TECNOLOGICO DE ESTUDIO SUPERIORES DE JILOTEPEC
OPCIÓN I: TESIS PROFESIONAL
DISEÑO DE UN CABEZAL PARA MÁQUINA TRILLADORA DE GRANOS FINOS (AVENA, TRIGO Y CEBADA). TESIS
P R O F E S I O N AL
PARA OBTENER TÍTULO DE:
DEDICATORIA
Aarón Arredondo Sánchez Dedico esta tesis a mis padres Aarón y Francisca porque sin ellos jamás habría terminado mi carrera. A mis hermanos Abraham y Adrián que han estado conmigo desde tiempos inmemoriales. A mis maestros por su esfuerzo. A mis compañeros, con quienes compartí el agradable viaje. A quienes sin su apoyo logre presentar esta tesis.
Mauricio Miranda Martínez A mis padres Guillermo Miranda Rivas y Juana Martínez Miranda a quienes
AGRADECIMIENTOS
A mis padres Le doy gracias a dios por haberme dado unos padres de buen corazón y les doy gracias a ustedes por el esfuerzo que hacen a diario para que no me falte nada, los amo con todo mi corazón mamá y papá.
A mis amigos Les adeudo la paciencia de tolerarme las espinas más agudas los arrebatos del humor. La negligencia, las vanidades, los temores y las dudas.
ÍNDICE GENERAL DEDICATORIA......................................................... ................................................................................... ........................................... ................. ii AGRADECIMIENTOS ........................................................................ ........................................................................................ ................ iii ÍNDICE GENERAL ....................................... ................................................................ .................................................. ............................. .... iv INDICE DE FIGURAS ........................................................... .................................................................................... ............................ ... vii RESUMEN......................... RESUMEN................................................... .................................................... .................................................... ............................. ... ix
CAPITULO I – PRESENTACIÓN PRESENTACIÓN DEL PROYECTO............................ 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ................................................ ......................................................... ......... 2 JUSTIFICACIÓN ................................................ ......................................................................... .......................................... ................. 2 OBJETIVOS .................................................. ........................................................................... ............................................... ...................... 3 ALCANCES Y LIMITACIONES. .................................................. ................................................................... ................. 4 HIPOTESIS ...................................... ............................................................... ................................................... ................................... ......... 5
CAPITULO II - MARCO TEORICO ...................................................... ............................ .......................... 6 2.1 Introducción:................................................ ......................................................................... ............................................... ...................... 7 2.1.1 Tipos de tomas de fuerza según modo de recibir el movimiento ................. ................. ... 8
2.2 Variables................................................... ............................................................................ ................................................... .......................... 8 2.2.1 Velocidad Angular Angula r .................. ................. .................. ................. .................. ................. ... 8 2.2.2 Velocidad angular en movimiento circular uniforme ................. ................. .................. ... 9
2.6 TRANSMISIÓN POR ENGRANES CÓNICOS ........................................... ........................................... 23 2.6.1 Introducción Introducci ón ................ ................. .................. ................. .................. ................. ............. 23 2.6.2 Tipos de engranes cónicos ................. .................. ................. .................. .................. ...... 24 2.6.2.1 Engranes cónicos rectos ................................. ............... .................. ................. .................. .................. ......... 24 2.6.2.2 Engrane cónico espiral ................. .................. ................. .................. .................. ......... 25 2.6.2.3 Engrane cónico zerol ................. .................. ................. .................. .................. ............ 25 2.6.2.4 Engranes cónicos hipoidales y engranes espiroidales.......................... espiroidales........ .................. ................. ....... 25
2.7 TRANSMISIÓN POR CORREAS ................................................ ............................................................... ............... 26 2.7.1 Introducción Introducci ón ................ ................. .................. ................. .................. ................. ............. 26 2.7.2 Clasificación Clasi ficación ................. ................. .................. ................. .................. ................. ............. 27 2.7.3 Poleas .................. ................. ................. .................. ................. .................. .................. ... 29 2.7.3.1 Ajuste de la distancia entre poleas ................ ................. .................. ................. .......... 30 2.7.3.2 Operación de tensado ................................. ............... .................. ................. .................. .................. ............ 30 2.7.4 Relación de transmisión ................................. ............... .................. ................. .................. .................. ............ 31 2.7.4.1 Diámetros de poleas ................. .................. ................. .................. .................. ............ 31 2.7.4.2 Distancia entre ejes ................. ................. ................. .................. .................. ............... 32 2.7.4.3 Arco de contacto .................. ................. .................. ................. .................. ................. . 32
3.8 Transmisión. ................................................ ......................................................................... ............................................. .................... 59 3.8.1 Transmisión perpendicular de engranes cónicos. ............................................................ 59 3.8.1.1 Calculo de la velocidad lineal de la cadena. ................. .................. .................. ............ 62 3.8.1.2 Calculo de la velocidad angular en las sprockets del sistema de acarreo. .................. . 63
3.9 Sistema de acarreo. .................................................. ............................................................................ ................................ ...... 64 3.10 Sistema de corte ................................................. ........................................................................... .................................... .......... 66
Conclusiones Conclusiones ............................................................................... ............................................... .................................... .... 70 Bibliografía ............................................................... ............................... ........................................................ ........................ 72 GLOSARIO................................................................ ................................ ........................................................ ........................ 73 ANEXOS............................................................................................ 76 Anexo A: Imágenes del cabezal terminado ................................................. ..................................................... 77 Anexo B: Etapas de diseño y construcción del cabezal para trilladora. trilladora. ... 85
