DISEO Y CALCULO DE UN REDUCTOR DE VELOCIDAD TRANSVERSAL
I INTRODUCCION.-Los reductores son diseados a base de engranajes, mecanismos circulares y dentados con geometras especiales de acuerdo con su tamao y la funcin en cada motor. Sin la correcta fabricacin de los motorreductores, las mquinas pueden presentar fallas y deficiencias en su funcionamiento. La presencia de ruidos y recalentamientos pueden ser aspectos que dependan de estos mecanismos, de all la importancia del control de calidad.El desarrollo de esta mquina y del sistema inteligente de medicin le permite a las empresas ser mucho ms competitivas y aumentar sus conocimientos.En pocas palabras los reductores son sistemas de engranajes que permiten que los motores elctricos funcionen a diferentes velocidades para los que fueron diseados. Rara vez las mquinas 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 funcin de un motorreductor es disminuir esta velocidad a los motores (50, 60, 100 rpm) y permitir el eficiente funcionamiento de las mquinas, agregndole por otro lado potencia y fuerza.Los reductores son diseados a base de engranajes, mecanismos circulares y dentados con geometras especiales de acuerdo con su tamao y la funcin en cada motor.Sin la correcta fabricacin de los motorreductores, las mquinas pueden presentar fallas y deficienciasen su funcionamiento. La presencia de ruidos y recalentamientos pueden ser aspectos que dependan de estos mecanismos, de all la importancia del control de calidad.El desarrollo de esta mquina y del sistema inteligente de medicin le permite a las empresas ser mucho ms competitivas y aumentar sus conocimientos.En pocas palabras los reductores son sistemas de engranajes que permiten que los motores elctricos funcionen a diferentes velocidades para los que fueron diseados.Rara vez las mquinas 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 funcin de un motorreductor es disminuir esta velocidad a los motores (50, 60, 100 rpm) y permitir el eficiente funcionamiento de las mquinas, agregndole por otro lado potencia y fuerza.
CARACTERISTICAS DEL REDUCTOR O MOTORREDUCTOR TAMAO
Potencia, en HP, de entrada y de salida. Velocidad, en RPM, de entrada y de salida. PAR (o torque), a la salida del mismo, en KG/m. Relacin de reduccin: ndice que detalla la relacin entre las RPM de entrada y salida.
CARACTERISTICAS DEL TRABAJO A REALIZAR
- Tipo de mquina motriz. - Tipos de acoplamiento entre mquina motriz, reductor y salida de carga. - Carga: uniforme, discontinua, con choque, con embrague, etc. - Duracin de servicio: horas/da. - N de Arranques/hora.
Tipos de engranajes:
Engranajes rectos: Tienen forma cilndrica y funcionan sobre ejes paralelos. Los dientes son rectos yparalelos a los ejes. Cremallera recta: Un engranaje recto que time dientes rectos los cuales forman ngulos rectos con ladireccin del movimiento. Engranes helicoidales: Un engranaje helicoidal de forma cilndrica y dientes helicoidales. Losengranajes helicoidales paralelos operan sobre ejes paralelos y, cuando ambos son externos, lashlices tienen sentido contrario. Engranes con dientes helicoidales angulares: Cada uno de ellos tienen dientes helicoidales con hlicehacia la derecha y hacia la izquierda, y operan sobre ejes paralelos. Estos engranajes tambin seconocen como de espinas de pescado. Engranes con hlices cruzadas: Estos engranajes operan sobre ejes cruzados y pueden tener dientescon el mismo sentido o con sentido opuesto. El trmino de engranajes de hlices cruzadas hareemplazado el antiguo de engranaje en espiral. Engranes de tornillo sin fin: Es el engranaje que se acopla a un tomillo sin fin. Se dice que unengranaje de un tomillo sin fin que se acopla a un tomillo de este tipo cilndrico es de una solaenvolvente. Engranes con tomillo sin fin cilndrico: Es una forma de engranaje helicoidal que se acopla a unengranaje de tornillo sin fin. Engranes de tornillo sin fin de doble envolvente: Este comprende tomillos albardillados sin fin, acopladoa un engranaje de tomillo sin fin. Engranes cnicos: Tienen forma cnica y operan sobre ejes que se interceptan y forman por lo comnngulos rectos. Engranes cnicos rectos: Estos engranajes tienen elementos rectos de los dientes los cuales si seprolongaran, pasaran por el punto de interseccin de los ejes.
Ventajas
Las transmisiones de engranajes encerrados vendidas por los fabricantes ofrecen varias ventajas sobre los dispositivos abiertos de transmisin de potencia: Seguridad, proteccin contra las partes mviles. Retencin del lubricante. Proteccin contra el medio ambiente. Economa de la fabricacin en cantidades grandes.
1.1 JUSTIFICACION.-
Diseo de un mecanismo que nos permita reducir la velocidad de salida de un motor elctrico y a la vez aumentar el par torsor; segn las necesidades del cliente. (Potencia, relacin de velocidad y factor de servicio)
1.2 OBJETIVO.-El presente proyecto tiene como objetivo disear un reductor de Velocidad con ejes transversales ortogonales que tendr un motor elctrico como impulsor y impulsa a una maquina de cinta de transporte de equipo pesado. Decidir las funciones detalladas y los requisitos para disear un reductor de velocidad, seguro y durable que pueda reducir los costos de fabricacin de maquinaria y accesorios que necesiten de ciertas caractersticas especficas. (Potencia relacin de velocidad y factor de servicio). Determinar el diseo de cada elemento con detalle. Trazando adems dibujos de conjunto y de detalles para comunicar el diseo a otros que lo puedan consultar.
2 MARCO TEORICO2.1 DESCRIPCION DEL PROYECTOSe require disear un reductor de Velocidad con ejes transversales ortogonales que impulsara a una maquina de cinta transportadora de equipo pesado.En todo tipo de industria siempre se requiere de equipos, cuya funcin es variar las r.p.m. de entrada, que por lo general son mayores de 1200, entregando a la salida un menor nmero de r.p.m., sin sacrificar de manera notoria la potencia. Esto se logra por medio de los reductores y motorreductores de velocidad.
2.1.1 UBICACIN Y ORIENTACIONESPECIFICACION DEL PROYECTO:En esta parte se aclaran las especificaciones del Reductor de Velocidad a las cuales va estar trabajando, sirven para dar un margen o un rango para que el equipo no sea trabajado en condiciones muy diferentes a estas y por consecuencia el equipo tenga una mayor vida de trabajo y se desempee lo mejor posible dentro del campo Industrial y por lo tanto genere ms ganancias para quien o quienes lo estn ocupando.Las Especificaciones son las siguientes:
Datos de Diseo
1Potencia a Transmitir 17 hp
2Velocidad de Salida del Reductor 120 rpm
CAPITULO III3 INGENIERIA DEL PROYECTO.-SELECCIN DEL MOTOR ELECTRICO POR CATALOGO
Potencia del Motor
P= 17 hp
Potencia Modificada
P= 20 hp
Tabulacin de ResultadosNormaFrecuenciaVoltaje nominalPolosPotenciaCarcasaIp / InPar de arranquePar mxima
HP (cv)
IEC50 Hz220/380V220.00160LCarcasa Superior8.0260%330%
Momento de inerciaTiempo de rotor bloqueadoPesoNivel de ruidoFactor de SevicioRotacin nominalEficiencia (%)Factor de Potencia
50%75%100%50%75%100%
148217.40451 sq.ft.lb12 s262 lb67 dB(A)1.002950 rpm91.592.592.90.710.810.86
Corriente nominalAltitudRgimenTemperatura AmbienteProteccin
49.3/28.5 A1000 mS1-20C - +40CIPW55
Motor tipo W22 Carcasa de Hierro Gris - Premium Efficiency - IE3
Dimensiones del Motor Elctrico
POTENCIA REQUERIDA=
Factores de sobrecarga (Ko)
Maquina Impulsada
Fuente de PotenciaUniformeChoque Ligero Choque Moderado Choque Pesado
Uniforme 1.001.251.501.75
Choque Ligero 1.201.401.752.25
Choque Moderado 1.301.702.002.75
= 20 hp
= 20* 1.5 = 30 hp
VALOR DEL TREN.-TV = (VR1) (VR2) (VR3) = (n1/n2) (n2/n3) (n3/n4) = 24.346Calculo: (VR1)= 3.7(VR1)= (n1/n2) n2 = 790 rpm (VR2)= 2.8 (VR2)= (n2/n3) n3 = 282 rpmElementos de Maquina II (MEC- 263) Ingeniera Mecnica
(VR3)= (n3/n4) (VR3) = 2.3 Donde la entrada a la caja reductora de la Catarina calculada (2925 rpm):n1 = 2925 rpm (Nmero de revoluciones del eje de entrada) n2 = 790rpm (Nmero de revoluciones del eje intermedio)n3 = 282 rpm (Nmero de revoluciones del eje intermedio)
n4 = 120 rpm (Nmero de revoluciones del eje de salida)VR1 = 3.7 (Relacin de velocidades del primer tren)VR2 = 2.8 (Relacin de velocidades del segundo tren)VR3 = 2.35 (Relacin de velocidades del segundo tren)
DISEO DE ENGRANES (CLCULOS)
GEOMETRIA, CALCULOS Y DISEO
PRIMER TREN (ENGRANES CONICO RECTO)
De acuerdo a la norma AGMA clculos para el EJE PIN:
Resultados
Result
Actual output speedng=961.644 rpm
Actual number of gear teethNg=73
Gear ratiomg=3.042
Qualty numberQv=11.000
Geometry parameters
PinionGear
Pitch diameterD=2.6678.111in
Pitch cone angle=18.19971.801
Outer cone distanceA0=4.269 in
Face widthF=1.280 in
Mean cone distanceAm=3.629 in
Mean circular pitchPm=0.297 in
Mean working depthh=0.189 in
Clearancec=0.024 in
Mean whole depthhm=0.213 in
Mean addendum factorc1=0.241 in
PinionGear
Mean addenduma=0.1430.046in
Mean dedendumb=0.0690.167in
Dedendum angle=1.0922.634
Outer addendumao=0.1730.058 in
Outside diameterdo=2.9958.147 in
Bending geometry factorJ=0.2730.232
Pitting geometry factorI=0.092
Force and speed factors
Torque on the pinionTp=430.769 lbf.in
Tang., WtRadial, WrAxial,Wx
Forces on the pinionW=380.052 131.408 43.203lbf
Pitch line speedvt=2042.035ft/min
Dynamic factorKv=0.957
Size factorKs=1.000
PinionGear
Number of load cycleNc=3.5e+0091.2e+009
Bending stress cycle factorYn=0.9170.935
Pitting stress cycle factorZn=0.8740.897
Expected bending stressSt=23488.81527591.808psi
Expected contact stressSc=78364.34578364.345psi
Allowable bending stress numberSat=25619.57729504.727psi
Allowable contact stress numberSac=89671.02587405.863psi
Note
After computing the values for allowable bending stress number and for allowable
contact stress number, you should go to the data in AGMA Standard 2001-C95, to
select a suitable material. Consider first whether the material should be steel,
cast iron, bronze, or plastic. Then consult the related tables of data.
