I
UNIVERSIDAD AUTONOMA GABRIEL RENE MORENO FACULTAD POLITECNICA Mecánica de producción
Proyecto de diseño y construcción de una estructura mecánica MATERIA
PREPARACION DE PROYECTO:
SIGLA
: MIA- 601
DOCENTE
: ING. MSC. ALFONSO VELASCO GONZALES
TITULO DE PROYECTO: SISTEMAS DE ENGRANAJES. INTEGRANTES INTEGRANTE S
# rejistro
: barba borda fernin f ernin
………………………
210076 941
: tejerina serrano limber Fernando … 212108026
SANTA CRUZ, DICIEMBRE 2018
indice
1Introducion……………………………………………………………………………………1 2. Justificación Justificación ……………………………… ………………………………..…………………………………………… ..………………………………………………1 …1
3 Objetivo general …………………………………..………………………………………1 4. Objetivos específicos.-………………………………………………………………….1 5. Marco teórico.- ……………………………………………………………………………..2 6. Construcción y montaje de la la cajareductora…………………………..………………………………………………………2 6.1.generalidades.………………………………………………………….....…….……….3 7 requerimientos para la construcción………………………..……………… construcción………………………..………………………………………………………… …………………………………………..3 ..3
7.1 maquinas y equipos equipos ………..…………………………………………………………3 7.2 herramientas …………………..………………………………………………..……….3 7.3 Instrumentos de medición y vericicacion …………...............................3 7.4 Elementos normalizados …………………………………………………………………………………...3 7.5 elementos a construir…………………… construir…………………………………………………………… …………………………………………..3 …..3
7.6 Hoja de proceso …………………………………………………………………………4 7.7 realizacion de los cálculos ( Nomenclatura ) …………………………..…5 7.8 Cálculos de engranajes ……………………………………………………………...6 8 requeriminetos para la construcción …………………………………….…….6 8 1Instrumentos de medición …………………………………………………………6 8.2 maquinas y equipos …………………………………………………………………..7
8.5 elementos a construir ……………………………………………………………….7 9 requeriminetos para la construcción……………………………………………7 9.1Maquinas 9.1Maquinas y equipos……………………………………………………….……………8 9.2 Herramientas ……………………………………………….……………………………8 9.3 Instrumentos de medición ……………………………………………………..….9 9.4 Resumen de la materia prima acero ……………………………………….…9 9.5 Engranajes de acero ……………………………………………………………….…9 9.6 ELECTRODOS …………………………………………………………………………...10 9.7 Elementos construidos en el taller …………………………………………...10 10. Características Características físicas y químicas de los aceros utilizados.- ……..11 10.1 Tipo de acero sae 104510.2 CARACTERÍSTICAS Y APLICACIONES…………………………………………………………………………….…12 10.2 CARACTERÍSTICAS Y APLICACIONES APLICACIONES ………………………………………12 10.3utilidades10.4resistencia …………………………………..…………........…..12 10.4resistencia ……………………………………………………………………….……..12 11 ACERO 4140 EN LA NORMATIVA SAE - AISI – UNE – ASTM…………12 11.1 Descripción: ……………………………………………………………………..……12 11.2 Normas involucradas: ASTM 322 …………………………………………...13
11.3Propiedadesmecánicas: ………………………………………………………….13 11.4resistencia ………………………………………………………………………………13 11.5Propiedadesquímicas: Tilidades……………………………………..………13 116.Usos: ………………………………………..…………………………………………..…13 11.7Tratam 1……………………………………………….…………………………………13 11.8No………………………………………………….……………………………...………….…13 1.9Tomado
ientos térmicos………………………………………………...………….…13
12. Plano y dimensiones de la estructura.-…………………………………………..….. 13 ……………………………………………………………………………………………………………………14 ……………………………………………………………………………………………………………………15 ……………………………………………………………………………………………………………………16 ……………………………………………………………………………………………………………………17
13. Cronograma de actividades.- ………………………………………………………………18 14. Análisis de costos.-……………………………………………………………………………..18 15. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.RECOMENDACIONES.- …………………………………………….19 15.1 CONCLUSIONES ………………………………………………………………………………..20 15,2 recomendaciones de caja reductora ……………………………..………………….21 16 Biografía …………………………………………………………………………………………… 22
17 APUNTES DE CLASES …………………………………………………………….,…23
Introducion Hemos hecho este proyecto para poder ver cómo funciona un sistema de engranajes. Ya que podemos ocuparlos en el área industrial industrial en el área automotriz en la caja de cambio, usamos materiales como acero, rodamientos, una plancha de 6 mm. Este proyecto tuvimos que buscar el tamaño de los engranajes, el cálculo de los engranajes.