INDICE DE FIGURAS Figura 1 Ejemplo de toma de Fuerza ................................................ ...................................................................... ...................... 7 Figura 2 Componentes de d e la velocidad angular de un cuerpo rotante .................... 8 Figura 3 Elementos del eje cardan................................................ ........................................................................ ........................ 12 Figura 4 Despiece de un u n árbol de transmisión con co n juntas cardan car dan ......................... ......................... 13 Figura 5 Sección transmisión tr ansmisión junta universal. ................................................ ....................................................... ....... 14 Figura 6 Despiece de eje cardan car dan .................................................. .......................................................................... ........................ 15 Figura 7 Junta cardan doble ....................................................................... ................................................................................. .......... 15 Figura 8 Vista superior de posición angular .............................. ....................................................... ............................ ... 16 Figura 9 Graficas de la variación de transmisión de velocidad angular cuando los planos formados entre los ejes de entrada y de salida sa lida no son paralelos. para lelos. ............. 17 Figura 10 Graficas de la variación de transmisión de velocidad angular cuando los planos formados entre los ejes de entrada y de salida sa lida son paralelos. .................. 17 Figura 11 Partes del eslabón de d e cadena ................................................ ............................................................... ............... 20 Figura 12 Sprockets cara car a plana .................................................................. ............................................................................ .......... 21 Figura 13 Rueda tensora ................................................................... ...................................................................................... ................... 22 Figura 14 Sección caja de d e engranes cónicos helicoidales. ............................ ................................... ....... 23 Figura 15 Tipos de engranes cónicos có nicos ................................... ............................................................ ................................ ....... 24 Figura 16 Engrane cónico recto rec to ............................... ........................................................ ............................................. .................... 24 Figura 17 Engrane cónico espiral.................................................. .......................................................................... ........................ 25 Figura 18 Engrane cónico c ónico hipoidales .................................... ............................................................. ................................ ....... 26 Figura 19 Sección transmisión por correas ................................................ ........................................................... ........... 27 Figura 20 Correa abierta .................................. ........................................................... .................................................. ............................ ... 27 Figura 21 Correa cruzada ..................................................... ............................................................................... ................................ ...... 28 Figura 22 Correa con rodillo tensor externo ........... 28
Figura 41 Transmisión de engranes.................................................. ...................................................................... .................... 48 Figura 42 Relación de transmisión ................................................ ........................................................................ ........................ 49 Figura 43 Transmisión de poleas .................................................. .......................................................................... ........................ 49 Figura 44 Elementos de la transmisión de poleas......................... poleas................................................. ........................ 50 Figura 45 Relación de transmisión por correa............................... c orrea....................................................... ........................ 50 Figura 46 Segunda Segund a sección transmisión por po r cadena ............................................ ............................................ 52 Figura 47 Elementos segunda sección de trasmisión por cadena ........................ ........................ 52 Figura 48 Tercera Ter cera sección de transmisión por cadena ......................................... 54 Figura 49 Elementos de la tercera sección secc ión de trasmisión por cadena .................. 54 Figura 50 Transmisión mecánica .......................................... .................................................................... ................................ ...... 56 Figura 51 Detalle del cabezal y sistema de transmisión ........................... ...................................... ........... 57 Figura 52 Vista de los detalles internos del cabezal. (a) Vista superior, (b) vista frontal, (c) vista inferior.................................................. .......................................................................... ........................................ ............... 58 Figura 53 Vista en detalle del acoplamiento entre el sistema de transmisión del tractor y el cabezal de d e corte .................................................. ............................................................................ ................................ ...... 59 Figura 54 Mecanismo de distribución de movimiento y potencia po tencia al cabezal ......... ......... 60 Figura 55 Sistema de transmisión de cadena ............................... ....................................................... ........................ 61 Figura 56 Vista inferior del sistema de distribución ........................... ............................................... .................... 62 Figura 57 Corona o sprocket del sistema de transmisión de cadena .................... 63 Figura 58 Vista en e n interna del accionamiento acc ionamiento de sistema de acarreo aca rreo ................... 64 Figura 59 Detalle del sistema de acarreo ................................................... .............................................................. ........... 64 Figura 60 Detalle del accionamiento del sistema de corte. ................................... ................................... 66 Figura 61 Relación de transmisión de la transmisión de fuerza al sistema de corte del cabezal. ............................................. ....................................................................... .................................................... .................................... .......... 67 Figura 62 Disposición del mecanismo de manivela-biela-corredera para la
RESUMEN El presente trabajo propone un nuevo diseño para un aditamento de accionamiento mecánico capaz de añadir nuevas funciones a una máquina que está pensada originalmente para otro tipo de trabajo. A través de un estudio que abarca desde la dinámica de mecanismos, cálculos y simulaciones cinemáticas, hasta adaptaciones realizadas durante el propio proceso de manufactura, se crea un nuevo concepto, el cual, si no está del todo exento de defectos de diseño que llevan a producir vibraciones entre otros, si abre las puertas a experimentar con diversas combinaciones de mecanismos que sean más prácticas y funcionales. Con lo anterior, se pretende instar a la innovación y al desarrollo en todos los campos de la industria que han sido relegados al segundo plano en países en desarrollo como es el caso de nuestra propia nación.
CAPITULO I – PRESENTACIÓN DEL PROYECTO
1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA En la actualidad casi no existen en el mercado maquinas trilladoras para granos finos con un área de trabajo pequeña (2.5 metros), por lo que se requiere diseñar un cabezal que cumpla con el proceso de corte y traslado de pastura de cereal el cual será un acoplamiento par a la maquina trilladora “Master Export Múltipla”, aprovechando las funciones de trillado de esta e implementando la función de cosechadora de trigo, avena y cebada.
1.2 JUSTIFICACIÓN Debido a la gran necesidad de optimizar los recursos en el ramo de la agricultura se pretende desarrollar una máquina que facilite el proceso de cosecha de granos finos con el fin de hacer más sencillo el trabajo de los agricultores. Por tal motivo se pretende implementar a la máquina Master Export Múltipla una herramental de corte de granos finos, ya que, solo tiene dos tipos de cabezales los
incluso ni siquiera alcanzan a cubrir ni cien metros cuadrados, por lo que la maquina Master Export Multipla con cabezal de siega y acarreo para granos finos se propone como una opción viable para cubrir las necesidades que surgen para dicha tarea y con costos razonables de adquisición y manipulación. Se prevé que los beneficios resultantes de la implementación de este aditamento se verán reflejados de manera manera inmediata en el trabajo de los agricultores, al aumentar las funcionalidades de su tractor y al ahorrar tiempo y recursos económicos en la operación del equipo de manera significativa.
1.3 OBJETIVOS Objetivo general. Para ofrecer una nueva forma de producción de granos finos de mayor rendimiento, se diseñará un cabezal para acoplarlo a la maquina trilladora Master Export Multipla el cual tiene que realizar los procesos de corte y acarreo de material al interior de la misma para poder trillarlo. Así mismo, no deberá de
•Lograr el correcto ajuste del sistema a la maquina trilladora para obtener los
beneficios previstos.