For instance use through-hardened steel with hardness, HB
PinionGear
Grade 1= 188.109216.103
Grade 2= 180.000180.000
Material:
PionEngrane
Sc = 78364.34578.3 KsiSt= 23488.81523.5 Ksi
Sac= 89671.02589.7 KsiSat= 25619.57725.6 Ksi
AISI 4140 Recocido AISI 4340 Recocido
HB= 197HB=217
SEGUNDO TREN (ENGRANES HELICOIDALES)
Figura 3. Geometra de un engrane helicoidal
De acuerdo a la norma AGMA clculos para el EJE PIN:
Resultados
Results
Diametral pitchPd= 7.250 teeth/in
Transverse pressure anglet= 21.880
Actual output speedng= 391.322 rpm
Actual number of gear teethNg= 59
Gear ratiomg= 2.458
Qualty numberQv= 9.000
Geometry parameters
PinionGear
Pitch diameterD= 3.3108.137
Outside diameterDo= 3.5868.413
Root diametersDr= 2.9657.793
Base circle diameterDb= 3.072 7.551
Addenduma= 0.138 in
Dedendumb= 0.172 in
Clearancec= 0.031 in
Circular pitchp= 0.433 in
Normal circular pitchPn= 0.393 in
Axial pitchPx= 0.929 in
Whole depthht= 0.310 in
Working depthhk= 0.276 in
Tooth thicknesst= 0.196 in
Center distanceC= 5.724 in
Fillet radius in basic rackrf= 0.041 in
Force and speed factors
Pitch line speedvt= 833.661 ft/min
Tangential forceWt= 791.371 lbf
Normal forceWn= 929.220 lbf
Radial forceWr= 317.812 lbf
Axial forceWx= 369.022 lbf
Size factorKs= 1.000
Load distribution factorKm= 1.320
Dynamic factorKv= 1.180
Face width/Axial pitchF/Px= 2.000
PinionGear
Rim thickness factorKb= 1.0001.000
Number of load cycleNc= 1.2e+0094.7e+008
Bending stress cycle factorYn= 0.9350.950
Pitting stress cycle factorZn= 0.8970.915
Expected bending stressSt= 13873.85812438.632
Expected contact stressSc= 89616.90189616.901
Allowable bending stress numberSat= 14835.82113089.815
Allowable contact stress numberSac= 99957.56897910.877
Note
After computing the values for allowable bending stress number and for allowable
contact stress number, you should go to the data in AGMA Standard 2001-C95, to
select a suitable material. Consider first whether the material should be steel,
cast iron, bronze, or plastic. Then consult the related tables of data.
For instance use through-hardened steel with hardness, HB
PinionGear
Grade 1 220.055 188.131
Grade 2 213.698 182.266
Material:
PionEngrane
Sc = 89616.90189.6 KsiSt= 12438.63212.4 Ksi
Sac= 99957.56899.9 KsiSat= 13089.81513 Ksi
AISI 4140 OQT 1300 AISI 6150 Recocido
HB= 235HB=197
TERCER TREN (ENGRANES HELICOIDALES)
Resultados:
Results
Diametral pitchPd= 6.344 teeth/in
Transverse pressure anglet= 21.880
Actual output speedng= 120.000 rpm
Actual number of gear teethNg= 91
Gear ratiomg= 3.250
Qualty numberQv= 7.000
Geometry parameters
PinionGear
Pitch diameterD= 4.41414.344
Outside diameterDo= 4.72914.659
Root diametersDr= 4.01913.950
Base circle diameterDb= 4.09613.311
Addenduma= 0.158 in
Dedendumb= 0.197 in
Clearancec= 0.036 in
Circular pitchp= 0.495 in
Normal circular pitchPn= 0.449 in
Axial pitchPx= 1.062 in
Whole depthht= 0.355 in
Working depthhk= 0.315 in
Tooth thicknesst= 0.224 in
Center distanceC= 9.379 in
Fillet radius in basic rackrf= 0.047 in
Force and speed factors
Pitch line speedvt= 450.627 ft/min
Tangential forceWt= 1464.036 lbf
Normal forceWn= 1719.056 lbf
Radial forceWr= 587.952 lbf
Axial forceWx= 682.691 lbf
Size factorKs= 1.000
Load distribution factorKm= 1.319
Dynamic factorKv= 1.229
PinionGear
Rim thickness factorKb= 1.0001.000
Number of load cycleNc= 4.7e+0081.4e+008
Bending stress cycle factorYn= 0.9500.970
Pitting stress cycle factorZn= 0.9150.941
Expected bending stressSt= 23644.50719345.505
Expected contact stressSc= 96750.58996750.589
Allowable bending stress numberSat= 24880.83819934.406
Allowable contact stress numberSac= 1.057e+0051.029e+005
Note
After computing the values for allowable bending stress number and for allowable
contact stress number, you should go to the data in AGMA Standard 2001-C95, to
select a suitable material. Consider first whether the material should be steel,
cast iron, bronze, or plastic. Then consult the related tables of data.