2. Justificación.El presente proyecto se inscribe dentro del espíritu de investigación de estudiantes, que cursan la materia de MIA 601 PREPARACION DE PROYECTO, y que quieren aportar al desarrollo del conocimiento conocimiento técnico y científico de la región, desarrollando desarrollando ideas y acciones que se traducen en la construcción de un sistema de de engranajes , utilizando materiales del medio. Además, este proyecto de una est4ructura d acero será de mucha utilidad para el taller de mecánica y para los alumnos de la carrera
3 Objetivo general caja de reducicion de velocidad : para uso de demostracion de las relaciones de los engranajes para transmitir velocidades y reducirlas con el objetivo de poder ver su funcionamiento de forma visual mas fácil y comprender el funcionamiento y de acero para que perdure mas dentro de la carerra de mecánica para las futuras generaciones
4. Objetivos específicos .Identificar las variables del proceso (tipos de materiales, soldadura, tamaño, etc.). Realizar cálculos para la construcción de unos sistemas de engranajes. Dimensiones d la estructura mecánica. Construir la estructura.
1
5. Marco teórico.Los engranajes son mecanismos destinados a transmitir potencia y movimiento entre los diferentes elementos de una máquina. Un engranaje es un conjunto de dos ruedas dentadas cuyos dientes encajan entre sí, de tal manera que al girar una de ellas arrastra a la otra. Ahora bien, en el lenguaje l enguaje corriente el término engranaje también se emplea para denominar las ruedas dentadas individualmente. Desde tiempos muy antiguos, l os engranajes se han utilizado como sistema de transmisión, aunque su forma y los materiales empleados en su construcción construcción han evolucionado. En la antigüedad fueron muy conocidos los inventos de Hero, un sabio griego de la escuela de Alejandría, que construyó muchos aparatos que funcionaban mediante engranajes. Al principio, los engranajes se construían de madera pero, en la actualidad, los materiales que se emplean en su fabricación son principalmente los metales y los plásticos. La transmisión de movimiento y fuerza mediante engranajes tiene importantes ventajas mayor solidez de los mecanismos reducción del espacio ocupado, relación de transmisión más estable (no hay posibilidad de resbalamiento), posibilidad de cambios de vel ocidad automáticos, reducción reducción del ruido y mayor capacidad de transmitir potencia. Los engranajes, debido a las ventajas que comporta su utilización, tienen un amplio campo de aplicación y se util izan en todo tipo de máquinas y aparatos: automóviles batidoras, relojes, juegos, etc.
6. Construcción y montaje de la caja reductora 6.1.- generalidades.La construcción construcción de un sistema de engranaje se se realizó en el taller de la carrera carrera de mecánica general, general, en la avenida Ejercito Nacional Nacional Nº 155, en donde existen todos los equipos necesarios para la construcción construcción de los elementos que conforman la estructura estructura mecánica. Un factor importante que que se debe de tener en cuenta es de obtener en el mercado toda la materia prima y los elementos que conforman la construcción de un sistema de engranajes.
