DISEÑO DE UNA CAJA DE VELOCIDADES MEDIANTE EL USO DE POLEAS Y CORREAS ACCIONADA POR UN MOTOR DE CORRIENTE ALTERNA
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DISEÑO DE UNA CAJA DE VELOCIDADES MEDIANTE EL USO DE POLEAS Y CORREAS ACCIONADA POR UN MOTOR DE CORRIENTE ALTERNA

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CONSISTE EN UNA ESTRUCTURA QUE SOPORTA TRES EJES QUE ALOJAN POLEAS TRIPLES CONECTADAS MEDIANTE CORREAS, SE LOGRA REDUCIR Y AUMENTAR LA VELOCIDAD AL COMBINAR LAS POLEAS. ESTE DISEÑO FUE PRESENTADO ...

CONSISTE EN UNA ESTRUCTURA QUE SOPORTA TRES EJES QUE ALOJAN POLEAS TRIPLES CONECTADAS MEDIANTE CORREAS, SE LOGRA REDUCIR Y AUMENTAR LA VELOCIDAD AL COMBINAR LAS POLEAS. ESTE DISEÑO FUE PRESENTADO COMO TRABAJO DE ASCENSO PARA OPTAR A LA CATEGORIA DE ASISTENTE, IUT DEL ESTADO BOLÍVAR.

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DISEÑO DE UNA CAJA DE VELOCIDADES MEDIANTE EL USO DE POLEAS Y CORREAS ACCIONADA POR UN MOTOR DE CORRIENTE ALTERNA DISEÑO DE UNA CAJA DE VELOCIDADES MEDIANTE EL USO DE POLEAS Y CORREAS ACCIONADA POR UN MOTOR DE CORRIENTE ALTERNA Presentation Transcript

  • DISEÑO DE UNA CAJA DE VELOCIDADES MEDIANTE EL USO DE POLEAS Y CORREAS ACCIONADA POR UN MOTOR DE CORRIENTE ALTERNA Prof. Roger Medina
  • CONTENIDO Prof. Roger Medina INTRODUCCIÓN PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA OBJETIVOS MARCO METODOLÓGICO JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS CONCLUSIONES RECOMENDACIONES PLANOS
  • IUTEB DPTO. ACADÉMICO LABORATORIOS (*) ESPECIALIDADES
    • ELECTRICIDAD (*)
    • GEOLOGÍA Y MINAS (*)
    • MECÁNICA (*)
    • SISTEMAS INDUSTRIALES
    INTRODUCCION Prof. Roger Medina PATIO CENTRAL FACHADA
  • DECRETO 1.186 26-01-01 SELECCIÓN INTERNA PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Prof. Roger Medina T.S.U MECÁNICA RESPUESTA PROBLEMÁTICA IUTEB NOV. 2001 SUB. ADMINISTRATIVA SUB. ACADÉMICA ESPECIALIDAD DE MECÁNICA FORMACIÓN ACADÉMICA TALLERES LABORATORIOS
    • APOYO OTRAS UNIV.
    • SOFTWARE
    • CONSTRUCCIÓN DE PROTOTIPOS MECÁNICOS
  • DISEÑAR UNA CAJA DE VELOCIDADES MEDIANTE EL USO DE POLEAS Y CORREAS ACCIONADA POR UN MOTOR ELÉCTRICO DE CORRIENTE ALTERNA OBJETIVO GENERAL Prof. Roger Medina
    • Determinar las dimensiones generales de la estructura de la caja de velocidades para alojar los diferentes elementos mecánicos.
    • Calcular el diámetro mínimo de los ejes requeridos en la caja de velocidades.
    • Calcular y seleccionar los rodamientos de chumaceras que servirán de apoyo a los ejes de la caja de velocidades.
    • Seleccionar poleas y correas de diferentes dimensiones para acoplarlas a los ejes de la caja de velocidades.
    • Seleccionar correas de diferentes dimensiones para instalarlas en las poleas de la caja de velocidades.
    • Establecer catetos mínimos de soldadura y tipo de electrodo a utilizar para unir los diferentes perfiles de la estructura de la caja de velocidades.
    • Seleccionar tornillería para la sujeción de los elementos mecánicos con la estructura de la caja de velocidades.
    • Seleccionar un motor comercial de corriente alterna que se adapte a la caja de velocidades.
    • Realizar planos de conjunto y de detalles de la caja de velocidades.
    OBJETIVOS ESPECÍFICOS Prof. Roger Medina
    • Este proyecto surge por la necesidad de contar con un equipo (prototipo) que le permita al Docente que imparte las cátedras de Resistencia de los Materiales y Elementos de Maquinas, aplicar una mejor didáctica.
    • Complementar los conocimientos impartidos en dichas cátedras, ofreciendo mejores condiciones para lograr óptimos resultados en el proceso de enseñanza y aprendizaje.
    • Llevar a cabo proyectos que permitan al Departamento de Mecánica poner en práctica políticas que coadyuven con la formación integral de los futuros profesionales del área de la mecánica industrial.
    JUSTIFICACIÓN Prof. Roger Medina
    • Permitió determinar todas las variables de entrada (potencia del motor, velocidad de rotación del eje, diámetro inicial del eje, diámetro inicial de poleas, longitud inicial de las correas, dimensiones preliminares de los rodamientos, tipo de perfiles para la estructura).
    • Se obtuvo información de las variables de salida (potencia entregada, material y diámetro definitivo del eje, material de ejes, poleas y sus dimensiones finales, designación de los rodamientos de chumaceras, tipo de electrodos, tornillería y peso del conjunto), así como también los respectivos planos, lo que permitirá concretar el proyecto de construcción.
    • Esta investigación constituye una referencia bibliográfica para los Estudiantes del Instituto Universitario de Tecnología del Estado Bolívar.
    IMPORTANCIA Prof. Roger Medina
  • Investigación Documental Investigación Descriptiva Investigación de campo Básica, Activa y Aplicada Tipos de Investigación MARCO METODOLÓGICO Prof. Roger Medina Funcionamiento y descripción Observaciones Directas Entrevistas Informales a los vendedores Libros Archivos, revistas, catálogos y manuales
  • Técnicas e Instrumentos de Recolección de Datos Revisión Bibliográfica y Documental Entrevistas Informales Observación Directa Instrumentos: Metro, Vernier, Papel y Lápiz, Computadora. MARCO METODOLÓGICO Prof. Roger Medina
    • Determinación de las dimensiones generales de la estructura de la caja de velocidades para alojar los diferentes elementos mecánicos. Se utilizo como referencia el tamaño del eje.
    • Se proponen las siguientes dimensiones: 80 cm en forma longitudinal, 31 cm de alto y 45 cm de profundidad .
    • Selección del motor comercial de corriente alterna que se adapte a la caja de velocidades .
    • Se optó por seleccionar un motor con las siguientes características: Potencia: ¼ HP, n : 1.725 rpm y voltaje: 110
    ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS Prof. Roger Medina
    • Calculo de los diámetros mínimos de los ejes requeridos en la caja de velocidades.
    • Para llevar a cabo este procedimiento, se elije un eje que utilizan los motores de las unidades acondicionadoras de aire (ventana o Split), cuyo diámetro
    • es de media pulgada (1/2 pulg).
    ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
    • Cálculo del torque que se transmite del eje principal (1) al eje (2) y eje (3) mediante la combinación de poleas y correa.
    • Se emplearon valores estandarizados de poleas acanaladas de aluminio de dos pulgadas (2″), tres pulgadas (3″) y cuatro pulgadas (4), y que se pueden adquirir
    • en establecimientos comerciales.
    Prof. Roger Medina
  • ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
    • Cálculo y selección de rodamientos de chumaceras que servirán de apoyo a los ejes de la caja de velocidades.
    • Tomando en consideración las fuerzas de flexión que actúan sobre el eje, así como también el diámetro especificado y la velocidad de giro, de los tres (3) ejes en estudio, se eligió el eje dos (2) para efectuar todas las operaciones de selección del rodamiento de chumacera ; debido a que está sometido a las condiciones mas desfavorables .
    • Establecer catetos mínimos de soldadura y tipo de electro a utilizar para unir los diferentes perfiles de la estructura de la caja de velocidades.
    • La estructura está conformada por ángulos de 3 cm x 3 cm x 3/16 pulgadas que se unen mediante soldadura de arco .
    Prof. Roger Medina
    • Selección de la tornillería para la sujeción de los elementos mecánicos con la estructura de la caja de velocidades.
    • Al seleccionar el soporte de pie para rodamientos Y, serie TF, este posee orificios que permiten trabajar con una dimensiones iníciales, de allí que se aprovechó para iniciar la comprobación de resistencia al corte.
    ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
    • Selección correas de diferentes dimensiones para instalarlas en las poleas de la caja de velocidades.
    • Se eligieron correas trapezoidales debido al tipo de polea seleccionada, ya que entre la polea y correa debe haber un buen agarre para transmitir mejor la potencia y evitar deslizamiento.
    Prof. Roger Medina
  • ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
    • Presentación de planos de conjunto y de detalles de la caja de velocidades .
    • Estos se realizaron una vez obtenidas las diferentes medidas de los distintos elementos mecánicos calculados, seleccionados y estandarizados.
    • El programa Autocad fue de mucha utilidad para lograr ensamblar y ultimar detalles de los diferentes elementos mecánicos, esto también permitió resolver inconvenientes de algunas medidas que no son posibles obtener mediante cálculo y/o estimación.
    Prof. Roger Medina
  • CONCLUSIONES
    • El dimensionamiento de la estructura de la caja de velocidades fue posible, una vez definidos los elementos mecánicos constitutivos, en particular ejes y poleas, resultando las dimensiones finales de ochenta centímetros (80) de largo, cuarenta y cinco centímetros (45) de profundidad y treinta y un centímetros de alto.
    • El motor que se propone, es el que generalmente suelen utilizar las lavadoras “chacachaca” , el cual pose una potencia de ½ Hp, gira al 1.725 rpm y trabaja con 110 voltios, proporcionando un torque de 18,26 lb*pulgadas.
