U.P.A
SINFÌN
ALUMNO:
1.2 POSIBLES SOLUCIONES …….3
2. ANALISIS DE SOLUCIONES VIABLES 7
2.1 ¿QUE ES UN MOTO REDUCTOR? ……7
2.2 DESCRIPCIÓN DE REDUCTORES ……7
2.3 JUSTIFICACIÓN ……9
2.4 LIMITACIONES …..10
2.5 FUNCIONES …..10
PROPUESTA 13
CATARINA …..13
(REDUCTOR DE VELOCIDAD) ….15
3.2.2 ENGRANES, TORNILLOS Y
3.2.2.3 DISEÑO DEL EJE DE LA CORONA …..23
3
3.4 DISEÑO DE LOS CUÑEROS PARA EL EJE DE
LA CORONA .......39
4.1 COSTO DE MATERIA PRIMA Y DE
PRODUCCION …..44
En la industria en general existen diversos problemas. Uno
de los más comunes es al momento de querer ensamblar un
motor (como generador de movimiento) a un mecanismo,
ya que generalmente el motor tiene una gran cantidad de
r.p.m. las cuales no se pueden utilizar tal cual para unirse
ha dicho mecanismo. Casi podría decirse que los motores
son como el corazón de las industrias. Pero ese corazón
tiene diferentes ritmos y funciona a distintas velocidades,
dependiendo del uso que se le quiera dar. Por eso 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 estos mecanismos.
1.2 POSIBLES SOLUCIONES
La solución mas viable es la de reducir las r.pm. de salida
del motor a una velocidad con la cual se pueda trabajar, sin
afectar el rendimiento del motor y la potencia transmitida.
1.-Una sugenecia es la de reducir las r.p.m mediante un
sistema de poleas y bandas.
2.- Readucir las r.p.m mediante una transmisión (caja de
velocidades).
5
velocidad.
4.- La reducción de las r.p.m. mediante un sistema de
catarinas y cadenas.
5.- La combinación de dos o más de los métodos antes
mencionados.
Haciendo un análisis de cada uno de los puntos anteriores:
-Reducir las r.p.m mediante un sistema de poleas y
bandas. Puede ser una muy buena opción pero se desecho
ya que al emplear bandas podemos reducir en gran medida
las r.p.m. pero afectamos la potencia que el motor
transmite. Además de que requiere de mantenimiento
constante, hay que reemplazar las bandas en un lapso de
tiempo muy corto comparado con los demás procedimientos
y es muy espacioso y riesgoso.
velocidades). Esta también es una buena opción pero el
costo de adaptar una caja de velocidades de un motor a un
mecanismo es muy clavado. También se podría diseñar una
caja especial para cada caso, lo cual también es demasiado
costoso. Por lo que esta opción también se desecho.
-La reducción de las r.p.m. mediante un sistema de
catarinas y cadenas. Esta también es una buena opción pero
tiene la desventaja de que es muy espacioso y hay que darle
mantenimiento constante a las cadenas lo cual al paso del
tiempo se convierte en un gasto mayor. La idea también se
desecho.
-La combinación de dos o más de los métodos antes
mencionados. Esta es la opción menos viable ya que el costo
de ingeniería y mano de obra para poder adaptar algunos
de los métodos anteriores a un mecanismo seria demasiado
elevado además de que el mantenimiento seria constante lo
cual implicaría un gasto extra.
-Reducción de las r.pm. mediante un reductor de
velocidad. Para poder resolver este problema empleamos
un reductor de velocidad el cual sirve de unión entre el
motor y el mecanismo. Y al realizar un análisis de los costos
es el que tiene un costo menor, además de que no se
pierden las características de entrada del motor, al
contrario se pueden mejorar.
2.1 ¿QUE ES UN MOTO REDUCTOR?
Los reductores son sistemas de engranajes que permiten
que los motores eléctricos funcionen a diferentes
velocidades para los que fueron diseñados.
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
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 de
velocidad 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.
suministrada por el motor.
en el mantenimiento.
Menor tiempo requerido para su instalación.
Los reductores de velocidad se suministran normalmente
acoplando a la unidad reductora un motor eléctrico
normalizado asincrónico tipo jaula de ardilla, totalmente
cerrado y refrigerado por ventilador para conectar a redes
trifásicas de 220/440 voltios y 60 Hz.
Para proteger eléctricamente el motor es indispensable
colocar en la instalación de todo reductor un guarda motor
que limite la intensidad y un relé térmico de sobrecarga.
Los valores de las corrientes nominales están grabados en
las placas de identificación del motor.
Normalmente los motores empleados responden a la clase
de protección IP-44 (Según DIN 40050). Bajo pedido se
puede mejorar la clase de protección en los motores y
unidades de reducción. Algunos tipos de reductores de
velocidad (moto reductores) son los siguientes:
10
En todo tipo de industria siempre se requiere de equipos,
cuya función es variar las r.p.m. (revoluciones por minuto)
de entrada, que por lo general son mayores de 1200,
entregando a la salida un menor número de r.p.m. Esto se
logra por medio de los reductores de velocidad.
Debido a la gran necesidad de reductores de velocidad
fabricados por medio de engranajes de acero, nuestra
empresa ha decidido emprender el proyecto de diseño del
reductor de velocidad por medio de tornillo sinfín y
engrane recto, para satisfacer el mercado nacional. Como la
mayoría de los reductores de velocidad en el país son de
origen extranjero y de costos altos, se decidió hacer un
diseño, por medio del cual su precio no sea mayor al de los
productos extranjeros, para entrar en la competencia.
El producto encaja en las bodegas de empresas
manufactureras que tienen la necesidad de manipular rollos
o materiales similares, tales como: telas, alambre,
alambrón, mallas ciclónicas, etc.
El usuario necesita tener menos gente en su empresa, por
todos los servicios y atenciones que se les tienen que dar,
por lo tanto compran maquinas con motor, las cuales no se
ajustan totalmente a sus velocidades de servicio, los ajustes
de velocidades se logran mediante los reductores de
velocidad.
AGMA.
11
Clase de servicio: moderado o de clase II (ver tabla 1).
El reductor deberá hacerse con materiales disponibles en
México.
los manuales de instalación.
La velocidad de entrada será de 1750 r.p.m. y la de salida
de 30 r.p.m.
a estar conectado a una transmisión por cadena para el
manejo de material (telas, mallas ciclónicas, alambres,
alambrón) con uso aproximado de 10 horas por día.
La máxima reducción de velocidades es de 60
La potencia a transmitir es de 1 HP.
El factor de servicio será de 1.25
También pensamos que la falta de experiencia será un
factor muy importante para el desarrollo de este proyecto
por que puede que algunas consideraciones que tomemos en
cuenta no sean las adecuadas para el tipo de reductor que
deseamos realizar.
Creemos que el mercado se puede ampliar un poco si nos
concentramos en analizar otro tipo de casos en los que se
necesite emplear un reductor de velocidad aunque esto
necesitaría un estudio detallado.
con otra empresa dispuesta a emprender este proyecto.
Pensamos que podríamos apoyarnos en las experiencias de
otras compañías para realizar este proyecto sin embargo
talvez no podamos conseguir ese tipo de información,
debido a que muchas empresas en México están cerradas.
12
comercios.
Mantener y transmitir la potencia de la forma más eficiente
del motor.
en el mantenimiento.
suministrada por el motor.
Reducir la mano de obra empleada en el transporte del
material.
Reducción del tiempo de manejo de material, ya que solo se
tiene que colocar el material que se va a mover en el
transportador, este transportador consta de una
transmisión por cadena un reductor de velocidad y un
motor eléctrico.
PROPUESTA
3.1.1 SELECCIÓN DE LA CADENA Y
CATARINA
FPMV 60
.100kgW
El coeficiente de rozamiento para la cadena es de 0.15
TWF
33000
mL 02.20
Catarina seleccionada:
piesmmPcd 636.0194
8Dientes No.
Cálculo de la velocidad angular de la catarina(es igual a la
velocidad de salida del reductor de velocidad).
rV
(REDUCTOR DE VELOCIDAD)
Engranes cilíndricos.
Engranes cónicos.
Tornillo sinfín.
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 del control de calidad.
El desarrollo de esta máquina y del sistema inteligente de
medición le permite a las 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.
Rara vez las máquinas funcionan de acuerdo con las
velocidades que les ofrece el motor, por ejemplo, a 1800, 1600
o 3600 revoluciones por minuto. La función de un moto
reductor es disminuir esta velocidad a los motores (50, 60, 100
18
agregándole por otro lado potencia y fuerza
3.2.2 DISEÑO DEL CONJUNTO CORONA-SINFÍN
3.2.2.1 CÁLCULOS
LbWW tGxW 81.527
LbWW xGtW 79.50
LbWW rGrW 92.192
21
KSIS
KSIS
y
ut
133
152
5.0 utSSe
KSISe 761525.0
3 1
2 1
M kf
N D
El momento máximo esta a 3.5 pulg., donde se localiza el tornillo sinfín,
5.1kf para ejes rotatorios.
22
Para el cálculo de los diámetros del eje se utiliza la ecuación de
SODENBERG:
RS CCSnSn '
913.0 3.0
75.0RC
22
De tablas se obtiene que Sn es igual a 55KSI
KSIKSISn 70.3775.0913.055'
A la izquierda no hay momento ni par torsor.
'
Diámetro B (posicionamiento del rodamiento).
A la derecha hay par torsor (tomando en consideración un momento a
1.0 del soporte).
22
El diámetro para la parte A del eje es el mayor:
"307.0 2
24
KSIS
KSIS
y
ut
133
152
26
3 1
2 1
M kf
N D
El momento máximo esta a 3.5 pulg., donde se localiza el tornillo sinfín,
5.1kf para ejes rotatorios.
22
Para el cálculo de los diámetros del eje se utiliza la ecuación de
SODENBERG:
RS CCSnSn '
877.0 3.0
75.0RC
De tablas se obtiene que Sn es igual a 55KSI
KSIKSISn 19.3675.0877.055'
A la izquierda no hay momento ni par torsor.
27
A la derecha hay par torsor.
in KSI
Diámetro B (posicionamiento de la corona)
Existe momento y par torsor, con un factor de concentración de
esfuerzo de 3tk , debido al anillo de retención.
in KSIKSI
No hay momento, pero si hay par torsor.
in KSI
"4
28
Para que el maquinado sea más fácil y de menor costo el diámetro en A
se hace del mismo tamaño que en C (es donde se posicionan los
rodamientos).
PARA EL SINFÍN
Tomando en cuenta los diagramas del sinfín de cortantes y
momentos flexionantes, tenemos:
rBrA FF
NC 724.699608.86806.8
Rodamientos seleccionados
Se sugiere que sean del mismo tamaño por simetría para la
manufactura del sinfín y facilidad de montaje. El rodamiento a
ocupar es SKF7306BE
Tomando en cuenta los diagramas del sinfín de cortantes y
momentos flexionantes, tenemos:
rBrA FF
ocupar es SKF7304BE
DE LA CORONA
Cuñeros (chaveteros) en el eje de la corona
Para el diámetro obtenido en B (posicionamiento de la corona) las
dimensiones recomendadas para el cuñero son:
"4
1WH
CYDT H
De acuerdo a los rodamientos seleccionados, los cuñeros y las
dimensiones de las partes de los ejes calculados anteriormente,
tenemos que los diagramas de los ejes son los siguientes:
34
35
36
37
38
39
40
Cuando dos cuerpos sólidos se frotan entre sí, hay una
considerable resistencia al movimiento sin importar lo
cuidadosamente que las superficies se hayan
maquinado y pulido. La resistencia se debe a la acción
abrasiva de las aristas y salientes microscópicas y la
energía necesaria para superar esta fricción se disipa en
forma de calor o como desgaste de las partes móviles.
Marco teórico
Históricamente, el primer lubricante fue el sebo. Se
utilizaba para engrasar las ruedas de los carros
romanos ya en el año 1400 a.C. En la actualidad los
lubricantes suelen clasificarse en grasas y aceites.
Estas dos clases de lubricantes aparecieron teniendo en
cuenta factores tales como velocidades de operación,
temperaturas, cargas, contaminantes en el medio
ambiente, tolerancias entre las piezas a lubricar,
períodos de lubricación y tipos de mecanismos;
Existen diferentes grados de grasas y aceites
dependiendo de la necesidad que se tenga y de los
factores de operación. Una mala sección es tan peligrosa
como si se hubiese dejado el mecanismo sin lubricante
alguno. Muchas de las fallas que ocurren en este campo
tienen su origen aquí; de ahí la seguridad que se debe
tener cuando se seleccione un lubricante.
Estén diversos tipos de lubricación entre los cuales se
pueden mencionar los siguientes: Película lubricante,
Lubricación por capa límite, Lubricación
hidrodinámica y Lubricación elasto-hidrodinámica.
Lubricación por capa límite
de la película del lubricante es de una magnitud similar
a las moléculas individuales de aceite. Esta condición se
presenta cuando la cantidad de lubricante es
superficies es demasiado lento. El coeficiente de
rozamiento μ en este caso es alto, tan alto como 0.1, y
sobre el incipiente contacto metálico puede alcanzar 0.5.