2
7 requerimientos para la construcion 7.1 maquinas y equipos Torno convencional maquina de soldar freza universal taladro mortajadora o mas conocido como sepillo oxigeno esmeril
7.2 herramientas Llave alen , para las maquinas Llave convinadas para las maquinarias Cepillo de acero para las partes soldadas Lijas mumero 120
7.3 Instrumentos de medición y vericicacion Calibrador, para la mediciones de engranajes y distrancias de centros Micrómetro para los dar los ajustes alos ejes pára los rodamientos
7.4 Elementos normalizados Calibradores ,equipo de soldadura, entorno de taller y el equipo adecuado de seguridad al momento de l. a construcción de la caja reductora
7.5 elementos a construir Los ejes de soporte para los engranajes Los engranajes con la medida del modulo 1.75 La bases para los rodamientos
3
7.6 Hoja de proceso Pieza
mecanizado
Materia prima
cantidad
Tiempo min
engranajes
Torno, freza ,mortajadora
Acero
4
1200 MIN
ejes
Torno, freza ,taladro
acero
3
540
base de rodamientos
Torno maquina de soldar
acero
6
1080
soporte de base
Cierra amoladora maquina de soldar
acero
6
720
4
7.7 realizacion de los cálculos ( Nomenclatura )
Nomenclaturas
Formulas
M = modulo
M = Dext/(z+2)
De =Diámetro exterior
D = M*(Z+2)
Z = numero de dientes
Z = (Dext/M) -2
C = distancia de centos
C = D1+D2/2
H = altura del diente
H = M* 2.25
5
7.8 Cálculos de engranajes ENGRANAJES A ,B ,C , D ENGRANAJE A
FORMULA
CALULOS DE ENGRANAJES
RESULTADOS
M = 1.75
M=
M = 38.5/(20+2
M = 1.75
Dext/(z+2)
Z = 20
Z= Z = (38.5/1.75)-2 (Dext/M) -2
Z = 20
De =
=1.75*(20+2) D = M*(Z+2) De =1.75*(20+2)
De = 38.5mm
38.5mm
H = 3.93
H = M* 2.25
H = 1.75*2.25
H =3.93
ENGRANAJE
FORMULA
CALULOS DE ENGRANAJES
ENGRANAJE B
M=
M = 108.5/(60+2)
M = 1.75
B M = 1.75
Dext/(z+2)
Z = 60
Z= (Dext/M) -2
Z = (108-5/M)-2
Z = 60
De =
De =
De = 1.75(60+2)
De = 108.5mm
108.5mm
M*(Z+2)
H = 3.93
H = M* 2.25
H = 1.75*2.25
H = 3.93
CALULOS DE
ENGRANAJE C
ENGRANAJE FORMULA
C
ENGRANAJES
M = 1.75
M=
M = 42/(22+2)
M = 1.75
Z = (22/1.75)-2
Z = 22
Dext/(z+2)
Z = 22
Z= (Dext/M) -2
De = 42mm D = M*(Z+2) De = 1.75(22+2)
De = 42mm
H = 3.93
H = M* 2.25
H = 1.75*2.25
H =3.93
ENGRANAJE D
FORMULA
CALULOS DE ENGRANAJES
ENGRANAJE D
M = 1.75
M=
M = 129.5/(72+2)
M = 1.75
Dext/(z+2)
Z = 72
Z= Z = (129.5/1.75)2 (Dext/M) -2
Z = 72
De =
=1.75*(72+2) D = M*(Z+2) De =1.75*(72+2)
De = 129.5mm
129.5mm
H = 3.93
H = M* 2.25
H = 1.75*2.25
H = 3.93
8 requeriminetos para la construcción Maquinas y equipos Tono convecional : para el torniado de los ejes y los acoples de los rodamientos Freza universal : para el mecanizado de los engranajes Maquina de soldara para la fijación de las bases y armazón de la extrutura Equipo de oxigeno : para el empagonado de los engranajes 6
Herramientas Sincel ,martillo escobilla de acero acero : para limpiar inpuresas y escoria escoria de la soldadura
8 1Instrumentos de medición Calibrador : para calibra las distancias de centos y diámetros de engranajes y ejes Micrómetro: para dar ajustes alos ejes y bases de los rodamientos Conplas interno : para calibar la baje de los rodamientos 8.2 maquinas y equipos Torno convencional , maquina de soldar , freza universal , oxigeno ,esmeril . herramientas Llave alen , para las maquinas Llave convinadas para las maquinarias Cepillo de acero para las partes soldadas Lijas mumero 120
