < 85 dB desde un metro.

DISEO CALCULOS Y SELECCIN DE PARAMETROS

I. VELOCIDAD DE SALIDA Utilizando la relacin que nos pide el diseo de 8:1 y como tenemos la velocidad de entrada podemos empezar calculando nuestra velocidad de salida:

II. ENGRANESLos engranes son elementos utilizados para transmitir movimiento o potencia dentro de una mquina, estos estn formados por ruedas dentadas las cuales estn acopladas por medio de los dientes en la cual una un engrane impulsa otro engrane que puede ser mayor igual o menor. Debido condicin del tamao de los engranes es que es posible disminuir o aumentar la velocidad en la mquina. La importancia en de este elemento en las mquinas de reduccin de velocidad es que por medio de los engranes se puede transmitir la velocidad de un eje a otro eje situado en un lugar distinto. El diseo de estos elementos requiere prestar especial atencin en las cargas de flexin y las cargas de desgastes. Se tiene que mencionar que para ello se requieren una serie de procedimientos en los cuales se contemplan una serie de factores. En el caso un sistema de engranes planetarios estos tres engranes se encuentran en el interior de un engrane de corona los cuales rotan uno sobre el otro.

a. Paso DiametralTodos los engranes deben tener el mismo paso diametral. Siendo Y el valor de la altura global de la caja

Donde es la altura agregada de los dientes de los engranes

El mnimo espacio que se permite es de 3.5 pulg/dientePero solo con un P= 8 dientes/pulg dan valores razonables para los dimetros de los engranes.

b. Para Np=16 dientes Ns=128dientes

Factor de forma Dientes Stub a 20c. Usando SAE 10-30

CD Engranajes

Pin

El pin es el ms dbil, por ende es el que va a sufrir las fallas. Por esta razn disearemos en base al Pin (engrane planetario).

d. Momento de Torsin

e. Esfuerzo Permisible

f. Esfuerzo Producido

g. Ancho de Cara

Es de 3 a 5 veces el paso circular

h. Verificacin de las Cargas Dinmicas, de Desgaste y de Flexin

Con un error de diente de: 0.002 (Engranajes comerciales de primera clase) 0.001 (Engranajes tallados cuidadosamente)No funcionan as que usamos engranajes de precisin0.0005pulg (de error del diente) C=860* Hay que aplicar un tratamiento al pin para que no falle por desgaste. En este caso elegimos endurecimiento por nitruracin. Lanitruracines un tratamiento trmico que se le da alacero. El proceso modifica su composicin aadiendonitrgenomientras es calentado. El resultado es un incremento de ladurezasuperficial de las piezas. Tambin aumenta la resistencia a lacorrosiny a lafatiga. Una variante de este tratamiento, es elproceso tenifer. La nitruracin se aplica principalmente a piezas que son sometidas regularmente a grandes fuerzas de rozamiento y de carga, tales como pistas de rodamientos, camisas de cilindros, rboles de levas, engranajes sin fin, etc. Estas aplicaciones requieren que la piezas tengan un ncleo con cierta plasticidad, que absorba golpes y vibraciones, y una superficie de gran dureza que resista la friccin y el desgaste.

III. EJESTambin conocidos como flechas son elementos, por lo general, de seccin transversal circular, los cuales son empleados para transmitir potencia o movimiento entre distintos elementos mecnicos, como por ejemplo engranes, poleas, manivelas, ruedas dentadas volantes de inercia entre otros. A la hora de su diseo se tienen que tomar en cuenta los siguientes puntos: seleccin del material, configuracin de su geometra, esfuerzo y resistencia esttica y resistencia por fatiga a los cuales estar sometido, rigidez y deflexin; entre las cuales hay que contemplar la deflexin por flexin, deflexin por torsin, la pendiente en los cojinetes y los elementos que son soportados por el eje y la deflexin por cortante debida a cargas transversales las cuales se dan con ms frecuencia en ejes cortos y por ultimo vibraciones debido a la frecuencia natural son los aspectos ms importantes que se toman en cuenta cuando se realiza el diseo de un eje.

El cdigo ASME especifica que para el diseo de ejes de acero comercial con cuero: Utilizamos el dimetro normalizado ms cercano al valor comercial

En base al concepto de que la potencia de salida es igual a la potencia de entrada en un tren de engranes (H= Ti wi = To wo) podemos decir que el dimetro del eje de salida es:

Utilizamos el dimetro normalizado ms cercano a los valores comerciales

IV. CUAUna cua es un elemento por lo general circular el cual se coloca en la interface del eje y la masa de una pieza que transmite potencia con el fin de transmitir el torque. Son utilizados para fijar elementos rotatorios. En el diseo de maquinas muchas veces es preferible que las cuas fallen antes de que elementos ms costosos puedan hacerlo, cabe sealar que esta situacin se da en caso de sobre cargas.

El ancho de la cua cuadrada es generalmente una cuarta parte del dimetro del eje.}

Este ancho de la cua es para la entrada, donde el eje se acopla con el engranaje solar.

El eje y la cua sern del mismo material: Acero SAE-1020, de acuerdo con esto tendrn la misma resistencia.De acuerdo cal dimetro del eje de entrada () usando la tabla 7 6 pg. 374 Diseo en Ingeniera Mecnica Shigley est entre el rango de 7/8 a 1 pulg

Se una un tamao de cua de:

Seleccionamos una cua cuadrada

a. Par de Torsin

b. Fuerza en la Superficie del Eje

Donde:

c. Resistencia al Cortante

Usando la teora de la energa de distorsin, la resistencia al cortante es:

d. Falla por Cortante

Asumiendo un factor de seguridad de 2.5 , debido a que no se conoce la naturaleza de la carga con exactitud.n=2.5La falla por cortante en esta cua es de

Donde

Tenemos:

e. Longitud de la cua de acuerdo al Esfuerzo de Aplastamiento

La cua puede fallar por cortante directo (como en el caso de arriba) o por esfuerzo de apoyo (como en el caso de abajo):Para resistir el aplastamiento:

f. Las dimensiones de la cua serian de }

Segn tabla 7-6

Y tenemos que

V. ANLISIS DE FUERZAS

a. Fuerzas en los Engranajes

Necesitamos el radio primitivo de engranaje (este es el radio del engranaje mas el dedendum b)

b. Fuerza Tangencial

c. Fuerza Radial

No hay movimiento axial del eje por eso solo calculamos fuerzas radiales y tangenciales.d. Anlisis de Fuerzas Sobre los Distintos Elementos Para el eje 1 XY

XZ

VI. COJINETES Los cojinetes son elementos mecnicos que tienen la funcin de soportar y permitir el libre movimiento rotatorio de otros elementos que giran en una mquina. Estos tienden a ser diseados de manera que soporten las cargas sobre ellos y reduzcan lo mayor posible la friccin para evitar el desgaste de los mismos, los cojinetes tienen a ser lubricados de manera que se reduzcan el contacto de las partes rotatorias de los mismos cojinetes.a. Cojinete #1Analizando para: Una velocidad del eje de 1200 rpm Una vida de diseo de 12000 h Una confiabilidad de 99%La vida del cojinete en revoluciones es de:

Comenzamos a analizar el cojinete #1 porque es el que tiene mayores cargas y podra presentar problemas.De la ecuacin

Y asumiendo que

Tenemos:

Segn las especificaciones de la SKF (www.skf.com) el cojinete de bolas que escogimos debe tener las siguientes dimensiones: