depto lu$ e2 5

282
DISEÑO DE MAQUNTIA PARA ENSAYOS DE MATERIALES A DESGASTE POR ABRASION LEOPOLDO T UNJO CARR ILLO LU$ ALBERTO VILLEGAS SALGADO Univor:idod 4utonomo da ftddente Depto Brblrotr:ro E2 5 Trabajo de grado presentado corno re quisito parcial para optar aI tftulo de Ingeniero Mecánico. Director: frg. ADOLFO LEONI GOMEZ qi \./ .):z I (-r-/ I 5 u- CORPORACION UNIVERSITARIA A UTONOMA DE OCCIDENTE DEPAR TAMENT O DE INGENIER IA DIVISION DE INGENIERIA MECANICA

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Page 1: Depto LU$ E2 5

DISEÑO DE MAQUNTIA PARA ENSAYOS DE MATERIALES

A DESGASTE POR ABRASION

LEOPOLDO T UNJO CARR ILLO

LU$ ALBERTO VILLEGAS SALGADO

Univor:idod 4utonomo da ftddente

Depto Brblrotr:ro

E2 5

Trabajo de grado presentado corno requisito parcial para optar aI tftulo deIngeniero Mecánico.

Director: frg. ADOLFO LEONI GOMEZ

qi

\./.):z

I (-r-/

I

5 u-

CORPORACION UNIVERSITARIA A UTONOMA DE OCCIDENTE

DEPAR TAMENT O DE INGENIER IA

DIVISION DE INGENIERIA MECANICA

Page 2: Depto LU$ E2 5

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Nota de aceptación

Aprobado por el Comité de Trabajode Grado en curnpllrniento de losrequisltos exigidos por la Corporación Universitaria Autónoma deOccidente para optar al tftulo det:geniero Mecánico.

Presidente del Jurado

Jurado

\}t\ ,\\ .:

N!.

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\ r Jurado'

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\

- - \. * CaIi, Agosto 22 de 1985\. -*.-\t'¡ \)- A

:

i.

\tt

Page 3: Depto LU$ E2 5

A GRADEC IMIENTOS

Los autores expresan su agradecirnlento:

A ADOLFO LEON GOM,EZ, Ingeniero Mecánico, Profesor de Dise-ño Mecdnico de Ia Corporación Universitaria Autónorna de Occi-dente y Director de La Tesis de Grado.

A todas aquellas personas que en una u otra forrna colaboraron enIa realización del presente trabajo.

tIt

Page 4: Depto LU$ E2 5

TABI.A DE CONTENIDO

INTR ODUCCION

1. GENERA LIDADES

1. I DEFINICION DE I-A MAQUINA

I.2 ESTUDIO DEL MECANISMO

I.3 DESCRIPCION Y DETERMINACIONES GENERALES

PA G'

I

f

5

5

6

9

9

l0

t2

r3

l3

T.4.I

1.4. 1.1

L .4. L.Z

L.4.1.3

L.4.I.4

r.4. 1.5

I.4. t.6

Pro¡sssión contra eI desgaste

Electrodepos itac ión

Anod izado

D if us lón

Roc iado rnetállco

Revestirniento duro .

Tratamiento térrnico s elect ivo

t4

t5

1.5 ABRASTVOS

Lv

T7

Page 5: Depto LU$ E2 5

2. ENSAYOS EXPERIMENTALES PARA OBTENER LOS

E SFUERZOS OUE ACTUAN EN LAS PROBETAS

?,. I CONDICIONES TENIDAS EN CUENTA PARA LAS

PR UEBAS EXPER IMENTA LES

2. l. I Movim ient o longitud inal

Z. l. Z Movirniento rotacional

3. CALCULO DE LOS DIFERENT.ES COMPONENTES DE

LA MAQUII\A

3. 1 CAr-cULO DE LA PROgBt¿

3. 1. I Cllculo de la longitud de la probeta . .

3.1.2 Carrera de Ia rnáquina

3.I.3 Perlmetro de1 porta probeta

3.2 CALCULO CINEM.ATICO Y ELECCION DEL MOTOR

r9

L9

l9

23

25

3.?.1

3.2.?

3. ?,.2. L

3.2.2.2

3 .2. ?.3

3.2.2.4

3. ?. 2.5

RPM en todos los ejes

Far necesario para girar la leva. .

Avance

Angulo de avance.

Torque en los árboles con la menor RPM.

Torque en los árboles con la mayor RPM.

Determinaclón de diárnetro previo a torsión.

z5

26

z6

z7

z9

3l

32

34

35

39

40

40

Page 6: Depto LU$ E2 5

3"?.2.6 Caracter lsticas del acero

3.3 ENTRADA DE MOVIMIENTO

3 . 3 . I Se lecc ión de transrn is ión de cadena s .

3.3.5 Selecc ión de transrnis ión por cadena

3.3.5. I Datos

3.3.5.2 Selecciór de caballos de fuerza

3 .3. 5 .3 D imen s iones del p iñón de cadena

3.3. 5.4 Gllculo de cargas de f lex ión para

cadena

3.4 FUERZA DE FLEXION POR EL PESO DEL CARRO.

3.5 FUERZA TRANSMITIDA POR EL ENGRANAJE

3.6 CALCULO DE DIAMETRO DE LEVA CILINDRICA .

4l

43

45

45

46

50

50

50

5l

52

6Z

b5

66

67

68

7Z

75

53

54

6r

3.6. I

3. 6.2

3. 6.3

3. 6.4

3. 6.5

3.6. 6

Cdlculo de reacciones en los apoyos del eje y

Cálculo de reacciones en los apoyos del eje X

Análisis de diámetro por resistencia

Momentos flectores

Cllculo de esfuerzos por deflexión

Selección de rnaterlal .

vI

Page 7: Depto LU$ E2 5

3.6.6.1 Propiedades rnecánicas del material

3.6.7 Cdlculo del lfrnite de fatiga en flexlón

3.6. g. Proyecto de l,a leva rnediante código ASME.

3. 6.9 Anális is por r igtdez en f lex ión

3.7 CALCULO DEL ENGRANAJE

75

76

8l

85

100

100

to2

105

r06

110

ll0

trz

rtz

113

tl7

r20

r24

t?g

rzg

133

t34

3.7"r

3.7.?.

3.7.3

3.7.4

3.7.5

Carga que actúa sobre el diente

Carga repartida en Ia arista de cabeza

Carga actuando en tra generatriz pt imitir¡a

Cálculo basado en un coef iciente de carga

CáIculo de resistencia de los dientes, ecuaciót de

Lewis

Cargas que actúan

Deterrninación de

sobre los d ientes. .

W' carga estática

Carga dlnámica

Ecuación de Lewis

Valores aproximados de la carga dirrámica

Cálculo del módulo de engranajes rectos

Cálculo basado en un coef ic iente de carga

Normalizada del rnódulo

Deterrninac ióe de didmetros

Dirnensiones de la rueda

pr irn it ivos

3. 8 DISEÑO DE CHAVETAS

vu.

Page 8: Depto LU$ E2 5

3. 8. I Chaveta para piñón de cadena

3.8.2 Chaveta para engranaje. .

3.9 ENGRANAJES CONICOS

r34

r38

r39

139

l4l

t4?,

t44

r44

L45

t45

L47

r4g

r49

l5l

r5l

l5l

153

t54

157

t57

3.9. I Anális is de fuerzas

3.9.2 Dimensiones de los dientes

3.9.3 CáIculo de los dientes segrln Lewis, con rnódulo

rnétr ico .

3.9.4 Cálculo del módulo en f unc ión de P . "

3 " 9.5 Potenc ia transrnis ible

3.9.6 Gálculo del rnódulo en función de La potencia a

t ransrnit ir

3.9.7 Cálculo de fuerzas en los

3 .9 . I Fuerza transrn itida por el

3. IO CALCULO DEL ARBOL II

engranajes rueda. .

engranaje recto ...

3, 10. I CáIculo de reacciones en los apoyos

3. I0. ? Cllculo del d iámetro del drbol

3.10.3 Deterrninación de diárnetro previo a torsión

3. 10.4 Aná[isis de diámetro a resistencia

3. 10.4. I Mornentos flectores .

3 . L0.4.2 Cálculo de esfuerzos por def,lex ión c .//

3. 10. 5 Selección rnaterial .

3. 10.5. I Propiedades rnecdnicas del rnaterial .

vl. lL

Page 9: Depto LU$ E2 5

3. 10. ó Cálculo del llmite de fatiga en flexión

3. 10.7 Cdlculo de didrnetro del drbol. Código ASME "

3. 10. 7. I Cdlculo del rnódulo del engranaje cónico. Mé-

L57

160

todo de Lewis

Dirnensiones de Ia rueda

Dirnens iones del diente

el piñón.v

r62

r64

r64

r66

r66

r67

168

r69

r69

170

170

170

t72

t72

t73

r74

t74

r74

3. r0. 7.2

3.10.7.3

3.LO.7.4

3. r0. 7. 5

3. r0. 8

Dirnensiones de los elernentos de la rueda. .

Dirnensiones de los elernentos del piñón.

Diseño de Ias chavetas para carro ( Engranajes

cón ic os )

3. 1I DISEÑO DEL ARBOL PORTA PROBETAS

3" 11. I Cálculo de reacciones en los apoyos

3. 11. 2 CáIcuIo del diárnetro del árbol

3. 11.3 Deterrninación del diárnetro previo a torsión.

3.11.4 Análisis de diárnetro a resistencia

3.11.4. f Andlisis de sección crftica

3.LI.4.2 Momento flector con sus concentradores de

esfuerzos

3.LL.4.3 Cálculo de esfuerzos por deflexión

3.11.4.4 Por torsión

3. 11.5 Selección de rnaterlal

3.f f .5. I Propiedades del rnaterial

3.11.6 CáIculo del lfrnite de fatiga en flexi.ón

Ix

Page 10: Depto LU$ E2 5

3. lt. 7 CáIculo

3. 11. 8 Cdlculo

-\no,

segrln código ASME

chaveta ( Engranaje cónico recto pequg

176

r78

r79

r85

185

186

186

r87

188

188

r88

189

189

190

rgr

191

r9z

r9z

r9z

3.TZ DETERMINACION DE PERNOS PARA SUJECION

DE ENGRANAJE CONICO .

3. 13 RODA&IIENTOS SELECCION.

3.13.1 Carga dinárnica

3 . 13 . ?, Carga estát ica equivalente

3. 13. 3 Rodarniento selecc ionado leva c lllndr ica

3.L3.4 Soportes para eI árbol No.2

3. 13.4. I Catga estática equivalente . .

3. L3.4.2 Carga dinárnica

3. 13.5 Rodarnientos para eI carro

3. 13. 5. I Carga dinárnica equivalente .

3. 13. 6 Rodarnientos del árbol No. 3

3.13.6. I Carga estát ica equivalente

3. 13. 6.2 Carga dinámica.

3.13. 6.3 Datos de catálogo

3. 13. 7 Rodarnientos selecclonados . .

3.I4 ESPESOR DE I-AS PAREDES DEL CARRO .

Page 11: Depto LU$ E2 5

3.I5 TAPAS SOPORTE DEL ARBOL PORTA PROBETAS

CON DESACOPLE Cg4

3.16 DIAMETRO DE LOS BUJES .

3.17 DISEÑO DEL HORNO

3. L7.l Pérd idas por la pared super ior

3.L7.2 Pérdidas por las paredes traterales

193

193

r94

r99

202

zo6

209

209

zrz

2t3

?T5zt8zr9220

221

3.17 .3 Pared frontal

3 . l7 .4 Calor s ens ible de la s

3.17.4. I Fared infer lor

3 . 17 .4.2 Fared super ior .

3. 17.4.3 Faredes laterales

3 . 17 .4. 4 Faredes frontales

paredes del horno

R EC OTT,TENOA C IONESBIBLIOGRAFIA

C ONC LUSIONES

LA BoRA TOR IO

xI

Page 12: Depto LU$ E2 5

LISTA DE TA BLAS

TABLA I Garna de velocidades .

TABLA 2 Aplicación de revestirnlentos duros . .

TA BLA 3 Peso.espec= if ico de rnater iales

TABIA 4 Coeficiente de efictencia

TABLA 5 Proporclones de las roscas de potencia

TA BLA 6 Fropiedades tfpicas de los aceros

TABLA 7 Propiedades tlpicas de los rnateriales

TABI-A I Coeficiente de seguridad

TABLA t Porcentaje de evaluación de acuerdo a la po-tenc ia

Pág.

TABIA IO

TABLA II

TA BIA LZ

TA BLA 13

TA BI.A 14

TABIA 15

Valores de I(f para chaveteros

Valores de Kf para roscas

Factores de conf iabilidad

Diagrarna de sensibilidad a Las ranuras

Diagrarna para factores teóricos de concen-tración de esfuerzos Kt

Factor de segurfdad

6

r6

z5

26

33

35

36

4Z

50

7l

7l

77

78

79

80

xtI

Page 13: Depto LU$ E2 5

TABLA 16 Valores de Ks y Km 84

TABLA 1? Valores de Y (factor de forrna )para dife-rentes sistemas de dientes 119

TABLA 18 Esfuerzo llrnite ( Su ) para distintos rnate-r iale s lZl

TABLA 19 Coef iciente de forma Kf lZ3

TABLA 20 Carga de seguridad adrnitida en la construcc ión de engranajes . . lZ7

TABLA 2t Módulo norrnalizado 130

TABLA ZZ Dirnens iones de las chavetas . . I37

TABI-A 23 Coef iciente para carga dindrnica en roda - 138rnientos

TABLA 24 Rodarni.entos y soportes seleccionados ú?,

TABIA 25 Variación de Q con eI coef lciente de trans-ferencia de calor por convección ( h ) paraIa pared inferior del horno n9

TABLA ?,6 Variación de Q con'el coef iciente de trans-ferencia de calor por convección ( h ) para[a pared superior del horno . . ZOz

TABLA Zl Variación de Q con el coef iciente de trans-ferencia de calor por convección ( h ) paral,as paredes laterales del horno 2O5

TABLA 28 Variación de Q con el coef iciente de trans-ferencia de calor por convección ( h ) parala trnred frontal del horno 2O8

xtu.

Page 14: Depto LU$ E2 5

FIGT.IRA

FICURA

FIGURA

FIG UR A

FIGURA

FIGURA

FIGURA

FIGURA

FIGUR A

FIGURA

FIGURA

FIGURA

FIC URA

FIGURA

FIGUR A

FIGUR A

FIGURA

l.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9

t0

1l

tz

l3

t4

l5

l6

t7

LISTA DE FIGURAS

Bosquejo de ensayo

D is pos ic ión de I exper irnento

Dispos ic lón de giro de engranaje recto

Fuerzas de engranaje

Esquerna c irnático .

Rosca doble

Cráf. ico de desplazamiento

Movirn iento en el piñon de cadena

Representación de fuerzas en la cadena

Rad[o efectlvo de transrnis ión del piñón

Var iac lón c lclica de veloc idad

Carga en los drboles

Fuerzas en el engranaje

Esfuerzos sobre leva cillndrica.

Determinac lón ángulo.

Componentes en el eje

Componentes en eL eje

zl

z3

z8

28

?,9

34

35

44

46

48

49

55

6r

62

63

64x

Y

xlv

65

Page 15: Depto LU$ E2 5

FIGURA 18

FIGURA 19

FIGURA 20

FIGURA 2I

FIGURA 22

FIGURA 23

FIGURA 24

Diagrarna de

Diagrama de

Diagrarna de

esfuerzo cortante

esfuerzO cortante

carga revers lble

67

68

7Z

en el

en el

86

88

eJe

eje

x

Y

87

FIGURA

FICURA

FIGURA

FIGURA

FIGURA

FIGURA

FICURA

FIGUR A

FICURA

FIGURA

FIGURA

FIGUR A

FIGURA

FIGURA

FIGURA

?.5

?6

27

z8

z9

30

3t

3Z

33

34

35

36

37

38

39

en

en

eJe

eje

por

por

eI

el

la

Ia

Y

Y

derecha

izquierda

90

9r

94

99

l0lPres ión norrnal

Ernpuje ax ial l0I

103Fuerza perlférica P

Veloc idad de rotac lón

Forrna como resisten los

Cargas que actúan sobre

d ientes

eI borde deI diente.

109

lll

lr3

133

r35

r40

142

L44

148

Nornenclatura deI piñón

Sección de la chaveta

Fuerzas actuantes en el punto

Nornenclatura del piñón cónico

medlo

Nornenclatura de generatriz y ángulo de f orma

Fuerzas resultantes para eI diseño del arbol II

Diagrama de M/EI para el andlisis de rigidez

transversal en el eje X

Diagrama de deflex[ón en el eje X por [a derecha

Diagrarna de deflexión en el eje X por la izqulerda

Diagrarna del tvt/nt para el andlisis de rigidez

transversal en eI eie Y

Diagrarna de deflexión

Diagrarna de deflexión

Dirnensiones del árbol

Page 16: Depto LU$ E2 5

FIGURA

FIGURA

FIGUR A

FIGURA

FIGURA

FIGURA

FIGUR A

FIGURA

F IGURA

FIGURA

FIGUR A

FIGURA

FIGURA

FICURA

FIGURA

FIGURA

FIGURA

FIGURA

FICURA

FIGURA

FIGURA

FIGIIRA

40

4T

42

43

44

45

46

47

48

49

50

5l

5Z

53

54

55

to

57

58

59

60

6r

Fuerzas aplicadas con eL drbol

Diagrama de esf uerzo cortante

Diagrama de esfuerzo cortante

Diagrarna de carga revers ible.

II

en el

en eI

eje Y

eje X

L49

t52

t5z

r54

t56

r64

r65

r68

l7l

r 7l

r80

180

r8l

r8r

r8z

r83

r84

rg4

r95

196

203

zo6

Diagrarna de carga constante ..

Nomenclatura deL d iente

Nornenclatura rueda y piñón cónico

Fuerzas que actúan sobre el árbol III

Diagrama de esfuerzo cortante en el eje X

Diagrama de esfuerzo cortante en el eje Y

Disposición de los pernos en la corona

Secc ión c orona ac ople

Fuerzas resultantes sobre la corona

Centro de gravedad de lfneas de carga

Fuerzas sobre los pernos .

Fuerzas tangenc iales

Fuerzas totales sobre un perno

Esquerna del horno

Vistas del horno

Pared inter ior

Paredes laterales

Pared frontal

xvt

Page 17: Depto LU$ E2 5

RESUMEN

Una mdquina para ensayos de materiales a desgaste po¡ abrasión,

fué diseñada, constru(da y evaluada. Se diseñó una leva cillndrica

de dos vlas con el fin de invertir la del motor. Consta de un tren de

engranajes que gararrtiza que las RPM de salida sean iguales a las

de entrada.

El portaprobetas tiene rnovirniento rotac ional y longitudinal sirnultá

n€o, gararrtizando un desgaste u¡'tforrne en toda Ia periferia de Ia

probeta. Se diseñó de tal manera flue se pueden evaluar tres probe-

tas de diferente tipo de material o caracterlstica.

xv t¡.

Page 18: Depto LU$ E2 5

INTR ODUCC ION

Dada la poca investigación que en materia de pruebas a desgaste con

abrasivos existe en Colombia, Ilevó aI grupo a diseñar wra mdquina

de fácil manejo que asirnile los rnovimientos de una pLeza considera-

da en d iferentes estados

I-a máquina para ensayos de rnateriales a desgaste por abrasión pre-

senta un conjunto de elementos rnecdnicos que con asocio de La máqq¡i

na fresadora producen en el porta-probetas rnovirnientos longitudina-

les y circulares sirnultdneamente que originan en [a probeta el des

gaste al estar,en contacto con el rnedio abrasivo; este conjunto de elg

rnentos mecdnicos estd compuesto en prirnera instancia por la fresa-

dora MILWAKEE que tiene una variedad de veloc idades, Ias cuales

dan a la máqui.na una cantidad de posibil.idades en Io que respecta a

su func ionalidad.

El rnanejo de la rnáquina es sencillo, su rnantenimiento econórnico y

pleno de seguridad.

Page 19: Depto LU$ E2 5

Una transmisión por cadena Ia cual tiene como función principal el

transrnit[r el movimiento a la rnáquina de ensayos; una leva ciLlndrj

ca de dos vlas la cual tiene corno función transrnitir e[ rnovirniento

al árbol No.2 y al rnlsmo tiernpo transportar el carro en los dos sen

tidos sin necesidad de lnvertir la rnarcha del rnotor. Para diseñar es

ta leva se tuvo en cuenta eI diseño de un tornillo de potencla y se de-

terrninó eI diárnetro de ésta utilizando el método de cá[culo por resig

tencia y flexión, lo rnismo que por el código de Ia ASME, un tren de

engranajes rectos que sirven de medio para transrnitir eI movimien-

to a[ drbol No.2; este tren de engranajes se calculó inicialrnente de -

terminando el rnódulo por diferentes rnétodos, teniendo en cuenta los

esfuerzos a los cuales va a estar sometido los dientes y el tipo de

rnaterial a usar, según recorrrendaciones de los textos. El árboL No.2

tiene como función principal el permitlr e[ desplazarniento del carro,

dar rnovimiento a un engranaje cónico, éste a su vez dá rnovirniento

al árbol No.3; el diseño de éste arbol se hace a resistencia y por rng

dio del código de [a ASME teniendo en cuenta sus condiciones de tra-

bajo y esfuerzos a los cuales está sometido. El tren de engranajes

cónicos rectos se calculó teniendo en cuenta los esfuerzos a los cua-

Ies van a estar sornetidos, considerando los esfuerzos sobre el dien-

te.

El árbol No.3 soporta directarnente los esfuerzos que se producen

en Ias probetas cuando éstas actúan sobre el rnedio; en el árbol No.

Page 20: Depto LU$ E2 5

se acopla eI porta-probetas, este árbol es calculado a resistencia y

por el rnétodo de [a ASME para deterrninar el diárnetro de dlseño.

El porta probetas estd diseñado para facilitar el rnontaje de [as pro-

betas y el fác iI acople de éste

las probetas van a estar sometidas a un rnedio abrasivo Para esto se

construye un recipiente ( Uanae¡a ) sobre el cual se deposita el abra-

sivo con facilidad de recarnbio y colocación.

Debido a que no existe una máquina de este tipo para efectuar esta

clase de pruebas, se h'rzo necesario efectuar experirnentos utilizando

rnedios sirnilares a los cuales iban a estar expuestas las probetas;

estas experiencias, habiéndose analizado eI ti,po de esfuerzos sobre

las probetas, deterrninaron diferentes datos dependiendo del rnedio

usado; de estos datos se escogió el rnayor para efectos deI di;seño.

El conjunto de estos elementos mecánicos que componen Ia máquina

de ensayos trabaja en forma sincronizada, dando el rnovimiento en

diferentes sentidos, para dar a la probeta el rnovirniento necesario

y producir un desgaste proporcional sobre la superficie, para utili-

zat Las revoluciones de la rnáquina generadora del movimiento s€

dispuso la relación de I/2 en los engranajes rectos y de 2 en los en-

granajes cónicos rectos, dando corno resultado las revoluciones de

salida iguala las de entrada. Al utilizar esta rnáquina corno elernen-

Page 21: Depto LU$ E2 5

to motriz da la posibiLidad de experirnentar con dUerentes condicio -

nes en 1o que respecta al rnovirnlento sobre eI rnedio abrasivo y dar

diferentes variables en tos ensayos. EI rnovirniento es transrnitido

por rnedio de una transrnisión por cadena que dá el rnovirniento a Ia

leva cillndrica que transporta el carro longitudinalmente en los dos

sentidos y aI mismo tiempo ésta transrnite eI rnovirniento al árbol

No.2 por rnedio de la transrnisión de engranajes rectos; el árbol No.3

recibe el rnovirniento y perrnlte que el carro se deslice sobre éI lon-

gitudinalrnente y transrnita rnovirniento a un engranaje cónico recto

por rnedio de una cuña desltzante, el engranaje cónico recto recibe

eI rnovirniento y 1o transmite a otro engranaje cónico recto que está

acoplado al árbol No.3 al cual estd acoplado eI porta probetas; este

porta probetas a rnedida que se despLaza longitudinalrnente rota sobre

e l med io a bra s ivo.

Page 22: Depto LU$ E2 5

I. GE'NERA LIDADES

En la actualidad en eI pals.no existe una rndquina que realice este ti-

po de prueba, en otros ¡nfses tales corno Alernania, Rusia, se ha in-

vestlgado aI respecto según inforrnación, se han construldo máquinas

para eI ensayo de carnisas para pistones, rnateriales para máquinas

pero no con Ias caracter(sticas de Ia rnáquina en diseño; las rnlqui -

nas antes enunciadas trabajan unas haciendo girar la probeta en el

rnedio abrasivo y otras por desplazarniento pero no con dos rnovirnien

tos combinados.

I.I DEFINICION DE LA MAOUII\A

Conjunto de elernentos rnecánicos que con asocio de la máquina fresa

dorar producen en un porta probetas movirnientos circulares y longi-

tudinales originando desgaste por abrasión en un material ensayado.

T. Z ESTUDIO DEL MECANISMO

La c inemática de la rnáquina es

(

totalmente integrada, Io cual produ-

Page 23: Depto LU$ E2 5

ce en cada elernento que trabaje sistemáticamente sin ocasionar en

el ensayo paradas internpestivas que dificulten obtener resultados

adversos a lo requerido; el rnovirniento iniciat se obtiene de Ia rná-

quina fresadora Milwakee que presenta Ia siguiente garna de revolg

c tone s:

TABLA 1. Garna de velocidades

1165 RPM

3 72 RPM

r28 RPM

290 RPM

9I RPM

3I RPM

628 RPM

202 R PM

IO RPM

353 RPM

I20 RPM

4I RPM

I.3 DESCRIPCION Y DETERMINACIONES GENERALES

la. rnáquina está cornpuesta por 48 elernentos de rnáquinas con f un-

ciones espec'dicas, una estructura y un Pequeño horno. Dentro de

ésta deterrninación no se tuvleron en cuenta los tornillos, la cornpo-

sición del horno y las piezas estándares en Ia rnáquina; teniéndose

en cuenta lo anterior, se determinan las piezas con su respectivo

nombre.

Page 24: Depto LU$ E2 5

PiezZ Gant idad Denorn inac ión lvlater ial Observac lones

L 4 Faral Angulo acero1o3o r-t/2" x 3/16"

Z 4 Travesaño Angulo acerolo3o t-t/2" x 3/t6"

3 I Leva c illndr ica de Acero 1020dos vlas

4 I Arbol carro Acero 10205 4 Soporte SB de cha¡a

acero Acero 10206 I TornilIo tensor

soporte Acero 10207 | Resorte tensor del

soporte Acero 10208 f Soporte super ior

del carro Acero 10209 Z Soportes laterales

del carro Acero 1020l0 Z Buje de soporte

laterales BronceI I Z Seguidor Acero 1020IZ ? Tapa soporte para IJsl[¡¡¿ acero

rodarnlento 1020 8 rnrn de espesor13 2 Buje para roda-

rntentos Acero 102014 2 Rodarniento FAG

60f 0 r lgi.do Acero 102015 I Soporte corona Acero 1020f 6 t Corona cónica Acero 104517 I Arandela Bronce18 t Buje soporte corona Bronce fosforadof 9 Z Pared lateral del Lárnina acero

carro 1020 8 rnm de espesor20 Z Placa soporte eje

porta probeta Acero 1020Zl 2 Rodamiento FAG

6005 r fgldo AceroZZ 2 Sujetador de roda- lárnina acero

rniento eje 1020 4 rnrn de espesor23 I Tapa del depós ito l-á,rnína acero

f020 8 rnm de espesor24 I Arbol soporte

porta probeta Acero 104525 I Porta probetas Acero l0Z026 I D,upO" ito del abra- Tárnina acero

s ivo IO2O 1/8" de espesor

4

Page 25: Depto LU$ E2 5

PLeza

27z8

z930313Z

33

34

35

36

37

38

3g

44

46

4748

Gantidad

44

III2

8

4

8

zo

I

4

I

8I

404l

Denom Lnac ión

Soporte depds itoTornillo soportebandejaPlñón de cadenaPiñón rectoRueda dentadaPtrat ina sujetadoradel carroTorn illo cab hex3/9" x r/2,' r.o.Tornillo cab hex3/9,' x 3/4,' r.o.Tornillo cab hexr/4,, x l' r. o.Tornillo cab hexL/4,' x 3/4,, r. o.Chaveta de 3/L6,,x !/4,'x 133 mmTornillo allen deL/4,, x 3/4,'Torn illo pr is ioner or/4,, x r/2',Tuerca hex 3/8'r. o.TorniIIo pris ionero!/4', x ¡',Ghaveta woodruf3/t6,, x 3/4,'Ghaveta de 3/16,'x l/4', x 24Chaveta de 3/16,'x l/4" x 30Platina infer iorde arnarreGuasa de pres iónae z/8,,QTuerca rnar iposaAn illo de sujec iónde I-t/32,'

lvfater ial

Acero 1020

Acero 1020Acero 1045Acero 1045Acero 1045IJrnlna aceror 020

Acero grado ?

Acero grado 5

Acero grado 5

Acero grado 5

Acero 1020

Acero grado 5

Acero grado 5Acero grado 2

Acero grado 5

Acero 1020

Acero 1020

Acero 1020Pl,atina I-t/¿"x t/ s,,

Acero 1020Acero 1020

Acero

Obsegvac lones

8 mm de espesor

No.60642

43

45

4z

El n'aterial de cada r¡no de estos elernentos se escogió dependiendo

del uso y considerando los esfuetzos a que está sornetida la pieza.

Page 26: Depto LU$ E2 5

I.4 DESGASTE

El desgaste puede def inlrse corno el deterioro de la superf ücle debi-

do aI uso. Ocurre en una arnplia variedad de operac iones y en algu -

nas industr ias es rrruy elevado eI gasto anual por concepto de repos i

ción de piezas desgastadas. El desgaste es tarnbién muy irnportante

en tra prá,ctica de l,a úrgenierla; en rnuchos casos constituye el princi

palfactor que lirnita la vlda y el rendirniento de los cornponentes de

Ias rndquinas. El fenórneno del desgaste se presenta siernpre que exig

ta carga y movirniento.

El escof inado de plstones en los motores de cornbustión interna, las

picaduras y socavaduras en los engranajes de transrnisión, eI roza -

rniento en prensas de ajuste forzado y tra corroslón por cavitación en

la superf icie de cilindros, son sranifestaciones de desgaste. E[ des -

gaste puede rnanifestarse de las siguientes forrnas: escof inado, ras-

pado, abrasión y corrosión; para este caso harernos referencia só1o

s obre los abras ivos .

1.4. I Protección contra el desgaste

Hay disponibles rnuchos rnateriales y rnétodos para proteger contra

el desgaste. La selección de un mater raL y procesos especEicos re-

quieren un anllisis concienzudo de l,as condiciones reales de servicio,

Unimnirlod üuionomo da &ddeth

OePto Erbliorero

Page 27: Depto LU$ E2 5

un conocimiento de Ia aplicabilidad y Iirnitaciones del rnaterial y prg

ceso particulares y datos referentes al costo irnplicado. I-a falta de

datos de ingenierla disponibles para corntrF.raciones impone Ia nece-

sidad de que el ingeniero o el técnico ¿s¡g¿ un buen juicio.

Varias técnicas para proporcionar protección a la superf icie contra

eI deterioro son:

- Electrodepositac-ión

- Anodizado

- D ifus ión

- R oc iado metálic o ( rnetallzado )

- Revestirniento con una capa de rnetal duro resistente a Ia abraslón

- Tratamiento térmico selectivo

l. 4. l.I Electrodepos itac ión

La ¡sststencia al desgaste de una pieza de metal puede rnejorarse

electrodepositando un metal rnás duro sobre su superf icie; los meta-

les que rnás a rnenudo se electrodepositan sobre rnateriales bases

son eI crorno, el nlquel y el radio. El re.vestido con lndio se ha uti-

lizado para reducir eI desgaste de cojlnetes de plorno.

Dos tipos de revestimientos de crorno ernpleados industrialrnente se

l0

Page 28: Depto LU$ E2 5

conocen como cromo duro y cromo poroso. El revestirniento de cro-

rno duro es el mismo que eI utilizado para propósitos decorativos, pg

ro rnucho rnds grueso, generalmente de 0,0001 a 0,010 de pulgada;

el revestirniento de crorno poroso tiene sobre su superf icie cuidadosa

rnente controlados, agujeros o canales para rnantener los lubricantes.

El térrnino es engañoso ya que por debajo de la superf icle pre¡nrada

especialmente, no es rnás porosa que el revestimiento cornún de cro-

mo duro. I-a dureza del revestimiento de crorno es equivalente a 950

hasta I050 vickers. Otro factor que contribuye a reduc ir el desgaste

es el bajo coef iciente de fricción del revestirniento de crorno. EI re-

vestirniento de cromo se utiliza en los cilindros y anillos ¡nra pistón

de rnotores de cornbustión interna. Otra propiedad rltil deI revestido

de crorno es que no se suelda con el calor creado por la f,rLcción. La.s

piezas de acero recubiertas con crofiro ensarnbl,adas con ajuste forza-

do (dimensiones con interferencia ) pueden ensarnblarse y desensarn-

blarse muchas veces sin que haya adherenc[a o "soldadatr. La alta re-

sistencia a la corrosión del cromo es rltil para reducir el desgaste ba-

jo condic iones corros ivas.

La dureza del revestirnlento de nlquet es de I40 a 425 vickers, depeg

diendo de la solución qulmica de revestirniento de nlquel utilizada. El

revestimiento de nlquel es bastante más suave que el de crorno pero

en rnuchos casos es Io suf icienternente duro para eI propósito de que

se trate y más econórnico. Un revestirnlento de nlquel puede terrninag

ll

Page 29: Depto LU$ E2 5

se por maqulnado rnientras que uno de crorno debe esmerilarse. La

rnejor capacidad de una solución de electrodepositación de nlquel

para depositar rnetal uniforrnernente sobre r¡n cdtodo de forrna irre-

gutrar.

En comparación con las soluciones de revestirniento de croÍro es u-

na ventaja en eI revestirniento de piezas de diseño intrincado.

La dureza deI revestido de rodio es de 540 a 640 vickers y su resis-

tencia aI desgastn está entre la del revestido de n(quel y la deI reveg

tido de crorno. El revestido de rodio tiene alta reflectividad, gran

resistencia aI desgaste. El uso de revestido de rodio para reflecto-

res de fuentes de luz de alta intensidad, para contactos eléctricos y

para an illos .

L.4.1.2 Anodízado

I-a forrnación de una cubierta de óxido por anodizado puede utilizar-

serpara rnejorar la resistencia al desgaste de ciertos rnetales. EI

proceso de anodizado, la pieza es el dnodo y capas de óxido se .'for-

rrran en el metal base a f in de que el proceso continúe, Ias capas de

óxido previarnente f orrnadas deben ser suf icienternente porosas pa-

ra permitir que los iones de o:rÍgeno pasen a través de ellas. El pro

ceso de anodízado se aplica generalrnente a alumi,nio, rnagnes io,

IZ

Page 30: Depto LU$ E2 5

zinc y sus aleaciones.

L.4.1.3 Difusión

Diversos procesos rnejoran la resistencia aI desgaste por difusión de

algrln elernento dentro de las calF.s de tra superf icie, a saber:

- CarburizacLón

- C ianurac ión

- Garbonitrurac ión

- Nitrurac ión

- Crornado

- Silic iado

I. 4. 1.4 Roc iado rnetálico

EI rociado rnetállco o rociado por llrarna se ha utilizado por muchos

años en Ia recuperación de piezas para reconstruir dirnensiones que

están fuera de tarnaño y para reparar superficies gastadas. se ha in-

crernentado su ernpleo en aplicaciones en donde se requieren recu -

br irnientos res istentes aI desgaste.

I-a.s cubiertas roci¿das pueden aplicarse por diversos rnétodos: rne-

talizado, revestirniento metálico por llarna, utilizado para depositar

13

Page 31: Depto LU$ E2 5

carburo de tugsteno yúxido

co de plasrna, el cual puede

gán ic os .

de alurn.inio o depositar rnediante un ar-

depositar casi todos los materiales inor

L.4. 1.5 Revestirniento duro

I-a producclón de una capa superf icial dura y resistente aI desgaste

sobre rnetales por soldadura se conoce cofiro revestirniento duro. Es

te rnétodo es relativamente f.ácil de aplicar, requiriendo sóIo las alea

ciones de revestirniento duro en forrna de varillas de soldar y una

llama de oxlacetileno o arco eléctrico. Las ventajas del revestirnieg

to duro sons

- Puede apllcarse a áreas sujetas a desgaste

- Están disponibles compuestos duros y resistentes al desgaste

- Proporciona el uso efectivo de aleaciones caras y protección a

fond o.

EI rnaterial de revestirni.ento duro se proporciona en forrna de un e-

lectrodo o varilla para soldar, la cual generalmente se utiliza sin

revestir para soldaduras con gas oxiacetileno y e6ta cubierta con un

fundente para soldadura por arco, protección a Ia o¡<idación de Ia

soldadura fundida, lirnpieza de irnpurezas, aislarniento térrnico y

eIéctrico y control de transferencla de rnetal.

T4

Page 32: Depto LU$ E2 5

Los revestirnientos duros pueden aplicarse a la rnayorfa de los meta-

les ferrosos pero con pocas excepciones no es aconsejable para reves

tir aleaciones no ferrosas que tienen puntos de fusión inferiores a

2.00OoF. Los aceros al carbono son relativarnente fáciles de reves -

tir en forrna dura, sobre todo para aquellos con rnenos del 35% de

carbono. I-a. soldadura se hace rnás dif lcil. aI aurnentar eI contenido

de carbono y los aceros aI alto carbono y aleados deben calentarse an

tes y después del revestimiento duro.

El revestimiento duro se utiliza mds extensarnente donde Ia lubrica-

ción sisternáticarnente para reducir Ia abrasión es irnposible.

Hay rnds de 150 composiciones diferentes de rnateriales de revesti -

rniento duro cornercialrnente dlsponibles gue varfan desde aceros con

s6Lo Zls de aleación total hasta aleaciones de base nfquel y base cobaf

to y carburo de tungsteno. En la Tabla 2 aPrece una apllcaclón

sirnplif icada de revestirnientos duros, aleados, resistentes aI desgas-

te.

I.4. 1. 6 Tratamiento térrnico selectivo

Los métodos empleados para tratarniento térrnico selectivo son el en-

durecirniento por inducción y el endurecirniento por flarna, los rni,s -

rnos que constltuyen esencialmente rnétodos de endurecimientos poco

:

l5

Page 33: Depto LU$ E2 5

TABLA Z. Aplicac ión de revestlrnientos duros

l. Carburo de tungs- Máxirna resistencta a la abrasión; lasteno superf lcies gastadas se hacen dsperas.

Z. Hierros al alto Excelente resistencia a la erosión; re-crorno s istencia a la oxidac lón.

3. Hierros martensf- Excelente resistenc[a a la abras[ón;ticos alta resistencla compresiva.

4. A leac ionesde cobalto

a base Resistencia a la oxidación, resistencia

tr\codh.odrü

d

ddorio+¡ooof{

oE+)Éc)H

ohU

5. Aleaciones a basenlquel

6. Aceros rnartensf-ticos

7. Aceros perlfticos

8. Aceros austenfticos

Aceros inoxidables

Acero al rnanganeso

a la corrosión, resistencia en callentey resistencia a La fluencia.

Resistencia a la corrosión; pueden te-ner reslstencia a la oxidac ión y a Iaf luenc ia.

Buenas c ornbinac iones de res istenc iaa la abrasión y de cargas aplicadascon irn¡ncto; buena resistencia cornprgs lva.

No costosos; regular resistencia a laabrasión y a cargas aplicadas con irn-Pacto.

Endurec ibles por trabajado.

Res istenc ia a la c orros ión.

Máxirna tenacidad con regular resis -tencia a Ia abrastón; buena resistenciaaI desgaste rnetal-a-rnetal bajo cargasaplicadas con irnpacto.

{T Ió

!,I9a.t' \_-

Page 34: Depto LU$ E2 5

profundos, para producer una superf icie externa endurecida y un nrl-

cleo relativarnente tenaz.( I )

I.5 ABRASIVOS

Los abrasivos son antiguos como eI rnisrnc hornbre ydesde los tiem-

por rnás rerrrotos han sido ernpleados por éI prirnero en su estado na-

tural y en Ios últlrnos años elaborados artif icialrnente. Desde eI pedg

zo d.e piedra natural de silia, pasando por el abrasivo natural aglorne

rado, el artif lcial obtenido por el horno eléctrico hasta l,a rnuela de

diarnante, se ha recorrldo un largo carnino de rniles de años; actr:al-

rnente se trabaja con abrasivos artif iciales, rnateriales tan diversos

corno madera, plástico, tejido, f ieltro, huesos, piedras de todas cla

ses, cuero, porcelana, f ibras, cristal, carbón, caucho y todos los

rnetales conoc idos.

El desgaste abrasivo o de tipo cortante tiene lugar siernpre que están

presentes partfculas extrañas duras tales como areniscas de rnetal,

oxidas rnetálicas y polvo y arenlscas del rnedio entre las superf icies

de contacto.

( t ) I¡rtroducción a la metalurgia f fsica. Segunda edición AvnerMcGraw HiIt pág . 563 - 577.

T7

Page 35: Depto LU$ E2 5

Estas partfculas prirnero penetran en el rnetaI y después rayan o

desgarran partlculas metdlicas. Segtln su intensidad eI desgaste abra

sivo puede ser en forrna de socavadura o de raFdo. El desgaste a-

brasivo es uno de los tipos más comunes encontrados en la pfdctica

de la !:gen[erla y es Probablemente la rnaYor causa aislada de des -

gaste en rnuchas aplicaciones de rndquinas. (Z )

(2) FIGUEROS BLANCH, Manuel. Abrasivos.cornbo, 1979. png. I - 9

Barcelona, Mar -

r8

Page 36: Depto LU$ E2 5

Z. ENSAYOS EXPERIMENTALES PARA OBTENER LOS ESFUERZOS

QUE ACTUAN EN LAS PROBETAS

Debido a que es dif (cil deterrninar por cálculos los esfuerzos yfuer -

zas producidos en las probetas, en el rnornento de actuar en eI medio

abrasivo se hace necesario sirnular los rnovirnientos exPerirnental -

rnente y deterrninar asllas fuerzas que serán ernpleadas en eI diseño

de los elernentos que cornponen la rnáquina de ensayos.

?.I CONDICIONES TENIDAS EN CUENTA PARA LAS PRUEBAS

EXPERIMENTA LES

Z . | . I Mov irn iento long itud ina I

Movimiento al cu¿l estarl sornetida la probeta, esta al rnoverse en

el rnedio produce una fuerza de reacciór al rnovimiento, la cual se

debe deterrninar para tenerse en cuenta en eI diseño de los elernen-

tos de [a rndquina de ensayos.

Teniendo en cuenta las dlferentes posiclones de las probetas y la

Uniuaridcd {ulonomo da 0<tidaots

Degto Brbirolro

L9

Page 37: Depto LU$ E2 5

cantidad de probetas ( 3 ) que actuarán en el rnedio, se realizó un

prototipo de éstos y se hizo actuar en el rnedio de Ia siguiente for-

rna:

- Elementos dispuestos para el ensayo:

+ Ldrnlna de un rnetro cuadrado'( l,00 MZ )

+ Carro de rnadera con rodachlnes

+ Dinarnómetro

+ Rec ipiente meüllico

+ Probetas

- Desarrollo del experirnento: Debido a que se ensayará con pro-

betas de 100 grs., se deterrninó la longitud de ésta y Ia longitud que

va a estar surr¡ergida dentro del rnedio ( 6 crn ). Se dispuso de la tá-

rnina para disrninuir la fricción de los rodachines con el rnedio de

deslizarniento, teniendo dispuestos Ios elernentos para eI ensayo se

deterrn[nó Ia f,uetza necesar[a para halar el carro y el recipiente

sin tener las probetas dentro del medio, Iuego se lntrodujeron las

tres probetas en el rnedio variando la posición de las probetas para

determinar la posición rnás cr(tica y con diferentes rnedios: arena

( seca, húmeda ), car!ón coque ( seco, húrnedo ); carbón rnineral

( seco, hrlrnedo ); se haló el carro deterrninando con el dinamórne -

tro la f.uerza necesaria para que Ias probetas vencieran el medio y

restando Ia fuerza hallada en vaclo ( sin probetas ). Se encuentra

z0

Page 38: Depto LU$ E2 5

Ia fwetza de trabajo o fuerza necesatla p,ra vencer el rnedio.

PROEETAS

CARRO

LAMINA

FIGURA I. Bosquejo de ensayo

fuerzas tormadas en los diferentes rnedios y posic iones.

gruesa seca

Fuerza

2100 grs

- Medio arena

Pos ic ión

o/\oT oI

F/\oT

oolI

zl

2300 grs

Page 39: Depto LU$ E2 5

- Med io arena

Pos lc ión

oo0 0loll\oOT

I

Pos lc ión

oo{ o

I

- Medlo carbór cogue, carbÓr rnineral seco

- Med io carbón

Pos ic ión

ooA o

TIlr

o/\oOIIlr

gruesa hrlrneda

Fuerza

2800 grs

3000 grs

Fuerza

1600 grs

I 770 grs

húrnedo

Fuerza

I 870 grs

F

o/\Tool

2150 grs

Revisando los datos obtenldos en las diferentes posiciones y rnedios

z2

Page 40: Depto LU$ E2 5

se pudo observar que el rnás crftico se presentó en la arena gruesa

hrlrneda 3000 grs eI cual será tomado Para efectos del cálculo.

Z.l.? Movirniento rotac io¡nal

Habiendo analizado eI rnovirniento longitudinal entrarernos a analizar

este rnovirniento, el cr¡¿l tiene por objeto exponer tra probeta en toda

su periferia para que el desgaste sea proporc ional.

Al girar Las probetas en eI rnedio abrasivo se producen esfuerzos en

diferentes posiciones que f inalrnente producirán un torque en el eje

que soporta eI porta probetasi pata deterrninar estas fuerzas se acon

dicionó eI taladro eI cual sirnularla los efectos que producirán Ias

probetas dentrodel rnedlo cuando estén en rnovirniento.

Dispos tc ión del exper irnento

z3

13.3 mm

FIGUR.A 2.

Page 41: Depto LU$ E2 5

- Coque húrnedo

F = 2.000grs = 4Lbs

QI - !2,3 crn = 0,403 Ples

, =A = -9-,-49,8 = o,2oz Piesz?T = 4 Lbs x 0,2O2 pie, = 0,80? Ibs/pié

- Arena geca

F = I,375 grs = 2,75 Lbs

T = 2,75 lbs x O,2OZ ple - 0,555 Lbs/pié

- A rena hrlmeda

F = 2,297 grs - 4,594 Lbs

T = 4,594 lbs x O,ZO2, pie - O,gT8lbs/pie

Se torna corrro dato de diseño O,928lbs/pié por ser eI rnayor.

En Ia prueba de rotación se tornó en cuenta inicialrnente el esfuerzo

sin estar las probetas en el rnedio y se restó esto de los datos obte-

nidos. Con esta fuerza y este torque hallado puede darse inicio a

Ios cáIculos de las diferentes partes que componen la rnáquina.

24

Page 42: Depto LU$ E2 5

3. CALCULO DE LOS DIFERENTES COMPONENTES

DE LA MAQUINA

3. I CALCULO DE LA PROBETA

Mater iales sometidos a ensayo: Acero LO20i acero 1060; fundición;

acero 1020 cementado; acero templado.

Para calcular la probeta teniéndose eI peso corno estirnativo de 100

grs aproxirnadarnente, se deben tener corno datos iniciales la longi-

tud y su Peso esPec lf ico.

TABLA 3. Peso espectfico de los rnateriales

Mater ial xs/drn3

Acero dulce 7, 85

Hierro f or jad o 7, 86Bronce 8,8Fundición blanca 7,5Fundición sris 7,2

Para trabajar con dirnensio,nes estándar se asurne el dlárnetro de

9 rnrn.

z5

Page 43: Depto LU$ E2 5

3. 1. I Cálculo de la longitud de la probeta

Con eI peso especffico del rnaterlal se puede calcular ésta3

P = Peso

Pe = p€so espec lf lco

A = área de probeta

L = longitud

p =pexAxL

L=PPexA

P = 100 grs. Se asume este peso debido a que la rndquinase diseña en función de rndquina de ensayos.

L = --3- = Ioo ersPe x A ?, 85 ke x lf ( q rrrrr,)Z

drn 4L = 0.2 qrs = ___ég_

kg/rnrn? l. 000 grsL = 200 rnm = 20 crn. Para vn Q 20 rnm

L = 40 rnrn. Fara vn Q 15 rnm

L = 72 rnrn

3.1.2 Carrera de Ia rnáquina

El diámetro del porta probetas No.25 es de 90 mrn; la carrera necg

saria para que la probeta esté expuesta en toda su superf icie debe

ser igual al perfrnetro del porta probetas.

26

Page 44: Depto LU$ E2 5

3. 1. 3 Per knetro del porta Probeta

P = DD 3, L4l6 x 90 rnrn 282,6 rnrn

Antes de iniciar el análisis de las fuerzas que actúan en los trenes

de engranes, se explicard, La notación que se usarl. Se asigna eI

núrnero I al bastidor o arrr:azón de la rndquina; el engrane de entra-

da se designa pot 2 y el engrane suces[vo se designará con el nrlrng

"6 3, asf corno..otros elernentos se designarán los drboles, con las

letras rninúscutras a, b, etc.

Con esta notación, Ia fuerza del engrane 2 contra el engrane 3 se

representa por EZZ. I-a fluerza deI engrane 2 contra el drbol.será

Fr.; adernás F.2 representará La fuerza ejerc ida por eI árbol a con

tra el engrane ?. la.s direcciones de los ejes coordenados se indi -

cará,n por las letras X, Y y Z y las direcciones radial ytangencial

por los subindices r y t.

Las reacciones entre dientes conectados ocurren a lo largo de Ia

llnea de presión.

En la Figura 3 se rnuestra un piñón montado sobre el eje a que

gira a n2 RPM y qlue mueve a otfo engranaje rnontado en el eje

b a n3 RPM.

27

Page 45: Depto LU$ E2 5

PtÑo$l

RUEDA

FIGURA 3. Disposici6n de giro de engranaje recto

FIGURA 4. Fuerzas de engrane

z8

Page 46: Depto LU$ E2 5

TRANSMISIONCADENA

GLbS

-+7=28

Z= 14

i=2T=O.928

MF=

F= 6 lbt-I:

FIGURA 5. Esquerna cirnatico

En la Figura 4 el piñón aparece separado de la rueda y del eje y

sus efectos se han sustitu(do por fuerzas, asl: Fa? y TaZ son las fuea

zas y eI rnornento de rotación, respectivarnente, ejercidos por el

árbol contra el piñón 2, F32 es la fuerza ejercida por el engrane 3

contra el piñón, usando un enfoque sirnilar se obtiene el diagrama

de cuerpo libre de Ia rueda (Figura 3 ).

3.2 CALCULO CINEMATICO Y ELECCION DE EL MOTOR,

Segrln los datos hallados experirnentaknente y segrfn Flgura 5

se seleccionard eI rnotor.

i=O¡5

?,9

Page 47: Depto LU$ E2 5

T = 0,915 lbs - FT 10,98 lbs/pulg

La potencia de salida es:

Ps = T x n 10.98lbs/Pulgx 1165RPM63000 63000

Ps = 0,203 HP

La potencla del rnotor se afecta por el rendirniento general de tra

rnáquina

Rendirniento general =

Segrln la Tabla 4 obtenernos los siguientes valores ( 3 )

,l eun = T cadena ( 3,a x | 5 - 6 x T/ rodF

f !'2 = o,90 - 0,93 transrnisión cadena

/( t-n = o,92 - 0,94

4 5-6= o,9I - o,g3

T rod = colrlo la cantidad de pares de rodarnientos existentes en

la rndquina es de 4 entonces: D< = 4

( 3 ) OCAMPO Hernando. Diseño de accionarnientos y transmisio-nes de rndquinas. UTPpa g 339 .

30

Page 48: Depto LU$ E2 5

K =4

n-¡ K rodarnientos = 0,992K - O,ggZK = 0,3794'(

La pérdida de fricción en los rodarnientos y cojinetes se calcula en

tra sig"[,lnte forrna: para un par de rodamientos de bolas o rodlllos

0,99 0,995¡ para un Par de cojinetes de deslizarniento

o,g8 0,99 (4)

Yg.r=lcadena Y 3'4xT 5 -6x Y 'odK

?g.o = O,gZ x 0,93 x 0,92 x 0,9924 0,6922

P slsterna =__S_ 0.203 Hp = 0,293 Hp( csN o, 692?,

3.2.I RPM en todos los ejes

Corno se utillzará, la fresadora Milwakee cuya garna de velocidades

se deterrnina en Ia Tabla l, la relación de transrnisiÓr de los ejes

es:

tg.+ = YZg=z: z,z3: zt?4 23 23

24 =zz3 (5-6:##+#t:p0,5

(4 ) Ibidern pag.339

3l

Page 49: Depto LU$ E2 5

Z5 = ?26

De acuerdo a Ia relación de transmisión se puede deducir que el árbo1

2 desarrolla el 507o de las RPM del árbol 1 ( leva ) y.I árbol 3 desa-

rrolla et I O0% ¿u1 ¿rf,r:I I

I-a. rnáquina tiene rnovirniento longitudinal adic ional a eI rotac ional, Ia

potencia del rnotor se vé afectada por éste, se caicula la potencia pa-

ra este efecto.

3.2.¿ Far necesario para girar la leva

Se supone un didrnetro de

ne 3,5 hilos por pulgada

( 2,54 crn ).

Segrln recomendac iones Tabla

por ser rnás eficiente.

( 5 ) FAIRES pag. 318 - 3L9

L L/4rt ( 31, ?5 rnrn ) y "" considera que tle-

para una rosca cuadrada diámetro menor lrr

5" ( S ) se escoge una rosca cuadrada

3Z

Page 50: Depto LU$ E2 5

I

I

O O \O \O N N O O O ¡- \O \O rñ ro rrr ro {r $ $lN N '-{ '-l d ,-{ F{ ¡-{ |

I

I

I

I

-r út ro LO t- ¡- -{ ó tlt ^¡

O'{ c¡.$ o|. C- N f- @ O @ @ @isS OO N oo -r c'. rfi \O (¡ lJ:! l\,- N G ct. O dt f- út N ct\ \O cr)!r.r.} \O O c|.'{ í) \O or. N rr| @,-r $ O.O ñ Oó -+ ofj J cO .O Cl

.t.i.lO O O O'-{ Fl F-r r{ G¡ N N (Y) ó $ $ rn rn \O \O @ o. O -l]

I

I

(n 9 rf| 99 o o o !n O rr) o rn o o o o o o o o o od-r f\ ñ¡ ó $ .o Lo t- o O (r) N to o ro o o r¡ O o o O9'N N (O (f) $ rn.O f- @ O,-r N (a \O @ O d) rn ñ ñ ¡- <r¡ t-.. IO O O O O O O O O H F{ Fl F,t F,t,i N N N N ú) c.t $ $

l

l

I- N - O.\O O O @ N 6r. ¡- ¡- tl1 O ü1 o\ {t o.O O O O q\ I S q-r F @ q úr $ \O ü1 I-,-{ {| \O O úi ro N O..O ql$ € F- € o N $ F- o crt \o 6i,-r @ + @ rrt ; <vi.o o i S

¡O O O O'-{'-{'{,-r ñ¡ N N N (Y| (Y) $ $ |l.).O \O t- @ O¡-{

I t q¡ $ o o oo @ o Lo o úr o o o c- c- c- o o o oo@ $ O.rr.) O O O O O rr¡ rn Ñ rO O rn,-{ \O Fr c' O O O O.{ ñ¡ N (Y) $ u) rO f- € o\ c),-r N ll1 F- c¡.,{ $ ro O tr) OroOOOOOOOc,OO-.-{ -rNNN(Y)m$$

N.O $ N N O oO\O \O ut ro |f) $ $ $ $ (f) ñ) (n N N N N

$ !r) O\qQOO\qe O @\O\ilct..Ou)c)d)d$ \o o\Fr$t-o. r¡1 oú1 O¡-NOcO.O.OO O O ,-{ '-r '-{ '-t N ca (r) sil $ rO úi .O-C- CO

q \O \O\Or¡1 '-{Ft O @ONNóú)ONOO\O \O \O\Of-@@ O OO.<\O\O;O.O-,N (v)$tñ\OF- O ¡¡g.OoOO(Y)rOO..¡O O OOOOO HFtr{,-.NNNN(f)

rloal<t ¡ln¡.Orotñ$$

$$\\dlNdlüdl* O O

-1,.¡<vf(\¡NNNNHdFI

dlNcr)

o

r.f) (v) ^¡,-r

g t- to (\ o l- út G¡ o u1 0 ut o rn o o o o 6({) o. t¡1'{ f- <{ o N $ !e r- o\.¡ + 99 ¡ to O Ñ órO co é.o I- od N ro o. N l.ñ @ - {| @ i O ¡- cri o.o ¡b : v FO O O,-{ F{ F.r'{ N

^¡ ñ¡ ú) (a (v) $.ro tn rO'.O tt:

= I

\o \o -sfl -S ^tS$,-tOF{N@sflú\\\::\{{{. alt¡lt o *1,.¡ o -¡*alrr o ¡lnr dlNFl tn ú) I- -t LO rñ l\,-i,-{ r-t,i,-t -{ N N N N O cA :ü $ tf

oO- bl

F{H-I

ña3

Eo

b¡d

o

HH

ufd

o

blJo

Eo

OI

-lo

b{¿.

o

Eo

.¡n5lo

t-lÉe$|

Étl

Étl

É*EE

$J

fflg.ñt

,61

s f É

f'l

oodo(,toú

fr

frE8Eúo

olÉdEdlH]

.9C)go+¡oC.oEodooo${

od

o€oocoot{oo.oF{

tr

rf)

{JrY1

É-t

Page 51: Depto LU$ E2 5

Pc

FIGURA 6. Rosca doble

= P= t = 0,Z857pulg = 0,755cm3, 5 pulg

3.2.2. I Avance

Como tiene dos entradas o arranques

paso ( 6 ) Avanc€ = 2 x 7,55 rnm =

el avance es igual aI doble del

15, I mrn

(6) FA IRES. p'g.320

34

Page 52: Depto LU$ E2 5

3.2.?,.? Angulo de avance a

Es el que forrna wra tangente con

rnal aI eje del tornillo ( 7 )

F IGURA 7 . Gráf ico de desplazarniento

,¡=

Ia hélice del paso con un plano nor -

ARC x TANG

De- Pz

27,975

Avance Drn = Diárnetro medloDm

9t,75 - p/z 3L,75 - ?,55/ZDrn

Drn

,ñ= g,74goa g, 8"ARC TANG Avanc€ - ARCDrn

TANG 15, 1 -'tY x 27,975

(7)

(ft"'l*

S. IGLEY. pag 278

35

Page 53: Depto LU$ E2 5

Se deduce una expresión del rnornento de torsión necesario para des -

plazar axialrnente una carga rnediante un tornillo de potencia. EI des

plazarniento es análogo al de r:n bloque en un plano inclinado, as I Ia

disposición rnás sencilla para un análisis de fuerza es el mostrado en

la Figura 7 que representa la llnea rnedia de r¡n hilo de la rosca

desarrollado en un plano, en una rosca cuadrada las fuerzas actuan -

tes sobre el bloque.

w = peso o carga axial

O = fuerza clue ernpuja eI peso hacia arriba sobre eI plano

Ff = fuerza de rozamiento lirnitadora

Se supone que el bloque está equilibrado en él y la reacción norrnal

aI plano N, Ff se sustituyen por su resultante R, eue es Ia reacción

total del plano, eI ángulo de toz?.rniento o flexión es ( siendo Tange

= f ). Surnarnos hor ízontal y verticaknente l,as fuerzas

O =RS rr 1A+t ) (.)

w -RCos(P+¡) (d)

Dividiendo Q de (c ) en elnurnerador. W de (d ) en eI denorninador

y déspejando Q, hallarnos:

O =wTans(9+¡) (u)

36

Page 54: Depto LU$ E2 5

Multipllcando los dos rniernbros de (e)pororn/Z,

QDrn ='WDrn Tang (F +¡ ) (f )2Z

Por tanto T =_Q_.Q!qz

W Drn Tang (P +¡ )2

W Drn (Tane¡ * F )z(r -FTang¡ )

= \4r Drn ( Tans á * Taneg )2(l -Tangp Tang¡ )

( q)

T

T

Coef lciente de rozarniento en los tornillos de potenciaf ( I )

A base de experirnentos, HAM y RYAN dedujeron [ue ef coef iciente

de rozarniento es prdcticarnente independiente de la carga axial (W )

que está sometido a cambios despreciables debido a Ia velocidad para

t¿ ¡layorna de tntervalos de ésta, gu€ se ernplean en la prlctica que

disrninuye algo con lubricantes espesos, que Ia variación es pequeña

para las diferentes cornbinaciones de rnateriales cotnerci.ales, siendo

rnenor [a correspond iente al acero sobre e1 bronce, se recomienda

para calidad dudosa f = 0, 15 y f = O,l?,5. Fara el rozarniento en el

arranque se aumentan estos valores en 30 - 35%.

( 8 ) FA rRES. p.g 323

37

Page 55: Depto LU$ E2 5

Segrln las condiciones entrnciadas tomamos

f = 0, 15 x 1,35 = 0,203

Segrln ecuación g y reernplazando valores

T = W Drn (Tanet * F ) = 6lbsx2.7975 (Tane9.8+0.203)2(L -fTang¡ ) Z (t-O,Z03Tang9,8)

T = 3,26?9 lbs - cm = l,?865 lbs/pulg

Con este torque hallarnos la potencia consurnida.

T = 63.000xHpn

n = RPM

Hp = potenc ia en Hp

T = tbs/p ulg

Hp = Txn t..Z86St¡slputgxtl65 0,0238Hp63. 000 63. 000

Hp =Txn =L,2865 lbs/pulgx31 6,332lo-4..-ffi='Hp63. 000

Corno este es un consurno de potencia, sumarnos éste a La potencia

consurnida por el sisterna

38

Page 56: Depto LU$ E2 5

P rnotor = P s isterna * P desplazarniento lateral

P rnotor = 0,293 Hp * 0,023 Hp = 0,3168 HP =¿ 0,32 Hp

Corno se calculó Ia potencia de desplazamiento con tra rnáxirna RPM,

trabajarnos con una potencia rnáxirna requerida.

Ia potencia reguerida pra [a rnáquina es de 0,32 Hp

P rnotor = 0,32 Hp

3.2.2..3 Torque en los árboles con La rnenor RPM

T

N

Hp

T

T

Ttt

Ttt

Tttt

Tttt

ej=QQQ r. ¡lpN

RPM = 3l Hp

potencia = 0,32 Fip

lbs/pulg

63.000 x 0.32 ilp = 650,32 lbs/putg = 750,824 kgsr/crn3l

= Tt x i34 = 650,32 lbs/putg x 2 = 1300, 64 lbs/puLg

= 1501, 64 kgs/crn:

= Tl, x[5 - 6 - 1964,64 lbs/pulg x t/z = 650"32lbs/pulg

= 75O,824 kgs/crn

..:+- €¡-\+Eir-'sr' - -i---tUniwnidAd !ulono.T'l ¡.' ';rt.ttt.<lTo ll

DePro $r[rr¡r¿1s lf='

39

Page 57: Depto LU$ E2 5

Ttt = Tl * 't34 = 650,32 Lbs/puLg x /' = l3OO,64 Lbs/puIg

Ttt = l5ol, 64 kgs/crn

Tttt = Tll * tS - 6 - I364,(ta lbs/pulg x + = 650,32 lbs/pufg

Tttt = ?50,824 kgs/cm

3.?.2.4 Torque en los árboles con la mayor RpM

N = ll65RPM

Tl = 63.000 x 0.32 Hp = 17,30 tbs/pulg = 19,974 rgs/cmII65 RPM

Tlt . Tt -'&3¿ = l?,30 lbs/putg x I = 34,6lbs/pulg

Ttt = 39,947 kgs/crn

Tttt = Ttlx iS - $=34,6Lbs/putgx += L7,30 lbs/pulg

Tttt = L9,974 kgs/crn

Analizando Ios torques obtenldos con eI rango de revoluciones rrrnáxi-

rnarr rrJnnnirnart se deterrnina que con revoluc iones rnú:irnas el torque

es mayor por tanto se desarrollarán los cdlculos con estos valores.

3.2.2.5 Deterrninación de diárnetro previo a torsión

adrn= 16 TfrF

Se tornará inicialrnente acero 1045 I,arninado en caliente tenlendo en

40

Page 58: Depto LU$ E2 5

cuenta las recomendaciones de las casas productoras.

3.2. 2. 5 Caracterlstlcas del acero

Segrln Tabla 6 (9 ):

Sy = 3797 kg/crnz

¿3 = t6T (") tadrn=Ss1\r t adm

N = coef iciente de seguridad cáIculo

Sys = resistencia de fluencia en torsión (cizalladura )

Sy" = 0,5 Sy - 0,6 Sy ( Según Tabl,a 7 )

Se torna Sys = 0,6 Sy por recomendación del libro.