1.4 ALCANCES Y LIMITACIONES. LIMITACIONES. Alcances. •Se determinará la viabilidad del proyecto expuesto, su rentabilidad, sus ventajas
y su monto de inversión. •Se definirá un plan estratégico para que el proyecto se realice en tiempo y forma.
•Se diseñara un cabezal que realice los procesos de corte y traslado de pastura
hacia la maquina Master Export Múltipla haciéndola más competente en el área del campo.
•El cabezal deberá de tener dimensiones pequeñas para no estorbar la movilidad
de la máquina, el ancho debe ser adecuado (2.4 metros) y debe de encajar correctamente a la máquina Master Export Múltipla.
1.5 HIPOTESIS Diseñar un cabezal que corte y traslade el material a trillar (trigo, avena y cebada) a los sistemas de acarreo y trillado, existentes en la maquina Master Export Multipla implementando mecanismos o diseñando sistemas mecánicos nuevos que realicen dichas tareas. Se tiene una limitante para el diseño final del cabezal con respecto al espacio disponible entre el eje cardan y la maquina en sí (largo 2.5 m, ancho 1.5 m, alto 1 m). Basándose a los sistemas de corte ya existentes en máquinas similares (navajas de corte, tambores de corte rotatorios, etc.) se comprobaran sus características generales para acoplarlas a las limitantes existentes de trabajo.
CAPITULO II - MARCO TEORICO
2.1 Introducción: ¿Qué es la toma de fuerza de un tractor? Es un eje en rotación que transmite energía para el
accionamiento de las
máquinas acopladas al tractor, situado normalmente en la parte posterior del mismo, como se puede observar en la figura 1. Además de este eje constituyen los componentes necesarios para dicho accionamiento un árbol de transmisión art iculado mediante “juntas universales” para permitir el cambio en dirección de la transmisión de fuerza y un eje telescópico, conjunto denominado como “eje cardán”. La velocidad de rotación de la toma de fuerza depende del régimen de giro del motor necesario para que que la máquina pueda realizar la tarea requerida. De forma que a mayor velocidad del motor tiene a su salida mayor mayor velocidad la toma de fuerza y, viceversa. viceversa. En un principio la velocidad estaba normalizada solamente a 540 rpm. Con la aparición de los tractores de gran potencia, se aumentó la
2.1.1 Tipos de tomas de fuerza según modo de recibir el movimiento movimiento La toma de fuerza del cambio de velocidades: Procede del eje intermediario de la caja de cambios y por tanto, se desconecta cuando se pisa el pedal de embrague. Toma de fuerza del motor o independiente: recibe movimiento movimiento directamente del motor a través través de un embrague propio, mediante un embrague embrague independiente o volver a avanzar sin que la “doble”. En este caso el tractor puede detenerse y volver toma de fuerza se detenga y, por tanto, la máquina que esté accionando.
Toma de fuerza sincronizada acoplada al eje secundario: Utilizada para el accionamiento de los ejes motores de los remolques de ruedas accionadas. Así la velocidad del tractor y remolque accionado es la misma con independencia de la marcha seleccionada.
2.2 Variables
= =∗/
Considerando el hecho de que permanece constante, obtenemos
La cantidad
=/ se denomina velocidad angular, y es igual a la variación
del ángulo descrito en la unidad de tiempo. Se expresa en radianes por segundo
−, o simplemente −.
=
2.2.2 Velocidad angular en movimiento circular uniforme La velocidad angular es la rapidez con la que varía el ángulo en el tiempo y se mide en radianes / segundos. (2 π [radianes] = 360°) Por lo tanto si el ángulo es de 360 grados (una vuelta) y se realiza por ejemplo en un segundo, la velocidad angular es: 2 π [rad / s].
2.3 Tipos de tractores según su potencia de salida 2.3.1 Introducción El tractor es la principal fuente para desarrollar energía en la producción agropecuaria. Es una maquina autopropulsada diseñada principalmente para ejercer tracción, ya sea tirando, empujando o arrastrando otras máquinas y/o equipos. Los tractores modernos realizan otras funciones adicionales como transmitir movimientos de rotación a través de ejes o poleas a una maquina estacionaria o móvil como en nuestro caso la maquina a la que se acoplara el cabezal. Además, puede levantar cargas a través del sistema hidráulico montado en el tractor o en forma remota, y suministrar energía eléctrica para accionar ciertos accesorios en algunos implementos.
También pueden clasificarse estos por la potencia máxima en la toma de fuerza, también conocida como barra de tiro. Según ASABE (Sociedad Americana de Ingenieros Agrícolas y Biológicos) se establece una relación de categorías de tractores según la potencia que entregan como se muestra en la Tabla Tab la 1.
Categoría “0”
I II III IV
Potencia máxima en la barra de tiro kW HP <15 <20 15 a 35 20 a 45 30 a 75 40 a 100 60 a 168 80 a 225 135 a 800 180 a 400
Tabla 1 Categorías de tractores según su potencia
El número de cilindros que normalmente se encuentra en su sistema hidráulico es
2.3.3 Características de acoplamiento Para el acoplamiento entre la toma de fuerza del tractor y la toma de fuerza de la maquina trilladora se usa un mecanismo de junta universal a través del cual se realiza la transmisión de fuerza por medio de juntas universales (Figura 3).
Figura 3 Elementos del eje cardan
Cardanes y juntas universales La juntas cardan son las más empleadas en la actualidad, ya que pueden transmitir un gran par motor y permite desplazamientos angulares de hasta 15º en las de construcción normal, llegando hasta los 25º en las de construcción especial. Tienen el inconveniente de que cuando los ejes giran desalineados quedan
manguito (5) estriado interiormente que forma parte de una de las horquillas; cómo se observa en la Figura 4.
Figura 4 Despiece de un árbol de transmisión con juntas j untas cardan
Estos árboles no sufren, generalmente, averías de ningún tipo, salvo rotura del propio árbol, en cuyo caso hay que cambiar el conjunto, ya que no admite reparación. El único desgaste que puede sufrir está en los cojinetes de la cruceta, donde se procede a cambiar la cruceta.
2.4 JUNTA CARDAN 2.4.1 Introducción La junta cardan es un sistema de transmisión esférico con una relación de transmisión no uniforme, generalmente se montan por parejas, de forma que la no uniformidad de la primera junta se compensa con la segunda. Consiste en una junta mecánica formada por dos horquillas que están unidas entre sí por un elemento con forma de cruz donde cada horquilla articula con una de las aspas de la cruz, en la figura 5 se muestra la junta cardan que se utiliza en la máquina.
2.4.2 Partes de de las Juntas Cardan Las partes que conforman una junta cardan son las siguientes: 1 Horquilla 2 Cruceta o cruz 3Dados Tal y como se muestra en la Figura 6.
Figura 6 Despiece de eje cardan
Cuando
≠ nos es posible la compensación siempre y cuando no se excedan
los límites
=
=
Para mantener la relación de transmisión de velocidades constante, en las juntas cardan montadas por parejas, se debe asegurar:
Las juntas simples deben orientarse correctamente, es decir, las las horquillas interiores deben alinearse como en las juntas dobles.
El ángulo de trabajo de ambas juntas debe ser el mismo o casi el mismo mismo
2.4.4 Indicaciones de operación para la maquina Master Export Multipla estipuladas en el manual de uso. En el manual de instrucciones de esta máquina existe una indicación de uso con respecto a la posición de trabajo de la flecha cardan en la cual recomienda: “El ángulo 0° es la línea de centro del tractor. El ángulo máximo permitido para el
2.4.5 Estudios mecánicos de transmisión de la cardan cardan a diferentes ángulos Como se puede observar en las Figuras 9 y 10, la variación de transmisión de velocidad se ve afectada por la diferencia de los ángulos entre los planos formados por los ejes de entrada y salida en la junta cardan doble como se ilustra en la Figura 8.
Figura 9 Graficas de la variación de transmisión de velocidad angular cuando los planos formados entre los ejes de entrada y de salida no son paralelos.
2.5 TRANSMISIÓN POR CADENAS 2.5.1 Introducción Las cadenas de transmisión son la mejor opción para aplicaciones donde se quiera transmitir grandes pares de fuerza, y movimiento entre dos ejes paralelos que se encuentran alejados entre sí, las diferentes configuraciones de los elementos que la componen hacer variar la función final del sistema, el sistema puede tener la finalidad de transmitir movimiento entre los ejes, servir como sistemas de elevación o como sistemas transportadores. Estos sistemas constituyen uno de los métodos más eficientes utilizados para transmitir potencia mecánica, dado que los dientes de las ruedas dentadas evitan que la cadena resbale, esta condición les da más capacidad de transmisión y las hace más confiables. El sistema consta de dos ruedas dentadas y un miembro deformable formado por una serie de eslabones rígidos que pueden tener un giro relativo entre ellos los
2.5.2.1 Componentes de llaa cadena De forma individual las cadenas se componen de eslabones que a su vez incluyen una serie de elementos que pueden variar en forma y cantidad en función del tipo de cadena. Para el caso de las cadenas de rodillos, se incluyen placas o bridas interiores y exteriores, bujes o rodillos y en algunos casos pines para garantizar la unión de los elementos. Los componentes de la cadena los podemos observar en la figura 11. Placa exterior e interior La placa es un componente que soporta la tensión que se ejerce en la cadena. Estas generalmente están sometidas a cargas de fatiga y acompañado a veces por fuerzas de choque. Por lo tanto, la placa debe tener no solamente gran fuerza extensible estática, sino que también debe soportar a las fuerzas dinámicas de las cargas de choque. Además, la placa debe soportar condiciones ambientales, las que podrían provocar por ejemplo, corrosión, abrasión, etc.
duración del rodillo en condiciones de alta velocidad y da una seguridad más consistente de la placa interior sobre el casquillo. Rodillo El rodillo está sometido a la carga de impacto cuando está en contacto con los dientes del piñón con la cadena. Después del contacto, el rodillo cambia su punto del contacto y de balance. Se sostiene entre los dientes del piñón y del casquillo, y se mueve en la cara del diente mientras que recibe una carga de compresión. Además, la superficie interna inter na del rodillo constituye cons tituye una pieza del cojinete c ojinete junto con la superficie externa del buje cuando el rodillo rota en el carril. Por lo tanto, debe ser resistente al desgaste, fatiga, y compresión.
Cuando las velocidades son moderadas se pueden usar sprockets comerciales, pero cuando la velocidad es alta con altas cargas se recomienda usar sprockets de precisión. La figura 12 nos muestra un ejemplo de sprocket.
Figura 12 Sprockets cara plana
2.5.2.3 Mecanismos de tensión En algunas ocasiones especiales se suelen emplear algunos mecanismos para brindar una adecuada tensión y evitar que la cadena se descarrile, en casos donde se presenta alguna vibración u ondulación de la cadena.
Figura 13 Rueda tensora
2.5.3 Relación de transmisión La relación de transmisión en el caso del sistema de transmisión por cadena, es el cociente entre el número de dientes de la rueda conducida (rueda arrastrada) y el número de dientes de la rueda conductora (rueda motriz). La relación de transmisión también se puede expresar en términos de la velocidad de rotación de las ruedas.
/
2.6 TRANSMISIÓN POR ENGRANES CÓNICOS 2.6.1 Introducción Los engranes cónicos permiten que los ejes trabajen en ángulo, casi siempre de 90°. Los dientes pueden ser rectos o en espiral. Al igual que con los engranes cilíndricos, los de dientes rectos provocan más ruido y vibraciones. Los de dientes en espiral, por su parte, requieren mayor precisión en la alineación y permiten menos juego interno en los rodamientos, los engranes cónicos a menudo son empleados en relación 1:1 para crear derivaciones en la transmisión, que permiten sincronizar diversas partes de una máquina. En la figura 14 se muestra la sección de engranes cónicos utilizados. La relación máxima en reductores estándar es de 7:1 aproximadamente en un juego de engranes cónicos. Para ampliar la gama de relaciones de velocidad se puede combinar un paso cónico con uno o más pasos cilíndricos, efectúan la transmisión de movimiento de ejes que se cortan en un mismo plano,
2.6.2 Tipos de engranes engranes cónicos cónicos Los engranes cónicos se clasifican como sigue: Engranes cónicos rectos Engranes cónicos espirales Engranes cónicos Zerol Engranes hipoidales Engranes espiroidales
La figura 15 muestra la posición con la que se colocan respectivamente cada tipo de engrane cónico.
