DISEÑO Y CALCULO DE MAQUINA CONFORMADORA DE CALAMINAS INTRODUCCION.
El dato de partida para el diseño de la maquina conformadora de calaminas es la velocidad de producción que fue determinada en base a datos estadísticos extraídos extraídos del INE(Instituto Nacional de Estadisticas) y dando ciertos márgenes de crecimiento por tanto la velocidad es la siguiente! "m#min CONSIDERACINES GENERALES
En este aspecto se debe tomar en cuenta todos los l os factores que intervienen para $acer un análisis y posterior cálculo de las partes involucradas de la maquina las siguientes consideraciones generales son! DETERMINACION DE LA FUERZA DE TRACCION
%tili&aremos %tili&aremos la siguiente ecuación ecuación para determinar determinar la fuer&a de de tracción que se necesita en los rodillos conformadores! conformadores!
'aterial de la bobina es caro E *++, ut -..+'pa /onde! -..+ N#mm0 (1esistencia (1esistencia a la tensión ultima del material) 2-30. mm (nc$o del material a doblar) t-+,4 mm (Espesor del material) 5-6. mm (5ongitud entre apoyos) Entonces! 7 - 08.4
Fuerza de rozamieno !aera!
f r - 9:;0N 9:-+0*(coe
acero) &inc>acero) 0N-7-08.4 Entonces! f r - 830N 5uego determinamos determinamos la componente de la fuer&a de ro&amiento en la dirección del e?e @yA f ry ry - f r;sen B Con! D-*44 f ry ry - *.*4N For lo tanto la fuer&a necesaria para doblar será ! 7 G - 7 H f ry ry - 0.84 H *.*4 7 G - 086,4 N Fuerza de ra""i#n
7 trac - 9o ;N /onde! 9o - +"4 (Coeacero) e toma este valor puesto que la maquina debe partir a plena carga es decir con la lamina entre los rodillos N - 7 G -086,4 N 7 trac - 0*+4 N C5C%5J /E 5 FJGENCI 1EK%E1I/ F - 7 trac; L /onde ! L - "m#min (+*..m#s velocidad de traba?o) 7 trac -0*+4 N Entonces la potencia es ! F - 0"+, 2atts
Como se conformaran dos canales en cada etapa del tren de rodillos conformadores por lo tanto este valor se duplicara además se afectara de un factor donde esta contemplado para absorber el patina miento de los rodillos y perdidas por fricción en las guías laterales y otros aspectos que no se tomaron en cuenta ! Freq - .;0;0"+, Freq - *,"., 2atts SELECCI$N DEL MOTOR ELECTRICO
5a potencia de selección del motor el=ctrico será! F' - Freq #Mtotal /onde! Mtotal - M altura; M reductor ;M transmisión M altura - +""(a .+++msnm) M reductor - +38(e toma en cuenta que pierde el 0 en cada reducción) M transmisión - +34 (en este caso son correas trape&oidales) F' - 0*808 2atts Con este valor entramos a tablas y tomamos el inmediato superior que es! F' -+04 OP
Fotencia QF OP +.. +04
rma&ón IEC
1F'
7recuencia (Q&)
6*
*8*+
4+
CALCULO DE LOS RODILLOS CONFORMADORES
'omento máximo (Ogf>m) 00
Feso prox (Og) **
Fara determinar el diámetro de un árbol e debe tomar en cuenta los siguientes aspectos! R /eterminar el estado de carga R e debe determinar los diagramas de momento Sector y cortante R Fara determinar el diámetro se deberá $acer de la ecuación del código 'E para arboles $uecos Elección del material ! Gubo clase "+ en norma G' >*0+ ut - ..+ 'pa (,++++ - Fsi) 5a ecuación del código 'E para e?e $ueco que se muestra en la
/espreciando la fuer&a axial (7 a)puesto que no se tiene en el árbol la ecuación anetior queda de la siguiente forma
/onde! 'b es el momento de Sexión máximo N>m 't es el momento torsor máximo N>m O - di#do O b es un factor combinado de c$oque y fatiga aplicado al momento Sector O t es un factor combinado de c$oque y fatiga aplicado al momento de torsión Fara e?es en rotación tenemos los siguientes valores ! O b - 0>. O t - *4>. Entonces para este caso para una mayor con
Como ya di?imos anteriormente el material es un acero >*0+ G' Clase "+ con! ut - ..+ 'pa (8"+++ psi) For lo tanto se tiene que el esfuer&o permisible para el calculo es! s - +*"; ut s - 438 'pa CARGAS QUE ACTUAN EN EL RODILLO La %uerza norma!