N = se toma segrfn Tabla 8

N = 8 basado en Ia resistencia rnáxirna para carga repetida in-

vertida, choque suave

( 9 ) FAIRES. Pp lg, 24, 744, 746

Ss =fu_N

4I

Page 59: Depto LU$ E2 5

oN

o ro

\ocoNO Nlltr

rn c- o ú')

¡-I

$tn

N

I

rf)

'-{ (Y)

tn

$r({)\OOO

g€d¡{ rdb0J o-idil6*

>AOll-ll

d 8z 8zE .r¡ i:átE¡{: o oo:q'É 5E .sg ''ii -o -o Zt €g $s cid+rd+¡Cl5u0 (u0 (l)0 clh p!. o{-c odoooou úv úv u

dIx

\ild.H-ooHooEüoofifl

.rt.9

icsI oqfi s3

dó9oüpTü:n gE

r!lIH

É|

IEEü

oo

+J

o

^'9t{do*iu:{i

dbI)tid(,oEoodu

rddIfr,boooodoo+icc)

.9r+{ooo

co

H

Page 60: Depto LU$ E2 5

Sy = 0,6 Sy = 0,6 x 3797 xgs/crnZ = 22?8,2 kg"/"rnz

Ss = Sys = ?278.2 = 284,775 kgs/"rn"ZN8

T = 650,32 lbs/pulg = 750, 824 kgs/crns

Segrlnfórrnula (a )

d3 = 167Tf tadrn

t/zd = 16 x 750,8?4 kss/crrl = ?,376 crn = 0,935" = lil

iY x ?84,775 kgs/crnz

3 .3, ENTRA DA DE MOVIMIENTO

Corno el movimiento se recibe de la fresadora por rnedio de una

transmisión por cadena, eI anáIisis de la fuerza es eI siguiente: ( tO )

r-a fuerza de flexión producida por la cadena (Fr ) que interviene en

Ia ecuación de potencfa es Ia irnpulsora neta; es decir, tra tracclón

en eI ramal'ftojo o conducido p, se toma igr:at a cero

Fe = Pt + F.Z= ( Fp + F ) + ( Fp + Fc )

Se asu:fie que Fp y Fc son iguales a cero (ll )

( l0 ) FAIRES pag338 - 575

(tl) UTrlpasB

43

Page 61: Depto LU$ E2 5

FIGtiRA 8. Movirniento en el piñón de cadena.

FE F conocida como fuerza pet iférica que es

arrastrar la cadena y transrnitir potenc ia

lla en la siguiente forrna:

Ia encargada de

mecánica y se ha-

EC.

F

F

P

v

75Pv

KG

cv

rn/seg.

44

Page 62: Depto LU$ E2 5

3.3. 1 Selección de t,ransrnisión de cadenas ( 12 )

3.3.2, Nrlrnero mú:irno de dientes

Ex isten cuatr o importantes

que dependen d [rectarnente

ventajas son:

ventajas en una transrnisión por cadena

del núrnero de dlentes en eI plñón; estas

Un flujo suave y unUorrne de Potencia

Quietud ds operación

A lta ef ic ienc 'ra y la r ga durac lón

Siendo la causa de Ia dependencia de estos factores que la cadena

forrna un polfgqro sobre Ia rueda, de esta forrna cuando la velocidad

de Ia rueda es constante Ia velocidad de cadena ( debido a su conf igg

rac[ón de rnrlltlples bordes en su trayectoria alrededor de los dlen -

tes de Ia rueda ) queda sujeta a una varlación clclica regular; estÁ

variación clcllca se vuelve ñlenos marcada segrf.n la trayectoria de

Ia cadena se aserrreje progresivarnente a la de un verdadero c[rculo

y en efecto se vuelve inslgnificante para Ia rnayorfa de aplicaciones

aI exceder el núrnero de dientes en la rueda la cantidad'{.e 19.

( tZ ) Segrln catálogo Renold pág.6

45

Page 63: Depto LU$ E2 5

EI efecto de esta variación se rnuestra rnejor en el caso e:¡trerno

de un piñón.

3.3. 3 Cargas de flexión

Por la cadena

Fp = fwerza de lnndeo

Fl = fuerza per iférica

F2 = está dada por la f:uerza de pandeo y la fuerza centrlfuga

Representación de fuerzas en la cadena.

\

II

\_.1

,

I,/,/

I

I+

I

FIGURA 9.

46

Page 64: Depto LU$ E2 5

Fe

F1

Fz

Donde

?

A

v

Fc

v

g

Fp

F1+F2

Fp*F

FpfFc)= g¿'/( av )

peso lineal de la cadena

distancia entre centro

deflexión de la cadena

= avz/e

= velocldad periférica de la cadena

= acelerac ión de Ia gravedad

Con el núrnero absolutarnente rnülrirno de dientes, es decir tres en es-

te caso, por cada vuelta del piñón, la cadena queda sornetlda a r:n ci,-

cIo trifásico, cornbinándose ca&t fase con eI engranaje de r¡n solo

diente al engranarse el diente en una sexta Parte de rotaclón, La dis-

tancia efectiiva o radio de transrnisión desde el centro se rueda a la

cadena, se dobla gradualrnente; durante la restante sexta ¡nrte de

giro retrocede nuevarnente a su posición original. De esta forrna cg

rno la velocidad lineal de Ia cadena se relaciona directarnente con el

radio efectivo de transrnisión deI piñón, la velocidad de cadena fluc-

trla en un 5O% por seis veces durante cada giro del piñón.

Segrln se indica en la Tabla{ 9 el porcentaje de variación de velo-

cidad clclica disminuye rápidamente segtln se añadan dientes adicio-

47

Page 65: Depto LU$ E2 5

ÉNooÉ

g

ooÉ,

FIGURA 10. Radio efectivo de transrnlsión del piñÓr.

nales; por tanto con un piñón de 19 dientes esta variación de velocl -

dad clclica tiene irnportancia, por consiguiente recornendarnos que

los piñones utilizados en aplicac iones norrnales de transrntsiones,

fwrcionando a veloc idades rnedias, hasta rndxirnas, no tengan rrFnos

de t9 dientes.

Aparte de la variac ión clclica, existen tarnbién factores adicbnales

que afectan transrni.siones con un núrnero pequeño de dientes de pi-

ñón. Al disrninulr el nrlmero de dientes eI engranaje se hace rnás dg

ro y la potencia se disipa, entre el irnpacto y la frlcción; se causa

una vlbración de rarnal de cadena por auto excitaci,ón y la vida de dg

48

,¡-- f- -1

Page 66: Depto LU$ E2 5

l¡lcl

{IJ

3seaTÉá.)=oÉ,J4 l¡,

FIGURA ll. Variación cfclica de velocldad.

ración de la cadena se reduce drásticarnente con el lngulo aurnent¿-

do de artlculación de ernpalrnes. Existen sin ernbargo articulaciones

donde el ahorro de espacio es una necesidad vital del diseño y las

condiciones de velocidad/potencia son tan conservadoras que l,as deg

ventajas de nrlrneros limitados de dientes ( es decir, por debajo de

17 ) perrnanecen discretas para que una transrnisión corn¡ncta y sa-

tlsfactoria sea posible; Ias condiciones con fines con carga fija para

utilizar ntlrneros lirnitados de dientes son corno sigue:

5 ro t5 20NUMERO DE DIENTES

49

Page 67: Depto LU$ E2 5

TABI-A 9. Porcentaje de evaluación de acuerdo a Ia potencia

Ío d.e evaluac ión 0/o de evaluac iónDientes máxirna de RPM Máxima de pot€n€ia

II

l3

l5

r7

z0

30

50

80

30

40

60

90

g.3.4 Nrlr¡ero par de dientes

La. mayorfa de las transrnisiones tlenen un nú.mero par de pasos en tra

cadena yaI utilizar un piñón con un nrlrnero impar de dientes se ase -

gura una distribución uniforrne de desgaste, tanto en La cadena como

en los dientes del piñón; la necesidad de utilizar un piñón con un nú, -

rrtero par de dientes surge en ocasiones de excepción y por tanto tal

tipo de piñón no debe usarse a rrenos que la necesidad especfrica de-

bido a relación de reducción o espacio, lo haga imprescindible.

3 . 3: 5 Selecc iói; .e transrnis ión por cadena

3.3.5.1 Datos

- Potenc ia a transrnitir 0, 3 ? Hp = 0,327 CV .

50

Page 68: Depto LU$ E2 5

- Velocidad de los ejes:

Motriz - f 165 RPM - 3r RPM (rndxirno - rnfnirno )

- Caracterlstica de Ia transrn[sión ( grado de irnpulsi.vidad de [a

carga ).

Se puede ubicar segrln Ia tabtra en una carga constante y según los va-

Iores de la tabl,a de factores de selección se deterrnina ( 12a ). Fac-

tor de selección 0,75 para 25 dientes según recornendaciones para g

na retración I : l. Distancia entr¡e centros 810 rnrn

3.3.5.2 Selección de cabaUos de fuerza

Relac ión = CV x factor de selecc ión

R = 0,327 CV x 0,75 = O,24527 CV

Con esta potenc[a y con las RPM se deterrnlna l,a cadena:

Revoluciones rnáxirnas: 1165 RPM

Revoluciones rnúrirnas: 31 RPM

(lza ) CatáLogo Renold pag 11 - 14

5l

Page 69: Depto LU$ E2 5

Con la potencía 0,2452 CV y l165 RPM, la lntersección de estos da-

tos en Ia tabla nos dá una cadena Ref . 110500:

Paso 8 rnrn ( 0,315" )

- Carga de rotura:450 kgs

Con Ia potencia 0,2452 CV y 31 RPM la intersección de estos datos

en Ia tab¡,a nos dá una cadena Ref: 110046:

- PasoI2,?rnrn(0,5")

Velocidad rnáxima de rperactón 3?50 ( 13 )

- Carga de rotura: l8l0 kgs

Teniendo én cuenta las condiciones de las cadenas seleccionadas, es

necesario uttlizar la cadena de paso t/2 por tener una carga de ro-

tura rna yor.

3, 3. r.3 D irnens iónes del piñón de cadena

- Nrlmero de dientes: 25

( 13 ) CatáLogo Renold pag. 6 - 39

52

Page 70: Depto LU$ E2 5

- Agujeto rnáxlmo : 38 rnrn

- Agujero rn(nirno: 15, 88 rnrn

- Diárnetro del cubo: 64 rnm

- Distancia a través del cubo: 29 mm

- Diámetro exterior: 108,2 rnm

- Dlárnetro prirnitivo: 101,32 rnm

- Distancia centro cadena a cara cubo:25

- Peso: I kg

3.3..5.4' Cdlculo de cargas de flexlón para el piñón de cadena

Segrln ecuación I y con l¿s qondiciones enunciadas, se tiene:

F = 75Pv

F =kgs

P =CV

v =-gLsg

v =-L=-Pé-N-60

N = revoluc tones pi.ñón

D = diárnetro exterior piñón seleccionado

F =kgs

N MAX= 1165 RPM

N MIN = 3l RPM

53

Page 71: Depto LU$ E2 5

D=

vr =

108, 2 rnrn 0, 1082 rnts

t x 0. 1082 rnts x I165 RPM = 6,6 rnts/sgs60

V = Tl* 0. 1082 rnts x 3l RPM = O, 1756rnts/sg60

Potencia calculada: 0,327 CV

F¡ = E_Z_9W_= 3,715 kgfI

-

- 6,6 rnts/sgs

Fc = 75 x 0,327 GY = L39,66 kgf.L

-

0, 1756 rnts/sgi

Segrln los datos hallados con las rnáxirr.* y rnfxirna RPM escogerros

el rnayor valor de la f uerza.

F2 = 139,66 kgf

3.4 FUER ZA DE FLEXION POR EL PESO DEL CARR O

Como el carro es soportado por Ia leva I y por el árbol 2 y por la

disposición de éste en Ia rnáquina, se def ine que QI = j de eI peso

total de I carr o.

QI = Q/Z de donde Q = peso total

54

Page 72: Depto LU$ E2 5

FIGURA T2. Carga en los árboles

Para dar un peso esting.f [yo se calculará el peso de Las piezas utill-

zando el peso especfico de cada rnaterial a usar en las respectivas

partes. Los pesos especlf icos segrln la Tabla 3.