8.3 Instrumentos de medición y vericicacion Calibrador, para la mediciones de engranajes y distrancias de centros Micrómetro para los dar los ajustes alos ejes pára los rodamientos
7
8.4 Elementos normalizados Calibradores ,equipo de soldadura, entorno de taller y el equipo adecuado de seguridad al momento de l. a construcción de la caja reductora
8.5 elementos a construir Los ejes de soporte para los engranajes Los engranajes con la medida del modulo 1.75 La bases para los rodamientos
Hoja de proceso 9 requeriminetos para la construcción 9.1Maquinas y equipos Tono convecional : para el torniado de los ejes y los acoples de los rodamientos Freza universal : para el mecanizado de los engranajes Maquina de soldara para la fijación de las bases y armazón de la extrutura 8
9.2 Herramientas Sincel ,martillo escobilla de acero acero : para limpiar inpuresas y escoria escoria de la soldadura Lijas: para una pulida para la pintura de soportes y baje principal de la extrutura
9.3 Instrumentos de medición Calibrador : para calibra las distancias de centos y diámetros de engranajes y ejes Micrómetro: para dar ajustes alos ejes y bases de los rodamientos Conplas interno : para calibar la baje de los rodamientos 9.4 Resumen de la materia prima acero Ejes de ajes ajes de acero diámetros De = Ejes 1 = diámetro 16x45 2 = diámetro 16x45 3 = diámetro 16x45 9
9.5 Engranajes de acero A = diámetro exterior De = 38.5mm B =diámetro exterior De = 108.5mm C =diámetro exterior De = 42mm D =diámetro exterior De = 129.5mm Rodamientos SKF De = kfs 10x24
9.6 ELECTRODOS ELECTRODOS 3 6013 punto rojo ELECTRODOS 4 7018 Plancha de acero 1 4140 sae Brocas 1
9.7 Elementos construidos en el taller Base de rodamientos 10
Engranajes Soporte de bases de rodamiento
110. Características físicas y químicas de los aceros utilizados.10.1 Tipo de acero sae 1045
11
10.2 CARACTERÍSTICAS Y APLICACIONES SAE 1045 es un acero al carbono, con un contenido del mismo, de aproximadamente 0.45%. Se utiliza sin tratamiento térmico en la fabricación f abricación de piezas de maquinaria, tales como barras de pistón, piezas de embrague,( engranajes,) árboles, tornillos, ejes en general, pernos, husillos y especialmente en la industria azucarera en las masas, bases de troqueles y moldes para sustituir el hierro.
10.3 utilidades Utilizado en la industria automotriz en partes que requieren dureza y tenacidad. Responde fácilmente al tratamiento térmico de endurecimiento mediante temple. Especialmente en agua. Buena maquinabilidad, maquinabilidad, típico para temple a la llama por inducción.
10.4 resistencia Resistencia media en estado laminado en caliente o forjado, es típico para ser templado a la llama o por inducción obteniendo una dureza superficial de 54 -56 HRc. Con una penetración de 2.5mm, puede ser soldado. Ampliamente utilizado en la industria automotriz y productos de forja, se usa para manivelas, chavetas, pernos, bulones, engranajes, acoplamientos, árboles bielas, cigüeñales, piezas de armas, cañones de fusiles, espárragos, tornillería grado 5, herramientas agrícolas, (hachas, azadones, rastrillos, etc.). Las palanquillas (cuadrados en aristas redondeadas) se utilizan en rieles de puente grúa, herramientas agrícolas como almodanas, martillos de bola y partes de maquinaria. Soldadura AWS E-7018 / Dureza final obtenida: 55HRc.