Cuando el coeficiente aumenta (esto es, la resistencia
aumenta), las pérdidas por rozamiento también
aumentan. Estas se convierten en calor, aumentando la
temperatura del lubricante y reduciéndose su
viscosidad de forma que la capacidad de carga de la
película se reduce (el caso peor es cuando se reduce
tanto que el contacto metálico se produce). Ello se
puede evitar empleando aditivos que refuercen la
resistencia de la película.
gruesa, se obtiene cuando las dos superficies están
completamente separadas por una película coherente
del lubricante. El espesor de la película excede así de las
irregularidades combinadas de las superficies. El
coeficiente del rozamiento es bastante menor que en la
lubricación por capa límite, y en ciertos casos puede
llegar a 0.005. La lubricación hidrodinámica evita el
desgaste de las partes en movimiento, ya que no hay
contacto metálico entre ellas.
Y para fines de la operación del reductor de velocidad
dedujimos que la más conveniente para este caso es la
lubricación hidrodinámica. Que se aplicaría en la parte
del reductor en donde la corona y el sinfín están en
contacto como se observa en la figura.
funcionan en condiciones normales de velocidad y
temperatura. La grasa tiene algunas ventajas sobre el
aceite. Por ejemplo, la instalación es más sencilla y
proporciona protección contra la humedad e
impurezas. Generalmente se utiliza en la lubricación de
elementos tales como cojinetes de fricción y antifricción,
levas, guías, correderas, piñonearía abierta algunos
rodamientos. Por esa razón consideramos que en la
parte en donde van a estar montados los rodamientos
va a estar lubricada por grasa la cual se deberá aplicar
de la siguiente manera, antes de montar los engranes se
deberá aplicar la grasa bañando totalmente los
rodamientos para que cada una de las partes este
totalmente lubricada para con esto evitar la fricción de
las partes constitutivas y de ese modo que tenga una
vida mayor y un mejor desempeño
Se suele recomienda una puesta en marcha progresiva,
en cuanto a la carga de trabajo, con unas 50 horas hasta
llegar al 100%. Asimismo, es muy recomendable el
sustituir el aceite la primera vez tras 200 horas de
trabajo, pudiendo incluso el decidir en ese momento un
"lavado" del Reductor. A partir de ese momento, los
cambios del lubricante deberán hacerse SIEMPRE de
plazos habituales cambios cada 2.000 horas de trabajo.
En caso de disponer de Reductores de repuesto, estos
deben permanecer completamente llenos del lubricante
recomendado, para prevenir la oxidación de los
elementos internos, así como protegidos los
acoplamientos. Es importante "marcar" en el mismo
Reductor la necesidad de vaciar el lubricante sobrante
antes de ser puesto en servicio. Deben llevarse a cabo
verificaciones periódicas de los niveles del aceite,
aceiteras y accesorios para grasa. Si se está utilizando
lubricación a presión, debe vigilarse con frecuencia el
funcionamiento apropiado de la bomba, del filtro y del
enfriador.
44
PRODUCCIONPRODUCCIÓN
MATERIAL A UTILIZAR PARA LA CORONA
Material a utilizar para el eje de la corona y el sinfín
Se necesita un acero AISI 3140 con un diámetro de 1 3 /4 " el costo del acero es de $
22.80 Kg. Se necesitan 18” aprox. que son alrededor de 8 kg.
46
Motor de 1750 rpm trifásico de dos polos y 1 P.D. $ 600.00
COSTOS DE MAQUINADO DE LAS PIEZAS
NOTA: Los precios en el costo de volumen se aplica después de 30 piezas.
47
6 CONCLUSION.
En la realización de este proyecto tuvimos que informarnos de los distintos tipos de reductores de velocidad para ver cual se acercaba más a nuestras necesidades, por lo cual aprendimos de las ventajas y las desventajas de ellos. Nuestra relación de velocidad es de 60, el tipo de reductor de velocidad que nos servía era el de Tornillo Sinfín. Lo más importante que hemos aprendido, y que estamos seguros que nos va servir como ingenieros, es en donde buscar la información necesaria para poder diseñar cualquier elemento o maquina, también que tipo de materiales se usan para cada elemento de un reductor de velocidad por las diferentes cargas que tiene cada uno ya sea que este estático o en movimiento con cargas dinámicas. También a saber que utilizar y como utilizar los diferentes programas de diseño mecánico que tenemos al alcance como inventor, ansys, mechanical, etc. Así como también hemos utilizado diferentes tipos de tablas para seleccionar una información ya previamente analizada experimentalmente. Un reductor de velocidad es para muchas industrias necesario en su área de fabricación y proceso, y al realizar este proyecto nos hemos dado cuenta que con una inversión y una buena visión de cómo llevar a cabo una comercialización de esta maquina, se puede llegar al mercado y tener ganancias a pesar de la gran competencia nacional e internacional que ya existe.
55
Mott, Robert, Diseño de elementos de maquinas,
Pprentice Hall, 3ª edición, México