P

P

Pe

v

Pieza No. l:

Material: acero

PexV

peso de tra pieza

peso especffico del rnaterial

volurnen

55

Page 73: Depto LU$ E2 5

Pe = 7,85 KGd;r

V = A x L para un cilindro

V ='IYDZ xL4

Pero colrro la pieza no es rnac iza

?"zZV = flDr-- tl'-DZ' xL=-$]_ D!."-D-- xL444

222V = -g- I - 0,5- d*' + 0,5 drn = g,/,) drn34

P = Pe x Y=7,85 KG x 0,29 drn3 z,3l KG'dF

- Píeza No.2

Mater ial: acero

v1 =cv*D2* L¡* lr.Dz? xLz

vT =g (or2*Ll)+ (Dzz*Lz) e lv (0,3d*)z44

x 0,06 drn + ( 0,21 dm )2 x 0, 2l drn

VT' = 0, 0l 15 drn3

- Píeza No.3

Mater ial: acero

V =-¡q]42 * f. = O' x L O.Z drn )Z x 0,35 drn = 0,01 dm3

P = Pexv = z,e5ffix o,oll5dm3 = o,o9kgs

5b

Page 74: Depto LU$ E2 5

P = Pe x Vg?,85 KG x 0,01 drn3 = 0,0785 KG;;;t

- Pieza No.4

Mater[al: fr¡ndición de hierro

V = ro'D2xL= T¡,'x(0.58drnÉx0,6drn=0, 158drn3

P = V x Pe = 0, 158 drrr3 * 7,2 KG = l,l4 KGdrr3

v) = w x I 0.58 drn )z x 0,37 drn = 0,098 drn3-

-nP = vZ x Pe = 0,098 drn3 x 7,?, KG = O, 7038 KG-dF

PT = ( I,L4 + 0,7038KG) = 1,84 KG

- Pieza No.5

Material: bronce

v =(Al-Az)*L g= tr (Dt¿-ozr) L4

r'r ( o,4gz - o,3oz)* o,4dm34

V = 0,047 drn3

P = Pe x V = 8,8 KG x 0,047 drn3 = 0,4136 KGdF

- Pieza No. 6

Mater ia[: acero

V = (At * L - A2 x L) x 2

57

Page 75: Depto LU$ E2 5

V Ei (Z,Z3drnx l,5dm)x'rrx f O.gZ)2¿rnZ x 2

4

x 0,06 = 0,?12 drn3

P = Pe x Vs7,85 KG x 0,212 = 1,664 KG;;F

- Pieza No. 7

Material: acero

v = tt (o.8zl2 d,rnz - rt, (0.54 )2 dmz x o,z7 drn = 0,08I dmZ

P = Pe x V = 0,08I drrrZ * ?,85 $9-x /, = l,266KG

- Píeza No. 8

Mater ial: acero

v =g- (Dzz -DI')*L rr (o,B3z -0,t9z¡aorzx0,tdrn

= 0, 051 drn3

P =2x 7,85KG x0,05ldrn3=0,8OKGxl= l,6KGd;r

- Pieza No.9

Mater ial: acero

v =É(or' -DI')*L=E(0,62 -0,322¡arcr?* r,rdrn4-4

= 0,23 drn3

P = O,23 dm3 x ?,85 KG = 1,8I KGdrn3

58

Page 76: Depto LU$ E2 5

- Pieza No. l0

Material: acero

v = ff_ (Df4

x 0,37drn =

P =VxPe=

- Píeza No. ll

Material: acero

V = d (D,4I

0,29 drn =

P =VxPe

0, 198 drn3

O, 198 dtt 3 - 7,85 = 1,55 KG

- Dzz ) r- = r,o? )z - (0, e )z d,rn?

%orTr

(o,+z¡z - (o,B)z

7. 85 Kc = 0. 285 KGGI

fi(4

'-or' ) r-=

0, 03 7 drn3

= O, 03 7 d,rn? x

fY4

- Pieza No. l2

Mater ial: acero

TT4

v

KGd;F

= (At - A2) x L x / = (I,73 drnx l,5dm) -

2 drn

v

P

( o, ?5 dor )z

= 0, 25 drn3

= Pe x V=7, 85

x 0,06 x

x 0,25 drn3 = 2,OZ KG

59

Page 77: Depto LU$ E2 5

- Pieza No. 13

Material: acero

v =/.(Ar-A2)xL=2 ("to2)-(t"o^z) x j-=44

? o 't:' x 0.752 - t<x 0-422 x o,2O

V = 0, I Zl2 drn3

P = Pe x V = 7,85 KG, x O,LZ\Z drn3 = 0,9514 kgdrn5

- Pieza No. 14

Mater iaI: acero

V = '[Y D2 ¡¡ L = sr'x O,2OZ x 1,7 = 0,0534 drn3

P = Pe x V = ?,85 KG x 0,0534 drn3 = 0,419 kgd';1

- Pieza No. 15

Material: acero

V = Tf DZ xL= frx0.92 x 0,4= 0,254drn344

P = Pe x V = z,8s ffi

x o,254drrr3 = l,993kg

- Peso total

O = PI + PZ + P¡ Pl5 = l8,29KG

60

Page 78: Depto LU$ E2 5

Este dato corresponde aI peso total de los elernentos que soportan el

drbol I y?, F.ra tener un valor de seguridad afec@rnos este valor

por 1,5 corno factor de seguridad. Q = 18,29 KGS x 1,5 = 27,435 KGS

28 KGS

3,5. FUERZA TRANSMITIDA POR EL ENGRANAJE

FIGURA 13. Fuerzas en e[ engranaje

Dp

+F zz-

TE

716crn= 2te

TEre

= torque engranaje

6r

Page 79: Depto LU$ E2 5

re

TE

re

= radlo del engranaje

= 650, 32 lbs/pulg segrln cdlculos

= DL = L.@. = 3,8

3, 8 crn = 1,496 pulg

F3zt = 650.32 lbs /ouLs = 434,687 lbs1.496 pulg

Según Figura $4

e'Z = 2O ánguLo de presión del piñón recto

F3Zf = F3Zt * TANG € eF

F3Zn = 434,68? Ibs x TANG 20e= 158,213 lbs F

F3?n = fuerza de se¡nración entre los engranajes

3 . 6 CA LC ULO DE DIA METR O DE LE'VA C ILINDR ICA

De acuerdo a la disposictón de los elernentos sobre la leva se tiene:

I].IGLRA 14. Esfue rzos sobre leva c illndr ica.

6Z

Page 80: Depto LU$ E2 5

Para deterrninar el ángulo se tiene en

bancada al eje y la altura del eje de la

teniendo la distancia entre ejes.

altura rnéxirna de la

base de la rnáquina,

c uenta

leva a

Ia

Ia

De

ra

{= anc. TANG. b6/so=> 6 | "

F IGURA I5 . Deterrninación ángulo

acuerdo al cá[culo se tiene que los ángulos dernarcados en Ia f igu-

l5 son:

f = 610 Qz =2o

ya que la leva está sornetida en un sisterna trldirnensional de fuerzas

y debido a que se facilita eI cdlculo sornetiendol,a a un sisterna corn-

planario perpendicular X, Y se desarrollarán los cllculos de acuerdo

63

Page 81: Depto LU$ E2 5

a esto.

FICURA 16. Cornponentes en eje X

Segrl.n cdlculo de fuerza de flexión de Ia cadena:

F t - 139, 66 Kgf.

Pero corno vamos a trabajar en eI eje X tenernos:

FX - F1 COSf = 67,700

Segrln fuerza transrnitida por el engranaje se tiene:

Fgzx

tn32

.flt,-32

F32X=

434,687 Lbs = 197, 585 KI-S

64

Page 82: Depto LU$ E2 5

3. 6. I Cálculode reacciones en Los apoyos del eje Y

zFv

EFV

RB

e+ N¡e

e+ ir¡n

Rc

Rc5t

Reemplazando Rc en

RB =67,70+L97,585

=0

-FX+RB*Rc-F32X=0

Fx+r.3zx- Rc (z)0

5,5 x FX + Rc x 5l -56,5 F 32 X = 0

56.5xF32X-5.5FX5l

= 56,5 x 197,585 - 5,5 x = ZlI,59? Kgf,

RB

Rc

= 53,693 Kgf,

= 2lI, 59? Kgf

(z)

2,1L,592 = 53,693 Kgf

5.5 cm

F.Y

5l cm

Componentes en eje Y

R.Bv

FIGURA T7.

of

Page 83: Depto LU$ E2 5

Segrln cálculos de fuerza de flexión de Ia cadena

F 1 = r39, 66 Kgf.

Para Fy tenernosl

Fy =Fl Sent ?= 610

Fy - 139,66 Kgf x Sen 610 = 122,149 Kgf,

Segrln f uerzas transrnitidas por el engranaje se tiene:

Fg{ = P 32 Y

F3Zy = 158,2L3 Lbs F = 71,915 Kgf

Segrln anális is

Q¡ =-Q-z

De donde Q = 28 Kgf,

Q1 = ?9Ksf. = 14z

3,6.2 Cálcuto de reacci.ones en Los aPoyos deI eje X

zFv - o

zFv =Fy-RBy+Qt-Rcy+FRey = Fy + Q1- ngy * FZZy (b )

C+vtn=o

C+ tvtg = - 5,5 Fy * ZS,5 e,1 - 51 Rcy * 56,5 F 32 y

R"y = - 5.5 Fv * 25.5 Ql * 56.5 F 32 v5l

66

Page 84: Depto LU$ E2 5

R"y

Rcy

RBY

P,BY

R.,

= - 5.5 x lZZ.l49 + 25.5 x 14 + 56.5 x 71.91551

73,49 Kgf. reernplazando en b

122,149 + 14 ' 73,49 + 7I,9I5 = L34,574 Kgf,

L34,574 Kgf

73,49 Kgf.

3. 6. 3 AnáLis is de diárnetro Por res lstenc ia

Como nos interesa localizar eI punto de máxlmo esfuerzo, por lo tan

to se hace necesario deterrninar las secciones de máxirno rnornento

flector en cada plano (eje X, eje Y ) diUu¡ando el dragrama de esfueg

zo c ortante .

S.693 kgs

67.70k9.f 197.585kg.f

67.70

D iagrama de esfuetzo c ortante

67

211.592 kgs

FIGURA I8. en eje X

Page 85: Depto LU$ E2 5

122.149 kss l5kgs

134.574 k9s 73.49 kgs

12.425

cB

t.575

,22.149

FIGURA 19. Diagrarna de esfuetzo cortante en eje y

Analizando los dlagrarnas obtenidos en el Eje X y en el eje y, se pug

de observar que en el eje X diagrama corta eI eje de referenci¿ cero

( 0 ) en eI pr:nto C y en eI diagrarna para eI eje Y el diagrarna corta

eI eje de referencia cero (O ) en dlferentes puntos B, E, C, lo cr:al

denota que para este plano existen dlferentes puntos crfticos, segrln

la teorla de esfuerzo cortante, por Io tanto se hace necesario anali-

zar cada uno ds ellos para conocer cuál de estos es el rnás critlco.

3. 6.4 Momento5 f lsqf ores

67,70 x 5,5 = 372,35 Kgs-crn = 235,894 Lbs/pulg

68

oA

MB*

Page 86: Depto LU$ E2 5

Mev

ME*

*",

M"*

M.y

= I22,L49 x 5,5 - 671, 8I9 kgs-crrr =

= 67,70 x 3l - 53,693 x ?5,5 - 729,529 Kgs-c¡al =

= - IZZ,I49 x 3l * 134,574 x ?5,5 = - 354,982 Kgs-crn =

= 67,70 x 56,5 - 53,693 x 5l = 1081,707 Kgs-cnl =

= - 142,149 x 56,5 r 134,574 x 5I - 14 x 25,5 = - l5?,5,I45

Kgs-crn

= - I5Z5 , 145 Kgs -cm

768,117 Kgs-cm =

lr 3

= 650,32 Lbs-pulg = 750,824 Kgs-crn

Segrln Tabla- 19 ( 14 )

Mcy

Como se estl trabajando para un s isterna coplanario perpendicular

rrxrr y rrYtr se hallan los mornentos flectores resultantes en cada pun-

to crltico segrln los diagrarnas de esfuerzo cortante.

MB

MB

KfM

TB

Itfrn -

ME

ME

Te

ffi= = T6B,rLz

= Eo; =W= 8l r, 3lo Kgs-cm

= 8ll,3l Kgs-crn

= 750,824 Kgs-cm

( t¿ ) FATRES, pag. T5I

69

Page 87: Depto LU$ E2 5

KfM

MC

Mc

TC

KfM

= 2,8 rosca tallada

MCY2

Kgs-crn

= 1869,801 Kgs-crn

= 750, 8?,4 Kgs -crn

= 1,3 ( Según Tabtra l0 ) ( 1ó )

( Segrln Tabla 1l)( 15 )t¡

= Vro8r, zozz + 1525,1452 = 1869, Bo

I-a secclón crftica o peligrosa es aquella cuyo producto KfMx M sea

mayor.

Los cálculos y según análisis se tiene que por torsión eIárbol en tQ

das tras secciones tiene lgual carga T = 650,32 lbsaulg = 750,824

Kgs-crn por flexión tra sección rnás cargada es la C pero en la sec -

ción E existe concentración de esfuerzos debida a la rosca lnayor

con un KfM = 2,8. Haciendo relación a la regla enunciada se deduce:

- Para la secc ión B

MC x KfM = 1869,801 Kgs-crn x 1,3 = ?430,741 Kgs-crn

- Para la secc ión E

Mex x I{fM = 811,310 Kgs-crrr x 2,8 -- 227I,668 Kgs-crn

) FAIRES, pag. 75t

) Ibidern, pag.75I

( rs

(16

70

Page 88: Depto LU$ E2 5

TABLA 10. Valores de Kf para chaveteros.

Chavetero de perf il Ghavetero de patÚ:R ecoc ido Endurec ido

Clase de chavetero Flexión Torsión FIexión Torsión

Perf iIDe patln

r,6 1,3 2,o L,61,3 1,3 r,6 L,6

TABLA 11. Valores de Kf para roscas de tornillo

Recoc ida Endurec idaClase de rosca l-arnlnada Tallada La,minada Tallada

Sellers, Arner icanaNacional, cuadrada ?,2 2,8 3,0 3,8

Whitworth(Ralces redondeadas ) I,4 1,8 2,6 3,3

Dardelet 1, 8 2,3 21 6 3r3

7l

Page 89: Depto LU$ E2 5

G omparando los resultados

rnás crftica es la C.