2.6.2.2 Engrane cónico espiral Estos engranes se recomiendan para desarrollar velocidades mayores y donde el nivel de ruido sea un elemento de consideración. Los engranes cónicos espirales representan la contraparte cónica del engrane helicoidal. En la figura 17 vemos un ejemplo de engrane cónico espiral.
Figura 17 Engrane cónico espiral
engranes se lleva a cabo por una combinación de rodadura y deslizamiento en línea recta y tiene mucho en común con la de los engranes de tornillo sinfín.
Figura 18 Engrane cónico hipoidales
En la imagen 18 se ve que el engrane hipoidal tiene un desplazamiento de eje relativamente pequeño. Para separaciones mayores, el piñón empieza a parecerse a un tornillo sinfín ahusado y, por lo tanto, al conjunto se le conoce
Dicho deslizamiento no es constante sino que varía en función de las condiciones de trabajo, es decir, de los valores de par transmitido y de la velocidad de la correa. En la figura 19 se muestra la sección de transmisión por correas utilizada. Las transmisiones por medio de correas son denominadas de tipo flexible pues absorben vibraciones y choques de los que sólo tienden a transmitir un mínimo al eje arrastrado. Son estas transmisiones adecuadas para distancias entre ejes relativamente grandes, además son silenciosos.
Transmisión por correa cruzada: También se emplea en árboles paralelos aunque solo si se desea que éstos giren en sentidos opuestos. Se debe de procurar que en la zona de cruce, no exista contacto entre los ramales de la correa, ya que de ser así se produciría un fuerte desgaste. Para evitar esto se recomienda que la distancia entre ejes sea mayor que 35 a 30 veces el ancho de la correa (Ver figura 21).
Figura 21 Correa cruzada
Transmisión por correa con rodillo tensor exterior: Mediante esta configuración se puede tensar la correa, aumentando el ángulo de contacto entre correa y polea. De esta manera podemos transmitir mayor cantidad
Figura 23 Correa con rodillo tensor interno
2.7.3 Poleas La colocación de la correa de manera correcta en el canal o ranura de la polea influye considerablemente en el rendimiento de la transmisión y en la vida útil de la correa. Para conseguir una buena colocación de la correa en la ranura de las poleas es condición imprescindible un perfecto alineamiento entre poleas. Para ello es necesario que los ejes del motor sean paralelos y que la correa trabaje perpendicularmente a dichos ejes. Es síntoma de que existe un mal alineamiento entre poleas cuando uno de los flancos de la correa está más desgastado que el otro, o que un lado del canal aparece más pulido que el otro. Un ruido constante de la transmisión o un
La posición correcta de la correa será aquella en la que su base mayor quede por encima de la polea como podemos observar en la figura 24, lo cual va a asegurar un contacto continuo entre la ranura y los flancos de la correa. En ningún caso la correa debe tocar el fondo del canal de la polea, dado que de producirse, la correa empezaría a patinar, y esto provocaría su desgaste inmediato.
2.7.3.1 Ajuste de la distancia entre poleas Toda transmisión por correas flexibles debe ofrecer la posibilidad de ajustar la distancia entre centros de poleas, es decir, de poder variar la distancia que separa los ejes de giro de las distintas poleas que permita realizar las siguientes operaciones:
hacer posible el montaje inicial de la correa sin forzarla
una vez montada, poder realizar la operación de tensado inicial
durante la vida útil útil de la correa, para poder compensar el asentamiento de la correa o su alargamiento que se produce por el uso.
accionamiento durante varias vueltas con el fin de permitir a las correas asentarse correctamente en las ranuras de las poleas. Sé para de nuevo el motor, y a continuación se ajusta la distancia entre centros hasta alcanzar la tensión correcta.
2.7.4 Relación de transmisión La relación de transmisión se calcula de acuerdo a la siguiente expresión:
= = Donde,
es la relación de transmisión; son las revoluciones por minuto (rpm) de la polea menor; son las revoluciones por minuto (rpm) de la polea mayor; es el diámetro de la polea mayor;
2.7.4.2 Distancia entre ejes La distancia entre ejes (E ( E ) de las poleas suele estar establecida en la transmisión que debe calcularse. No obstante, puede que en algunos casos este dato no esté decidido, quedando a mejor criterio calcular esta distancia. De acuerdo a la experiencia de las empresas fabricantes, y con el objetivo de optimizar el rendimiento de la transmisión, la distancia entre ejes de poleas ( E ) mínima se puede obtener a partir de las siguientes expresiones: está comprendida entre 1 y 3: • Si la relación de transmisión R está
≥ + 1 ∗ 2 + • Si
≥ 3: Para este caso bastaría que se cumpliese que ≥
= 180 57 ∗ / Donde,
es el ángulo de contacto sobre la polea menor, en grados es la distancia entre ejes de poleas; es el diámetro de la polea menor; es el diámetro de la polea mayor. Al igual que en el caso anterior, el diseño óptimo de la correa se ha realizado r ealizado para un ángulo de contacto sobre la polea de 180º. Como en general el ángulo de contacto sobre la polea menor será inferior a 180º, la prestación de la correa no será la óptima, y por tanto habrá que afectarla por un coeficiente corrector del arco de contacto (FcA (FcA), ), Para obtener estos factores de corrección se consulta el catalogo del fabricante o tablas de diseño.