    • Se decidió utilizar un eje que usan los motores de las unidades acondicionadoras de aire (ventana o Split), cuyo diámetro es de media pulgada (1/2 pulg), los cálculos permitieron demostrar que el esfuerzo cortante en dicho eje, es menor al esfuerzo cortante de diseño, al seleccionar un material AISI 1020.
    Prof. Roger Medina
  • CONCLUSIONES
    • Al realizar las diferentes combinaciones del eje principal con los ejes secundario y terciario, se obtienen valores de torques que varían desde 18,26 lb*pulg a 36,52 lb*pulg y 7,3 a 18,26 lb*pulg respectivamente. Igualmente se logran variar las rpm, entre el eje 1 y 2 va desde 862,5 a 1725 rpm, así como también entre el eje 1 y 3 se tiene que varía desde 1725 a 3450 rpm. 
    • En base a la carga aplicada 14 lb (62,3 N), velocidad de giro del eje 1.725 rpm duración de diseño 20.000 h, se procedió a determinar la capacidad de carga, la cual resultó 178,42 lb (793,63 N), lo que permitió elegir el rodamiento 6201, según el catálogo de la SKF; ya que este cumple con las condiciones mínimas de diseño, su capacidad de carga es superior a la determinada. Se utilizará el soporte de pie para rodamientos Y, serie TF.
    • El valor del esfuerzo determinado, permitió compararlo con los tabulados, siendo este menor al valor admisible (9600 lb/pulg o 18 ksi) , para utilizar un electrodo E60 , en el proceso de unión de todos los ángulos que conforman la caja de velocidades.
    Prof. Roger Medina
  • CONCLUSIONES
    • El diámetro mínimo calculado para los tornillos, fue de 0,032 pulgadas, se decide utilizar tornillos de ½ pulgada de diámetro y 2 pulgada de largo, ya que este resistirá cualquier esfuerzo cortante que se produzca, además que permite un buen ajuste con los orificios del soporte de pie para rodamientos propuesto anteriormente.
    • El tipo de correa o banda a utilizar, será en forma V, la longitud determinada resultó 104,09 cm o 41 pulgadas, se pueden elegir tamaños estandarizados, según los fabricantes serian 37,5, 40 y 42,5 pulgadas respectivamente.
    • Determinadas todas las variables antes especificadas, y obtenidas las dimensiones y características de los diferentes elementos mecánicos, se procedió a ultimar detalles de los planos, los cuales comprenden un dibujo de conjunto y otro de despiece para dejar sentadas las bases de la etapa de construcción.
    Prof. Roger Medina
  • RECOMENDACIONES
    • Informar a las diferentes instancias de la institución sobre el estudio que se llevó a cabo, ya que este persigue complementar las actividades de enseñanza y aprendizaje en el área de diseño de la especialidad de mecánica.
    • Una vez creadas las condiciones necesarias al instalar los laboratorios de la especialidad de mecánica, el diseño puede ejecutarse para consolidar el procedimiento de ensamblaje y lograr adquirir la técnica en la construcción de prototipos de diferentes cajas de velocidades.
    • A raíz del presente proyecto, es necesario adquirir instrumentos de medición de velocidad, instrumento de medición de esfuerzo torsional, materiales de construcción (perfiles), y elementos mecánicos (poleas, correas, acoples, rodamientos, entre otros), ya que son esenciales para materializar el mismo.
    • En aras de aprovechar el talento de muchos alumnos que poseen conocimientos previos en algunos oficios, se hace necesario incorporarlos a partir del tercer semestre a un proyecto, a fin de formarlos como futuros investigadores, y así propiciar comités de saberes estudiantiles.
    Prof. Roger Medina
  • Prof. Roger Medina
  • TORQUE DEL MOTOR  Donde P :1/2 HP n :1.725 rpm DIMENSIONES GENERALES MEMORIA DE CÁLCULOS Prof. Roger Medina
  • ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS ESPECIFICACIÓN DEL MATERIAL Teoría de Coulomb Donde Se verifica que se cumpla que
    • SELECCIÓN DE RODAMIENTOS
    • Donde
    • Carga radial aplicada = 14 lb (62,3 N).
    • Velocidad de giro del eje = 1.725 rpm.
    • Duración de diseño = 20.000 h.
    • C = 793,63 N
    CALCULO DE SOLDADURA Donde ז =esfuerzo cortante F = fuerza capaz de producir corte L = longitud del cateto de soldadura t= tamaño de la garganta Electrodo E60 Prof. Roger Medina
  • ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS CALCULO DE TORNILLERÍA Donde A S = área sometida a corte R 1 = fuerza que produce corte ז a = esfuerzo cortante admisible D = 0,032 pulg Estandarizado Ø ½” x 2 ” ASTM A325 Prof. Roger Medina
  • ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS SELECCIÓN DE CORREA Donde L = longitud de paso C = distancia entre centros D 1 y D 2 = diámetros de las poleas o bien ESPECIFICACIÓN DE POLEAS Prof. Roger Medina