11 ACERO 4140 EN LA NORMATIVA SAE - AISI – UNE UNE - ASTM CERO AISI-SAE 4140 (UNS G41400)
11.1 Descripción: es un acero medio carbono aleado con cromo y molibdeno de alta templabilidad y buena resistencia a la fatiga, abrasión e impacto. Este acero puede ser nitrurado para darle mayor resistencia a la abrasión. es susceptible al endurecimiento por tratamiento térmico
12
11.2 Normas involucradas: ASTM 322 11.3 Propiedades mecánicas: Dureza 275 - 320 HB (29-34 HRc) Esfuerzo a la fluencia: 260 MPa (100 KSI) Esfuerzo máximo: 900-1050 MPA (130-152 KSI) Elongación mínima 12% Reducción de ara minima 50%
11.4 utilidades 11.5 Propiedades químicas: 038 - 0.43% C 0.75-1.00% Mn 0.80-1.10% Cr 0.15-0.25% Mo 0.15-0.35% Si 0.04% P max 0.05%S max
116. Usos: se usa para piñones pequeños, tijeras, engranajes, tornillo de alta resistencia, espárragos, guías, seguidores de leva, ejes reductores, cinceles.
11.7 Tratamientos térmicos : se austeniza a temperatura entre 830-850ºC y se da temple en aceite. El revenido se da por dos horas a 200ºC para obtener dureza de 57 HRc y si se da a 315ºC la dureza sera de 50 HCr. Para recocido se calienta entre 680-720ºC con dos horas de mantenimiento, luego se enfría a 15ºC por hora hasta 600ºC y se termina enfriando al aire tranquilo. Para el alivio de tensiones se calienta entre 450-650ºC y se mantiene entre 1/2 y 2 horas. Se enfría en el horno hasta 450ºC y luego se deja enfriar al aire tranquilo.
11. 8 Nota:
los valores expresados en las propiedades mecánicas y físicas corresponden a los valores promedio que se espera cumple el material. Tales valores son para orientar a aquella persona que debe diseñar o construir algún componente o estructura pero en ningún momento se deben considerar con valores estrictamente exactos o para su uso en el diseño.
13
11.9 Tomado de http://www.sumiteccr.com/Aplicaciones/Art http://www.sumiteccr.com/Aplicaciones/Articulos/pdfs/AISI%20414 iculos/pdfs/AISI%204140.pdf 0.pdf Fecha de visita : 20/noviembre/2018
12. Plano y dimensiones de la estructura.-
14
15
16
17
13. Cronograma de actividades.ACTIVIDADES
SEPTIEMBRE
OCTUBRE
NOVIEMBRE
Elaboración perfil del proyecto Aprobación Compra de materiales Construcción de Equipos Plan de pruebas Presentación del proyecto
14. Análisis de costos.MATERIAL
CANTIDAD
VALOR UNITARIO (BS)
VALOR TOTAL (BS)
Barras de acero
6
6
36
Plancha de acero
1
30
30
Rodamientos
6
10
60
Electrodos
7
3
21
Pintura anticorrosiva Sub-total Imprevistos(10% subtotal) TOTAL COSTO MATERIALES
1
15
15
1
9
9
18
15. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.RECOMENDACIONES.15.1 CONCLUSIONES Casi podría decirse que los motores son como el `corazón de l a industria'. Pero ese `corazón' tiene diferentes ritmos y funciona a distintas velocidades, dependiendo del uso que se le quiera los reductores de velocidad son indispensables en todas las industrias del país, desde los que producen cemento hasta los laboratorios de medicamentos requieren en sus máquinas mecanismos. Los reductores son diseñados a base de engranajes, mecanismos circulares y dentados con geometrías especiales de acuerdo con su tamaño y la función en cada motor. Sin la correcta fabricación de los motorreductores, las máquinas pueden presentar fallas y deficiencias en su funcionamiento. La presencia de ruidos y recalentamientos pueden ser aspectos que dependan de estos mecanismos, de allí la importancia i mportancia del control de calidad. “El desarrollo de esta máquina y del sistema inteligente de medición le permite a las l as
empresas ser mucho más competitivas y aumentar sus conocimientos. En pocas palabras los reductores son sistemas de engranajes que permiten que los motores eléctricos funcionen a diferentes velocidades para los que fueron diseñados.