0;7 trac - 9o ;N
N - 834. NePton Car&a radia! ran'miida (or e! en&rana)e
5a fuer&a tangencial será! 6000∗ H ¿ 2t π ∗d∗n
/onde! Q - +04 OP (potencia) / - *++mm (diámetro del engrana?e) N - 0*34 rpm 2t ¿ 0*6 ON /e esta manera la fuer&a radial será! 7r - 2t;tg(0+) 7r - 63+ N Momeno or'or *
't 't -
W t ∗d 2
*+"66 N>m
+e'o (ro(io de! rodi!!o*
El rodillo con mayor peso propio es aquel que tiene más anillos para la conformación es así que el ultimo rodillo de las etapas de conformación es el que tiene ** anillos de las siguientes dimensiones! / - **6mm (diametro mayor) d- 6. mm (diámetro externo del árbol $ueco) nc$o - *" mm Con estos valores se calcula el peso que lo tomaremos como carga distribuida sobre el rodillo! Kanillos -*4*4. N#m
T
Kturbo - ***" N#m
For lo tanto la carga total del peso propio es *
Qoa! , -/0// N1m
Carga eventual de un $ombre sobre el rodillo conformador suponiendo que en alguna de las etapas de conformación el operador se ve obligado a subir sobre el rodillo a a?ustar algUn perno que este suelto por supuesto que todo el equipo estará apagado Cargas que actUan en el rodillo conformador! Estado de carga I(Flano y>x)
Estado de carga II (Flano &>x)
Calculamos los valores resultantes 1 - √ ( 210,4 ) +( 852,6 ) - "6"0 N 2
2
2 2 1C - √ ( 2385,6 ) +(90,2 ) - 0.6". N
2 2 1 - √ ( 108,8 ) +( 405,6) - 8*33 N
2 2 1 - √ ( 217,5 ) +( 79 ) - 0.*8 N
1eempla&ando los valores en
d - 4"4 mm Normali&ando tenemos lo siguiente ! 1
d nominal - 0
2
plg (6. mm)
CJ'F1JVCIJN /E5 1VJ5 Fara tener cierto margen de seguridad al diseñar cualquier elemento de maquina los valores calculados deben estar por deba?o a los valores admisibles ello garanti&a que el elemento no vaya fallar W-
T ∗ L G∗ I p
/onde! W admisible - * para arboles en una longitud equivalente a 0+ veces el diámetro del árbol G - *+"66 N>m (momento de torsión) 5 - *+.8 m (distancia del árbol) X - "+"E3 N>m0 (modulo de elasticidad en torsión) π
Ip -
64
(/8 Y d8) - "+.0E>6 m8 (momento de inercia polar) W - +++0 Z *
DISEÑO DEL E2TREMO DEREC3O DEL RODILLO CONFORMADOR
'aterial del árbol! II *+84 ut - 46+ 'pa (resistencia a la tensión ultima) y - .*+ 'pa (resistencia de Suencia) QV - *,.(dure&a brinell) /eterminamos el momento torsor en el árbol 9550∗ P
G -
n
/onde! F - +04OP n - 0*34 rpm G - *+"66 N>m Calculo de la resistencia a la fatiga corregida para aceros [ e - +4; ut
[ e -0"4 'pa Este valor se reducirá aun mas aplicando varios factores! e - C carga ;C tamaño ; C super
5a carga que se tiene es a Sexión y torsión por lo tanto C carga - * Fa"or de ama4o
5os investigadores $igley y 'itc$el ofrecen una expresión sencilla que es ra&onablemente conservadora! Fara arboles! " mm \ d \ 04+ mm C tamaño - **"3 ; d >++36 sumimos para un diámetro de 8+ mm y tenemos! C tamaño - +". Fa"or de 'u(er5"ie
e propone que se mane?e un ecuación exponencial de la forma * C super+0,4 C super
Xeneralmente las pruebas a la fatiga se lo $acen a temperatura ambiente! Fara 84+ ]^ C
temperatura
- *>+++4";(G>84+)
C temperatura - * Fa"or de "on5a6i!idad
Extraemos el valor correspondiente de tablas para una con
e -*,*68 'pa $ora determinamos el diámetro mínimo del árbol donde utili&aremos directamente la ecuación de diseño de oderberg la cual es un poco conservadora para el diseño a fatiga y su expresión matemática es!