CAPITULO III CÁLCULOS
SECCION 1: TRANSMISION DE MOVIMIENTO DESDE LA TOMA DE FUERZA DEL TRACTOR HACIA EL CABEZAL DE LA TRILLADORA. 3.1 Transmisión por eje cardan
Figura 26 Vistas frontal, superior y lateral izquierda del eje cardan
En la Figura 27 se muestran la entrada y la salida de movimiento en el eslabonamiento mecánico que componen a la flecha cardan. Como ya se indicó, se tienen 540 revoluciones por minuto en la conexión a la toma de fuerza del
Figura 28 Angulo de alineación de las flechas a β=0°
La ecuación que describe la variación de transmisión transmisión en una junta universal está definida como:
= = ∝ ∗
3.1.2 Estudio de transmisión transmisión a diferentes valores de alineación angular β. A continuación se muestra la ubicación de la toma de fuerza así como la dirección de rotación representada por la flecha roja (Figura 30), para el análisis de transmisión de velocidad angular en la flecha cardan tomando la salida con respecto a la entrada expresada en
/ obtenidos con Solidworks Motion.
Figura 30 Flecha cardan y ubicación de la toma de fuerza
En la Figura 30 se muestra la ubicación del motor rotacional a 540 rpm sobre la flecha 1 (figura 28). La figura 31 en sus tres vistas nos muestra a la flecha 1 como entrada y a la flecha 4 como salida para el estudio de transmisión de velocidad angular así como sus proyecciones superiores (a, b) y lateral (c).
3240
3240 0 .0 0
0 .5 0
1 .0 0
1 .5 0
2 .0 0
2 .5 0 Tiempo Tiempo ( sec)
3 .0 0
3 .5 0
4 .0 0
4 .5 0
5 .0 0
Figura 32 Grafica Velocidad angular con respecto respecto al tiempo
La grafica muestra una velocidad angular de 3240 grados por segundo lo cual, transformado a rpm resulta en:
1 ) (60 )=540 3240 ( 360 1 La comprobación de los resultados anteriores modelando la ecuación de relación cos de transmisión descrita anteriormente como −∝∗ usando el software Wolfram Mathematica 10 tienen los siguientes resultados (Ver figura 33).
= =
= = 1540 = 540 540 Por tanto, se concluye que, a un ángulo de alineación β de 0° entre el eje central de la maquina (tomado como el eje formado por la flecha 4, ver figura 28, que es fija con respecto a la maquina) y el eje de la cardan (tomado como el eje 3, también de la figura 28), la transmisión de revoluciones por minuto es la misma tanto a la entrada como a la salida. La siguiente es una simulación en SolidWorks Motion a diferentes valores del ángulo de alineación beta beta (en adelante se le nombrará de esta manera) dentro del intervalo
0°≤≤35°.
Las gráficas de las figuras 35 y 36 muestran las variaciones de velocidad angular y aceleración del eje desde la posición 1 hasta la posición 3 en un tiempo de 10 segundos y a una velocidad de entrada uniforme de 540 rpm.
3944
3622
3300
2977
2655 0 .0 0
1 .0 0
2 .0 0
3 .0 0
4 .0 0
5 .0 0 Tiempo (sec)
6 .0 0
7 .0 0
Figura 35 Grafica sobre Velocidad Angular del eje
76547.7
57411.2
38274.7
19138.2
8 .0 0
9 .0 0
1 0. 0 0
La siguiente es una lista de los valores que adquiere rotación del eje cardan en la misma posición 1 (
en distintas fases de la
=35°).
Las razones por las cuales se establece un intervalo para el ángulo
desde 0°
hasta 35° como límite seguro de funcionamiento es debido a las condiciones cinemáticas y los materiales de fabricación de la junta cardan, por las cuales el ángulo deberá estar limitado en relación a la velocidad.
La siguiente grafica muestra con más detalle el comportamiento del eje a distintos
valores de (Figura 38).
3.1.3 Conclusiones de los cálculos del eje cardan. Para concluir, la transmisión a un ángulo de deflexión máximo de trabajo
=
35° 35°, se transmite de forma irregular, fluctuando su velocidad de transmisión angular entre un máximo de:
3.2 Transmisión de cadena primera sección.
3.2.1 Relación de transmisión La relación de transmisión en el caso de transmisión por cadena, es el cociente entre el número de diente de la rueda conducida (rueda arrastrada) y el número de dientes de la rueda conductora (rueda motriz). La relación de transmisión también se puede expresar en términos de la velocidad de rotación de las ruedas.
= = y son los números de dientes de la sprocket menor y mayor (respectivamente) y y las velocidades de las
Donde i es es la relación de transmisión, mismas.
La velocidad de rotación en la corona conducida es de 337.5 rpm.
3.3 Transmisión perpendicular por engranes cónicos.
Figura 42 Relación de transmisión
Por lo tanto
= = Por lo tanto
= = Y por consiguiente
= = . . 3.4 Transmisión de poleas.
Esta sección se compone de tres poleas, una conductora, una tensora y una conducida.
Figura 44 Elementos de la transmisión de poleas
En las transmisiones por correa la relación de transmisión está dada por:
3.5 Transmisión de cadena segunda sección.
Figura 46 Segunda sección transmisión por cadena
3.6 Transmisión de cadena tercera sección.
Figura 48 Tercera sección de transmisión por cadena
3.7 Conclusiones. En conclusión, podemos apreciar que en conjunto toda la transmisión mecánica tratada en secciones se puede considerar de forma general como un solo conjunto.
Lo que representa un porcentaje de variación máximo de:
528.542 = 108.438 → = 0.2051 1 Por lo que la salida final se expresa como = 528.5 528.542 42 con una variación de 0% cuando =0° hasta un 20.51% cuando =35° SECCION 2: TRANSMISION DE MOVIMIENTO EN EL CABEZAL DE LA TRILLADORA. Ahora, concluido lo anterior, se procederá a dar lugar al estudio de transmisión mecánica del siguiente conjunto de la máquina, el cual se conocerá de ahora en adelante como “cabezal de corte”.
(a)
(b)
3.8 Transmisión. Esta sección de mecanismos, la cual se encarga de repartir el impulso a los sistemas de corte y de acarreo se compone a su vez de dos secciones importantes, por lo que, para lograr una comprensión más profundizada del sistema de transmisión se dividirá su estudio en dos partes:
Transmisión perpendicular de engranes cónicos y
Transmisión de cadena
3.8.1 Transmisión perpendicular de engranes cónicos.
El detalle A de la figura 53 muestra la disposición de la unión entre la sprocket que transmite el movimiento de salida de la transmisión analizada en apartado anterior, y la entrada de movimiento al cabezal por medio de la transmisión de engranes cónicos. La figura 54 muestra en detalle la estructura interna de la transmisión de engranes cónicos y la transmisión de cadena hacia h acia el sistema de corte.