19
Rara vez las máquinas funcionan de acuerdo con las velocidades que les ofrece el motor, por ejemplo, a 1.800, 1.600 o 3.600 revoluciones por minuto. La función de un motorreductor es disminuir esta velocidad a los motores (50, 60, 100 rpm) y permitir el eficiente funcionamiento de las máquinas, agregándole por otro lado potencia y fuerza. Reductor de velocidad: Los Reductores ó Motorreductores son apropiados para el accionamiento de toda clase de máquinas y aparatos de uso industrial, que necesitan reducir su velocidad en una forma segura y eficiente. Las transmisiones de fuerza por correa, cadena o trenes de engranajes que aún se usan para la reducción de velocidad presentan ciertos inconvenientes. Al emplear REDUCTORES O MOTORREDUCTORES se obtiene una serie de beneficios sobre estas
otras formas de reducción. Algunos de estos beneficios son: • Una regularidad perfecta tanto en la velocidad como en la potencia transmitida. • Una mayor eficiencia en la transmisión de la potencia suministrada por el motor. • Mayor seguridad en la transmisión, reduciendo los costos en el mantenimiento. • Menor espacio requerido y mayor rigidez en el montaje. • Menor tiempo requerido para su instalación.
20
15,2 recomendaciones de caja reductora 1.) Limpiar cuidadosamente el reductor de los reciduos del embalaje y de los eventuales productos de proteccion. Prestar especial atencion a las superficies de acoplamiento. 2.) Verificar que los datos indicados en la placa de caracteristicas corresponden a los especificados en el pedido. 3.) Asegurese que la estructura que se vincula el reductor posea las caracteristicas de rigidez robustez suficiente para soportar el peso propio y la fuerza generada durante el funcionamiento. 4.) Verificar que la maquina sobre la cual se instalael reductor este parada y quede impedido el arranque accidental. 5.) Verificar que l as superficies de acoplamiento sean planas. 6.) Verificar la correcta alineacion de eje/eje o eje/taladro. 7.) Disponer de las adecuadas protecciones de seguridad relacionadascon relacionadascon los elementos e lementos giratorios externos al reductor. 8.) Si el ambiente de trabajo es considerado corrosivo para el reductor o sus componentes, es necesario recurrir a preparados espesificos estudiados para los ambientes agresivos. 9.) Sobre todos los ejes de acoplamiento entre el reductor/motor y otros elementos, es aconsejable usar una pasta protectora que facilite el acoplamiento y obstaculice la oxidacion de contacto. 10.)En caso de instalacion al aire libre, y e n presencia de motor electrico, proteger este ultimo del rociado directo y del efecto de la intemperie mediante interposicion de pantallas o coberturas. Garantizar de todos modos una ventila cion suficiente.
21
16 Biografía
Biografía Diseño de Elementos de Maquinas (cuarta edición). •SHIGLEYDiseño en Ingeniería Mecánica (quinta edición). •SPOTT Diseño de Elementos de Maquinas. •NICOLAS LARBURU ibujo de Maquinas. •MOTT Diseño de Elementos de Maquinas. •MANUAL ICHA. •MANUAL LUBRICANTES ESSO. •MANUAL INDURA. •MANUAL RODAMIENTOS SKF. • ANUAL DE RODAMIENTOS TIMKEN en WEB TIMKEN ON LINE.
22
17 APUNTES DE CLASES Los reductores de velocidad son mecanismos apropiados para reducir velocidades, para Diferentes tipos de máquinas y además como uso principal el de transmitir potencia.Los diferentes tipos de reductores que p ueden construirse están instalados a un motor, que es el que lesproporciona la velocidad de rotación y la potencia requerida para el trabajo requerido, estos motorespueden ser de: combustión interna, eléctricos, y a gas.Los reductores de velocidad pueden ser de diferentes tipos como ser por correas de cuero que puedentransmitir potencias bajas y también potencias bajas, aunque estas ya están quedando obsoletos, tambiéntenemos correas trapezoides, que pueden transmitir potencias de diferente tipo si están adecuadamentediseñadas y aparejadas con otras, otro tipo de reductor son las cadenas que funcionan a velocidades bajasde rotación y pueden transmitir potencias relativamente grandes, los mejores reductores son los engranajes , porque transmiten potencias grandes y además pueden girar a velocidades altas, y la vida útilde estos es muy elevada, y para esto deben tener un mantenimiento adecuado a su trabajo y un buensistema de lubricación
23