/onde! N - . (factor de seguridad) ' - 0.*8 N Y m (momento Sector) G - *+"66 N Ym (es el momento torsor) y - .*+ 'pa (resistencia a la Suencia) O f - *84 (factor de concentración de esfuer&os) 1eempla&ando estos valores en la ecuación tenemos! / - 8+ mm e requiere de una tapa con sus respectivos pernos para
El catalogo de rodamientos O7 es el más apropiado para proceder a la elección de los rodamientos las cargas que van a soportar dic$os rodamientos ya se las tiene en el diagrama de momentos Sectores y cortantes O7 recomienda que para " $oras de traba?o diario totalmente utili&ados se toma de 0++++ a .++++ $oras de servicio para maquinas industriales For tanto tenemos! 3ora' de 'er7i"io 8L9
5 - 04+++ $rs Gransformando este valor @5A en millones de revoluciones ('1) se tiene! Fara rodamientos que funcionan a velocidad constante!
/onde! 5*+$ - es la duración nominal en millones de revoluciones ('1) C#F - .*3 (relación entre la carga dinámica y equivalente interpolado) n - 0*34 rpm p - . (para rodamientos de bolas) 5*+ - 08,8". '1 Car&a din:mi"a e;ui7a!ene 8+9
los rodamientos están sometidos con frecuencia radiales y axiales simultáneamente Cuando la magnitud y dirección de la carga resultante son constantes la carga dinámica equivalente se obtiene de la siguiente ecuación general! F - x;7r Y y;7a /onde! 7r es la carga radial _ factor radial ` factor axial 7a representa la carga o fuer&a axial actuante en el rodamiento como en el e?e pero en el caso de engrana?es rectos no se tiene esta fuer&a quedando reducida la ecuación a! F - x;7 r For lo tanto ! C#F - C# 7r C - .*3; 7r Con! 7r - 0."6. N C -6,*44 N Con este valor y el diámetro requerido se va a tablas para la elección del rodamiento deseado Kue es la designación N0.+" que es un rodamiento auto > alineable
Dura"i#n de! rodamieno 8L <='9*
/e la serie seleccionada se saca el valor de la carga dinámica que es ! C .84++ N reempla&ando los valores en la ecuación ! 5*+s - 6+434 '1 08,8". '1 For lo tanto para un diámetro de 8+ mm tenemos la siguiente designación que se usara para ambos asientos del rodillo conformador! De'i&na"i#n N> -/=? Com(ro6a"i#n de! :r6o!
/eformación torsional! W-
T ∗ L G∗ I p
Con! G - *+"66 N> m 5 - +*m X - "+"E3 N#m0 I - *0, E>6 m8 W -+++*]Z W admisible De%orma"i#n ran'7er'a!*
∗ critico - 3∗ E∗ I F L
Con! 7 - 0.*804 N (resultante) 5 - +*m E - 0+," E3 N#m0 Diseño y calculo del sistema de reducción
En esta parte se vio por conveniente dos tipos o clases de reducciones >5a primera es una reducción por poleas puesto que con este tipo de reducción nos permite conectar el motor con el e?e de entrada del reductor con una velocidad menor y de esta manera a$orramos acoplamiento entre el motor el=ctrico y el reductor de velocidades
En la segunda parte de la reducción se tiene un reductor de velocidades de dientes inclinados como se di?o anteriormente que consta de dos etapas se opto por dientes inclinados para una operación silenciosa y menor vibración debido a un contacto gradual entre dientes Ca!"u!o @ 'e!e""i#n de ran'mi'i#n enre e! moor @ redu"or de 7e!o"idade'
para la transmisión utili&amos correas en L puesto que son las mas apropiadas y económicas además nos permite tener una reducción de 04!* para este caso Fara la polea motri& tenemos un diámetro asumido de *++ mm que recomiendan fabricantes para un me?or traba?o de las correas y para la polea conducida de acuerdo a reducción tenemos un diámetro de 04+ mm Ca!"u!o de !a' (o!ea' ui!izada' (ara !a ran'mi'i#n +oen"ia de di'e4o
Fd - F motor ; O d /onde! F motor - +04 OP(motor el=ctrico) O d - *0 (factor de servicio para transportadores \ a *+$#día) Fd -+.+ OP Con la potencia de diseño y la velocidad del e?e mas rápido determinamos la sección de fa?a a usar Fara sección de banda en @LA tipo relacion de transmision será! 250
i-
100
- d0#d* -04
20 - 2 motor #i - 4,8 rpm 1ango nominal de distancias centrales d0 \ C \. ; (d 0 H d*) 1eempla&ando valores tenemos 04+ \ C \ *+4+ mm sumimos! C- ,++ mm
Lon&iud de !a' "orrea'
1eempla&ando valores! 5 - *64"" mm /e la tabla N*6 >. seleccionamos una longitud estándar 5 - *6,+ mm Con esta longitud estándar volveremos a veri
V - 8"80 mm
C - ,++, mm +oen"ia nomina! a)u'ada
+oen"ia nomina!