For instance use through-hardened steel with hardness, HB
PinionGear
Grade 1 237.878 204.575
Grade 2 229.098 196.475
Material :
PionEngrane
Sc = 96750.58996.7 KsiSt=23644.50723.6 Ksi
Sac= 1.057e+005100.5 KsiSat= 24880.83824.8 Ksi
AISI 6150 OQT 1300 AISI 6150 Recocido
HB= 241HB=212
CALCULO DE LAS DIMENSIONES DE LA CAJA DEL REDUCTOR
C=C= Distancia entre centros Dw= Dimetro de paso del pin Dg= Dimetro de paso del engrane
Primer Tramo:C1= 5.725 in
Segundo Tramo: C2=5.724 in
Tramo Total: Ct= C1+C2Ct= 15.103 in
DISEO DE EJES
CALCULO DE LAS FUERZAS DE PION Y ENGRANE (PRIMER TREN)
ANALISIS DE FUERZAS
Primer Par ( Engranes Conicos)
Wt= 380.052 lb
Wr = 131.408 lb
Wx= 43.203 lb
T= 430.8 lbpulg
Wtp= Wtg
Wxp= Wtg
Wrp= Wxg
MaterialMaterialAISI 1144OQT1000
Mdulo de elasticidadE29700000 lpc
Mdulo de rigidezG11400000 lpc
Densidad491 lbmasa/pie^3
Incluir
SDensidad491 lbmasa/pie^3
SCoeficiente de desplazamiento cortante1,188 su
Nmero de divisiones1000,000 su
Propiedades del clculo
Cargas
UbicacinFuerza radialMomento flectorCarga continuaFuerza axialPar de torsinFlexinngulo de flexin
YXTamaoDireccinYXTamaoDireccinYXTamaoDireccinLongitudYXTamaoDireccin
10,38791 in430,769 librafuerza pie23,281 in23,281 in0,00 gr
20,38791 in-430,769 librafuerza pie23,281 in23,281 in0,00 gr
38,83791 in-43,203 librafuerza104,864 in104,864 in0,01 gr
48,83791 in-131,4 librafuerza-131,408 librafuerza104,864 in104,864 in0,01 gr
SoportesndiceTipoUbicacinFuerza de reaccinElasticidadTipoFlexinngulo de flexin
YXTamaoDireccinFuerza axialYXTamaoDireccin
1Fijo4,035 in34,106 librafuerza34,106 librafuerza-43,203 librafuerzaUsuario-0,001 in0,001 in180,00 gr0,00 gr
2Libre7,9 in-162,262 librafuerza162,262 librafuerza180,00 grUsuario-0,001 in0,001 in180,00 gr0,00 gr
Resultados
LongitudL9,411 in
MasaMasa3,251 lbmasa
Tensin de plegado mximaB3597,024 lpc
Tensin de corte mximaS451,274 lpc
Tensin de torsin mxima0,000 lpc
Tensin mximaT148,419 lpc
Tensin reducida mximared3826,071 lpc
Flexin mximafmx189,573 in
ngulo de torsin0,00 gr
Vista preliminar
(V) (M)
(D)
CALCULO DE LAS FUERZAS DE PION Y ENGRANE (SEGUNDO TREN)
Segundo Par ( Engranes Helicoidales)
Wt= 791.371 lb
Wr = 317.812 lb
Wx= 369.022 lb
Wn= 929.220 lb
3.1 NORMATIVA.-3.2 DISEO.-3.3 CONDISIONES Y CONSIDERACIONES.-4 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES5 BIBLIOGRAFIA6 ANEXOS PLANOS