3.8.2 Transmisión de cadena. Este sistema consta de 6 coronas o sprockets de 36 dientes, 4 tensores, además de la sprocket de 10 dientes que le transmite el impulso. En este caso en particular no se puede recurrir a la formula anterior para calcular la relación transmisión. Para este caso se debe calcular primero la velocidad lineal de la cadena, ya que en función de esta estará la velocidad angular de cualquier sprocket conectada a ella.
3.8.1.1 Calculo de la la velocidad lineal de la la cadena.
Figura 56 Vista inferior del sistema de distribución
El primer paso es calcular la velocidad tangencial en la sprocket transmisora si ésta rota a
528.542 si radio es de 1.011 .
Para calcular la velocidad tangencial se procede como sigue:
3.8.1.2 Calculo de la velocidad angular en las sprockets del sistema de acarreo.
Figura 57 Corona o sprocket del sistema de transmisión de cadena
Para calcular la velocidad angular de la sprocket de 36 dientes, teniendo que su velocidad tangencial es de
55.9576 / y su radio es de 3.442 .
3.9 Sistema de acarreo. Calculo de la velocidad lineal de la cadena del sistema de acarreo
Figura 58 Vista en interna del accionamiento de sistema de acarreo
Calcular la velocidad lineal de la cadena del sistema de acarreo teniendo que uno
155.246 y ambas coronas tienen 16 dientes cada una, con un paso de 75 (su radio es de 1.922 ).
de los ejes rota a
3.10 Sistema de corte Calcular la frecuencia a la cual se desplaza la barra de cuchillas accionada por el mecanismo de manivela-biela-corredera.
Figura 61 Relación de transmisión de la transmisión de fuerza al sistema de corte del cabezal.
La relación de transmisión es 1:1, por lo tanto, se transmiten las
528.542 a la
Figura 62 Disposición del mecanismo de manivela-biela-corredera para la simulación dinámica.
Los resultados arrojados describen las curvas del desplazamiento lineal, la velocidad lineal y la componente trasnacional de la aceleración lineal de a barra de
75
56
38
19
1 0 .0 0
1 .8 0
3 .6 0
5 .4 0
7 .2 0
9 .0 0 Tiempo Tiempo ( sec)
1 0. 8 0
1 2. 6 0
1 4. 4 0
1 6. 2 0
1 8. 0 0
1 6. 2 0
1 8. 0 0
Figura 64 Curva de la velocidad lineal li neal de la barra de cuchillas.
2546
1791
1036
281
-474 0 .0 0
1 .8 0
3 .6 0
5 .4 0
7 .2 0
9 .0 0 Tiempo Tiempo ( sec)
1 0. 8 0
1 2. 6 0
1 4. 4 0
Figura 65 Curva de la aceleración lineal en la barra de cuchillas.
Conclusiones Se diseñó un cabezal que corta y traslada el material de trabajo (granos finos) para acoplarlo a la maquina Master Export Multipla para las tareas de trilla adaptando una tira de navajas con sus guías (peines) como sistema de corte y se diseñó un sistema de cadenas como mecanismo de traslado de material, cumpliendo con las limitantes de dimensiones.
Figura 67 Cabezal acoplado a la máquina. Vista lateral.
Basándose a las limitantes de dimensión y espacio disponible de trabajo, la decisión de usar un sistema de corte por navajas, en contraposición a los tabores rotatorios fue más acertada debido al poco espacio que ocupa así como la
Bibliografía Alonso, H. R. (2011). Juntas Universales. Obtenido Universales. Obtenido de http://ocw.uc3m.es/ingenieria-mecanica/diseno-mecanico1/material_clase/ocw_juntas BEER, F. P., JR., E. R., & CORNWELL, P. J. (2010). MECÁNICA VECTORIAL PARA INGENIEROS DINAMICA. México: DINAMICA. México: McGRAWHILL/INTERAMERICANA EDITORES, S.A. DE C.V. Carlo Brutti, E. P. (1999). Dynamics of the transmission with a double cardan joint. Tenth World Congress on the Theory of Machine and Mechanisms, Mechanisms , (pág. 6). Oulu, Finland. Dana Holding Corporation. (2010). Cardan Shafts for Industrial Applications. Obtenido de http://www.dana.com.br/arquivos/fora-de-estrada/dextik_150610.pdf HIBBELER, R. (2010). MECANICA VECTORIAL PARA INGENIEROS.DINAMICA. México: PEARSON EDUCACIÓN. iwis. (2006). Chain engineering, design and construccion, examples of calculation . München, Germany: iwis. Lombard, M. (2010). SolidWorks 2010 Bible. Indianapolis, Bible. Indianapolis, IN: Wiley Publishing, Inc. Lombard, M. (2011). SolidWorks 2011 Parts Bible. Indianapolis, Bible. Indianapolis, IN: Wiley Publishing, Inc. Norton, R. L. (2009). DISEÑO DE MAQUINARIA Síntesis y análisis de máquinas y
GLOSARIO Embrague: Él embrague es un sistema que permite tanto transmitir como interrumpir la transmisión de una energía mecánica a su acción final de manera voluntaria.
Motor: Un motor es la parte sistemática de una máquina capaz de hacer funcionar el sistema, transformando algún tipo de energía (eléctrica, de combustibles fósiles, etc.), en energía mecánica capaz de realizar un trabajo.
Trilla: Se denomina trilla a la operación que se hace con los cereales, tras la siega o cosecha, para separar el grano de la paja.
Potencia: es la cantidad de trabajo efectuado por unidad de tiempo. Velocidad: Es una magnitud física de carácter vectorial que expresa el
e l centro a cualquier cu alquier punto de dicha d icha Radio: Es cualquier segmento que une el circunferencia.
Tiempo: es una magnitud física con la que medimos la duración o separación de acontecimientos.
Ángulo: Es la amplitud entre dos líneas de cualquier tipo que concurren en un punto común.
Frecuencia: Es una magnitud que mide el número de repeticiones por unidad de tiempo de cualquier fenómeno o suceso periódico.