L m - ,*0 m#min a- 0,8" c - 4.0, e - ++*., El factor O d se extrae de tabla *6>8 O d - **. For lo tanto reempla&ando valores en la ecuación tenemos! F n -*"3 OP Coe5"iene de ar"o de "ona"o
/0>d*#C - +04 /e tablas sacamos el valor correspondiente a +04 interpolado! O o - +3,, Fa"or de "orre""i#n de !on&iud 8 9
Con la longitud estándar de *6,+ mm vamos a tablas e interpolando tenemos! O t *++8 For lo tanto la potencia nominal a?ustada es! Fa - *". OP E! numero de 6anda' e'*
N de bandas -
potenciade diseño potencia nom. Ajustada
-+*, * U'ar una 6anda i(o a? La' "Ba7ea' 'e 'e!e""ionan en %un"i#n a! di:mero de! :r6o!0 e' (or e'o ;ue aBora (ro"edemo' a 'e!e""ionar !a "Ba7ea (ara e! moor e!"ri"o @ (o!ea moriz. Ui!izando !a 'i&uiene e"ua"i#n deerminamo' e! (ar or'or*
G -
9550∗ P
n
G - *,3 N>m ntes de empe&ar a $acer los cálculos correspondientes primeramente se debe seleccionar el material de la c$aveta y dimensiones de la misma para luego comprobarla posteriormente 'aterial II *+*4 ut - .8+'pa y - *3+ 'pa b - .0mm
t - 08 mm
Com(ro6a"i#n a! Core
5as ecuaciones que vamos a usar en esta parte son!
/onde! G - *,3 N>m
t - *0 mm
b - .0 mm
N - 0(factor de seguridad)
1eempla&ando en las ecuaciones tenemos! s - 864 'pa
5 - *4" mm
Ca!"u!o de !a' "adena' (ara ran'miir (oen"ia en !o' rodi!!o'
Di'e4o de! 'i'ema (ara re&u!ar e! rodi!!o 'u(erior
%n tornillo de aplicación de fuer&a o potencia es un dispositivo en la maquinaria para convertir un giro o despla&amiento angular en un despla&amiento lineal
Fara el caso nuestro es recomendable utili&ar un tornillo de rosca cme que tiene un angulo incluido de 03 esto $ace que su fabricación sea mas fácil además permite el empleo de una tuer&a partida la cual puede a?ustarse para compensar el desgaste a!ore' de !a "ar&a
Feso de los elementos del rodillo conformador! 2 total - 43.*, N (carga para subir) $ora determinaremos el par torsor necesario que puede e?ercer una persona para poder subir o ba?ar el rodillo conformador G -
F ∗ D 2
/onde ! / - *" mm(diámetro del volante) 7 - .+ Og - 038. N (fuer&a que e?erce la persona) 1eempla&ando! G - 0,4 N>m $ora seleccionamos la rosca cme que tiene las siguientes dimensiones principales(en pulgadas)! 'aterial II *+0+ /iametro mayor - *++ in Qilos por pulgada - 4 Faso de rosca - +0+ in /iámetro de paso - +3+ in /iámetro menor - +"+ in rea de esfuer&o a tensión - +4," in 0 Ca!"u!o de! (ar or'or ne"e'ario (ara !e7anar !a "ar&a
Con! F - 43.*, N(*...4 lbf)
d p - +3+ in d c - *0+ in 9 - 9o - +*4 5 - +* in 1eempla&ando estos valores en la ecuación tenemos! Tu , /0 N m8/H0 !6%Jin9 Ca!"u!o de! (ar or'or ne"e'ario (ara 6a)ar !a "ar&a
1eempla&ando valore8s tenemos! Gu - *+.* N>m (lbf>in) For tanto se ve claramente que! Gu Gd ZG Esto signi
En caso de que se tenga un mismo material tanto para el tornillo como para la tuerca se recomienda para roscas cme que la longitud mínima de la tuerca sea! 5 tuerca +, d For lo tanto la longitud mínima recomendada por X' es la que se menciona anteriormente pero por ra&ones de establecer una mayor