Rotación: Es el movimiento de cambio de orientación de un cuerpo o un sistema de referencia de forma que una línea (llamada eje de rotación) o un punto p unto permanece fijo.
Energía: Se define como la capacidad para realizar un trabajo.
Rueda dentada: Es un mecanismo de forma circular que transmite movimiento mediante los dientes que rodean la rueda en todo su perímetro.
Sprockets: El sprocket o catarina es la pieza dónde se acomoda la cadena para la transmisión de potencia, éste está conectado a un motor el cuál lo hace girar transmitiendo el movimiento a la cadena.
Tensión: La magnitud física que representa la fuerza por unidad de área en el entorno de un punto material sobre una superficie.
Buje: Un buje es el elemento de una máquina donde se apoya y gira un eje. Pines: se refiere a pin palabra en inglés para Perno. Perno: Es una pieza metálica larga de sección constante cilíndrica, normalmente hecha de acero o hierro. Está relacionada con el tornillo pero tiene un extremo de cabeza redonda.
ANEXOS
Anexo A: Imágenes del cabezal terminado
Comparación entre diseño y resultado final.
Anexo B: Etapas de diseño y construcción construcci ón del cabezal para trilladora.
6
D
5
4
3
2
76.00
A
A
1
D
Vista superior
0 0 . 5 1
8.94
9.25
10.81
9.25
C
9.50
9.38
SECCIÓN A-A
B
ESCALA 1 : 14
C
10.56 9.38
0 0 . 1
2.00 2.00 2.50
5 7 . 0
B
Vista frontal 2.50
5 2 . 0
0 0 0 . 0 1 . 3
ELABORO: AARON ARREDONDO SANCHEZ
LUGAR: TESJI FECHA: 08/DIC/2014
SI NO SE INDICA LO CONTRARIO: LAS COTAS SE EXPRESAN EN PULGADAS
TÍTULO:
Caja de mecanismos
A
5 2 . 4
0 0 . 1
N.º DE DIBUJO
Etapa de armado #1
ESCALA:1:14
HOJA 1 DE 6
A4
A
6
5
4
3
2
1
0 5 3 5 . . 4 5
76.00
Vista superior (Seccion parcial)
D
D
0 0 . 5 1
5.00
9.375 9.375
9.375
9.375
4.00 9.375
6.5625
C
C 6.625 2.25 1.00
2.50
Vista frontal (Seccion parcial)
1.25
B
1.00
5 2 . 6
B ELABORO: AARON ARREDONDO SANCHEZ
LUGAR: TESJI FECHA:08/DIC/2014
SI NO SE INDICA LO CONTRARIO: LAS COTAS SE EXPRESAN EN PULGADAS
TÍTULO:
A
5 7 . 1 5 7 . 0
5 5 5 2 7 7 . 8 3 1 . . 1 5
Catarinas y cadena de transmision N.º DE DIBUJO
Etapa de armado #2 ESCALA:1:14
HOJA 2 DE 6
A4
A
6
5
4
3
2
1
Vista superior
D
D
3 3 . 9
7 1 . 3
C
C
4.00 85.50
Vista frontal
B
B 85.83 14.00
14.00
14.00
14.00
4.00
ELABORO: AARON ARREDONDO SANCHEZ
LUGAR: TESJI FECHA: 08/DIC/2014
SI NO SE INDICA LO CONTRARIO: LAS COTAS SE EXPRESAN EN PULGADAS
TÍTULO:
A
3.00
Mecanismo de bielamanivela-corredera manivela-corredera y barra de cuchillas Etapa de armado #3 A4
N.º DE DIBUJO
ESCALA:1:14
HOJA 3 DE 6
A
6
5 0 5 . 9
D
C
4
3
2
2 2 . 4
1
Vista superior
6 8 . 0
D
2 4 . 1
16.23
9.38
9.38
9.38
9.38
9.38
C
14.93
Vista frontal
B
1.25 1.00
B 5 7 . 7
3 6 . 1 1
ELABORO: AARON ARREDONDO SANCHEZ
LUGAR: TESJI FECHA: 08/DIC/2014
SI NO SE INDICA LO CONTRARIO: LAS COTAS SE EXPRESAN EN PULGADAS
TÍTULO:
A
Flechas y catarinas del sistema de acarreo N.º DE DIBUJO
Etapa de armado #4
ESCALA:1:14
HOJA 4 DE 6
A4
A
6
5
4
3
2
1
Vista superior
D
D
0 5 . 6
C
4 7 . 5
26.25
C
30.00 77.00
Vista frontal
B
B ELABORO: AARON ARREDONDO SANCHEZ
LUGAR: TESJI FECHA:08/DIC/2014
SI NO SE INDICA LO CONTRARIO: LAS COTAS SE EXPRESAN EN PULGADAS
TÍTULO:
A
24.75
9.50
0 0 . 4
Transmision de engranes, cadenas de acarreo y cubiertas de proteccion Etapa de armado #5 A4
N.º DE DIBUJO
ESCALA:1:14
HOJA 5 DE 6
A
6
5
4
3
2
1
89.50 Vista superior
D
D
1 1 . 9 2
C
C
88.00 74.50 1.50 1.00
17.75
17.75
17.75
0 0 . 4
Vista frontal
B
B 5 7 2 3 . . 4 2 2 2
ELABORO: AARON ARREDONDO SANCHEZ
LUGAR: TESJI FECHA: 08/DIC/2014
SI NO SE INDICA LO CONTRARIO: LAS COTAS SE EXPRESAN EN PULGADAS
TÍTULO:
A
Proteccion tubular y costillas de retencion de pastura Etapa de armado #6 A4
N.º DE DIBUJO
ESCALA:1:14
HOJA 6 DE 6
A
6
5
4
3
2
1
D
D
C
C
B
B ELABORO: AARON ARREDONDO SANCHEZ
LUGAR: TESJI FECHA: 8/DIC/2014
SI NO SE INDICA LO CONTRARIO: LAS COTAS SE EXPRESAN EN PULGADAS
TÍTULO:
A
Transmision de fuerza perpendicular por engranes conicos
N.º DE DIBUJO
Transmision de fuerza en el cabezal de corte
ESCALA 1 4
HOJA 1 DE 1
A4
A