Este arbol son T constante,

Corn: Ia fuerza axial es tan

lúrdrica ) a cornpresión.

obten idos s e puede definir que la secc ión

M cons@nte y

pequeña no se

carga axial wa constant€.

calcula eI árbol ( leva ci-

3.6.5 Cdlculo de esfuerzos por deflexión

F IGURA ZO . Diagrarna de carga revers ible.

oNEl¡J

TLa¡¿J

TIEMPO

7Z

Page 90: Depto LU$ E2 5

+f

+G-

I

c

g-

fa

Srn

Sa

=Mct/"

= 32McDt

= (l-

=Q

aI/" = -dIL_ para r¡n drbol nlaclzo de sección cir-

32 cutrar ( l7 )

rnornento de inercia trpra una sección circular

distancia a Ia parte rnás alejada de Ia sección

32 x 1869. 801 Kes-crn - La045a636 = Kssx D P5 crr'Z

E

w

w

Tc

D

= 19045. 636 KssD- a-t-

Por torsión ( f 8 )

TcxD=2

w

= tfD43Z

= rrrornento polar de inereia del área

secc ión c ircular

= rnornento de torsión en G

= diárnetro de la sección en análisis

( t7 ) sHIcLEy, pag 69

( l8 ) Ibidern, pag. 84

transvereal para una

73

Page 91: Depto LU$ E2 5

824 R s-cm x

TcxDT

T

Ta

t

= 3823r9f5 Ke¿D"ftr crn

=0KsC lTI

= tn = 38234915DJ

Por ser catga constante o

KsE-ct',?

e stát ica

Según teor fa

6-tttu =

del rnáxirno esfuerzo cot@nte ( 19 )

S-rn* 3 TZrn=

Segrln análisis anterior se tiene:

frn =Qtl-Crne = Vg Ztr = 1,73 trn = l,?3 x 3823..215 Kry

Ps crné

= 6615. 3 73--;3-Crne

S-ae

( 19 ) SHIGLEY, pag. 255

74

Page 92: Depto LU$ E2 5

Segrln andlisis anterfores se tiene:

ta =Qtl-(fae = VE:a Z (rae = (fa = 19045 ,636 Kss

W "rr.-

3. 6..6 Selecc ión de mater ial

Se escogerá acero AtrSI 1035. Para escoger este acero se tuvo en

cuenta Ias recornendaciones del úastituto Nacional deI Acero, segrfn

tabla selectiva de aceros espec iales adic ional.

3.6..6.1 Propiedades rnecán icas del rnater ial

Su = res istenc ia rnáx ima

Su = 5976 KG/crnZ = Í/-8ZO,4?

Sy = resistenc ia de fluencia en tracción

sy = 386? Kg- = 54886,342 (segrln Tabla 7 ) ( 20 )crtlé

( 20 ) FAIRES, pag. 744

Lbs;*r2

75

Page 93: Depto LU$ E2 5

3.6.7 CáIculo del llrnite de fatlga en flexión

Se = Ka Kb Kc Kd Ke Kf Set (rt )

De donde

Se = lfmite de res istenc'la a la fatíga del elernento rnecánico

Sel = Ifrnite de reslstencia a la fatiga de la rnuestra de l,a viga

rotatorta

I<a = factor de superf icie

Kb = factor de tarnaño

Kc = factor de conf iabili.dad

Kd = factor de ternperatura

Ke = factor de rnodif icación por concentración de esfuerzos

Kf = f¿sf,or de efectos diversos

Ka = 0,78 para acero lnaguinado o estirado en frlo ¡nra:

Su = U82o,4? IE-- (zL | (zz )

PulgZKb = 0,85 para 0,30 < D S 2 pulg (23 )

Kc = 0,814 para una conf i¿bilidad de 99% ( rauta Lz) (23 ) (¿4 |

( 2r ) SHTGLEY , pg 23r(22) Ibldern, p.g. 232( zs ) Ibidern, pag ?33( 24 ) Ibidern, pg 236

76

Page 94: Depto LU$ E2 5

TABLA 12. Factor de conf 'rabilidad

Confiabilidad RVar iableestandar izada

Factor deconf iabilidad kczR

o,5o

0,90

0,95

o,99

o, ggg

o,ggg g

0,ggg gg

o,999 999

o,9gg 999

o,ggg ggg

0,999 999

0

t,298

r,645

2,326

3, ogl

3, 719

4,265

4,753

5, rgg

5,612

5,997

1,000

o, gg7

o, g6g

0, 814

0,753

o,702

o,659

o,620

o,584

o, 551

o"520

9

99

999

77

Page 95: Depto LU$ E2 5

Kd = I para ternperatura arnbiente ( 25 )

Ke = -I-Kf

Kf = factor de reducción de resistencia

Kf =l+q(xt-I)E = 0,95 para r = o, lz ( tauta 13 ) (26 )

Kt = r = l/8" datos supuestos

d = lrl

D=l-t/4,'

d = lrl

Kr = 1,56 a flexión ( Tabla 14 )

Kf = I * O,g5 (t,s6 - l) r,532

SeI = o,5 Su = 0,5 x 5976 Kes 2988 Kgs,

"R"Se = 2988 x 0,78 x 0,85 x 0,814 x I x I

l,532

Se = 1052,59L KgscrnZ

Segrln la ecuación de Soderberg se tiene:

t/rs = __gE * KfM qraeSy Se

( 25 ) SHIGLEY, pag . 236

( 26 ) Ibidem , pag. 239

78

Page 96: Depto LU$ E2 5

Fs = L,25 para un f¡¡¡¡qionarniento normal ( faUta f S )

KfM = 1,3 (Segrln Tabla lo ) ( 27 )

t/fs =-.rne * KfM aeSy Se

Reemplazando los valores antes encontr¿tdos se tiene:

t/t, zs

0, I

D

D

6615. 3 73 Kes

= lilG- + 1,33867 Kg"

crn?

t,zt/o3 + n.5zz/D3

M-=0,8

3, 16 cm

Iq045.636 Kesx P3 crnZ

1052,59I KescrnZ

se reduclrá éste, cambiando eI

( rnayor reslstencla ): acero AISI

Ya que el diárnetro queda robustor

rrÉterlal y con él sus ProPiedades

1045 larninado en caLiente.

Sy = 3797 Kes

"tnZ

(27 ) FAIRES, pag. 751

79

Page 97: Depto LU$ E2 5

TABLA 15. Factores de seguridad

I'antorac ¡le seorrridad nara eies- Clases de trabaio.Pesado NorrnalLieero Aplicac ión

3,6 2,9 2,65 Eje de Polea o tarnbor sobre cojinetes

o S 3, 8 3,0 2,75 Eje de Poleas o @rnbor sobre rodarnientos

4,2 3,3 2,95

4,45 3,5 3,00

1,50 l,z5 I

rueda dentado sobre cojinetes

rueda dentada sobre rodarnien-

Factor de servicio

Eje de

Eje detos.

FS

I'aetores de seouridad Dara drboles

Pesado Sernioesado Norrnal Liv iano

Fg

I.s

Fsr

Fs

Fs

Fsl

z

6,5

lr 5

4r5

2,5

I, 25

3, 15

3,?5 3

factor de choque o de servicio

factor de seguridad si no hay choques

factor de seguridad incluldo eI factor de choques o servicio

80

Page 98: Depto LU$ E2 5

Su 6116 Ktr-crnZ

0,5 Su = 0,5Sel 6LI6 = 3058 Kgscrn?

0,85 x 0,814 x I * -l- =1077,250 Kff-1.,532 cryrZ

0, 8 = I,74/D3

Se = 3058 x 0,78 x

66t5.373 Kes 1q045.636 Kest/t,zs =&+r,3&

3797 Kes 1077,250 Ke¿cm crn.¿

+ 22,98/o3 P = 2,9!3 crn

3.6. 8 Proyecto de !a leva rnediante código ASME

Corno el eje tiene una fuerza

ración de la flexión y torsión

fuer zo de c izalladura ( 28 )z

ax ial pequeña

), y aplicando

( desprec iable en corrrpa

l,a teorla del rnáxirno es

ÍMAX =

y reernplazando crx y axy = T,*LJ

(28 ) FERNANDEZ,P¿s.z

Claud io. Conf erenc ia Unlversidad del VaIb

8l

Page 99: Depto LU$ E2 5

6x =MxrI

A

de donde I = D+fl eje maclzo64

nrD4 eje rnac izo3Z

Se obtiene

t MAx =

-&-rf x D

Si se multiplica el rnornento Por un factor de choque y de concentra -

c ión de esfuerzos Km ( p."" flexión ) y "I torque Por un factor Kt Pa-

ra torsión y se reelrrpkaza eI esfuerzo de cizalladura rnáxirno por eI

esfuerzo d.e cizalladura de diseño Ssd, se obtiene La fórrnutra de Ia

ASME ( Sociedad Norteamericana de üngenieros Mecánicos ).

D3 = lÉ--rl Ssd

= 0,30 Syt

= 0,18 Sut

= res istenc la

= res istenc ia

ll-

[t**' vt )z + ( xt t ¡2

Corno trabajarnos con un acero AISI 1045 conocernos sus propledades

Ssd

Ssd

syt

Sut

de f luenc ia en tracc ión

rnáx lma a la, tta cc ión

en Ia secc ión de anáIls isCorno el eje tlene

8Z

r¡n chaveter o, afectarnos

Page 100: Depto LU$ E2 5

el esfuerzo de cizalladura de d iseño ( Ssa ) por 0, 75

Sso

Ss¿

= 0,30 x 0,75 x 3797 Kescr',.Z

= 0,30 x 0, 75 x 6116 Kss

"tnZ

854,325 Kescrn?

= 1376,1 KgscrnZ

El valor rnenor de los obtenidos se torna corno r¡alor de cdlculo.

Km

Kt

M

T

p3

(I

1,5 ¡nra una carga constante ( Tabta l6 ) (28 )

I para una carga constante

1869, 801 Kgs<rn. Dato cdlculo anterior

750, 824 Kgs-cm. Dato callculo anter ior

c 1Tl

x 750,824 Kgs-crn )

l?,30 crn3 P = 2,586 crnO3

Debido a que las fuerzas producidas en el engranaje y en [a transrni-

sión por cadena son relativamente grandes se comprobará el eje Para

r i.gidéz en flexión.

(zg) FAIRES, pg. 363

83

Page 101: Depto LU$ E2 5

TABfA 16. Valores de Ks y Krn

Tipo de la carga I(rn Ks

Ejes f ijos ( esf uerzo de flexión

s in inver s ión ):

- Aplicada graduaknente 1,0 1,0

- Aplicada repentinarnente 1,5 a 2,O 1,5 a 2,O

Ejes giratorios ( esfuerzo de

flexión con inversión ):

- Aplicada gradualmente o

c onstAnte I,5 1,0

- Aplicada repentinamente,

con choque ligero I,5 a 2rO l, 0 a 1, 5

- Apticada repentinarnente,

corr choque fuerte ?,O a 3,O 1, 5 a 3,0

84

Page 102: Depto LU$ E2 5

.3.6. p Anális [s por r lgidez en flexión

53.693 kgs

ET

296.377

372.3EI

65

t064.296to96.862^Er

DBA c

FIGURA Zt Diagrarna de M/ET para el análisis de rigidez trans-

versal en el eje X.

85

Page 103: Depto LU$ E2 5

Con la inforrnación anterior se

por rnedio del teorerna de drea

hace e1 análisis de los puntos crfticos,

de rnomentos ( Diagrarna tt/ntl

FIGURA ZZ. Diagrama de deflexión en el eje X por Ia derecha.

Y C/n = (ZZ.+tt r,6 49,934 ) + (EI 2

( 669,535 x .M x L7,534 ) +EI ?,

(!.^É-* ro64.296 x 0,8 ) +2ET

Y C/B = 7939?9.880EI

Y A/B =(4,-9,5 x Zf!-,I1s-x 4,r5 ) +ZEI

1,6 x 372..35 x 5O,?') +EI

(47,8xL9j'-]l']x2s,5EI

32.566 x O,534 )EI

( 4,O5 x 9-9.-!-é5- x 3,525EI

)+

(1.6xz

)+

86

Page 104: Depto LU$ E2 5

(t.+S x ?-g-l[5 x 0,967 )ZEI

u A/:n = 38/3,252-EI

yE/n= (zz.+tt x l,é)x (1,_6.+ 23,91 + (t,6x 3J2,35 1

EI Z 3 EI

x (0,8+ ?3,9)+ (lg+.lotx47.6x 11,95) +EIZ

(ZZ+.2t2x23,ox23.9)EIZ3

Y E/B = 15g769,424EI

Por semejante se determina la deflexlón óA A¿

Y G/B = 5l ?93q2q. 880 x 5,5A 5,5 A A = EI 8561q. 88q

5r E[

J^*= AA + YA/B 85619.88a + 3u3.z5z = 89463.L4tEI EI EI

yc/B = 5t =?ae = y C/g x 25.5 = 793920,88 x 25.5Ae 25,5 51 5I

Ae = 396964.94EI

Qn=Ao- v E/B = 396964.94 - 159769,424 = 237t95,5r6EI EI EI

y B/c = frÉx3?.566x (2*r,6+49,4)+ (t,6x 1064.296zEI3EI

x ( t t,6 + 49,4) + 47,8 x 9.62É-x (2 * 47,8 + 1,6 )2,?,EI 3

+ (47,8 x 394.76L x ( 47.8 + r,6 ) + ( 1,6 x 3-f]-!xEIZET

87

Page 105: Depto LU$ E2 5

Dlcdo

FIGURA 23. Diagrama de deflexión en eL eje X por la izqulerda

88

Page 106: Depto LU$ E2 5

r.6) + I.6 x &fr-x (Z-*2ZEf3

= JJ-Q.399&-768.EI

1,6 )

v s/c

u o/c = -!-* 8Q.9.1-85- *?, ET

+ 1,5 + 1.52

u o/c = !J,w-42EI

(z + + 1,5 )3

4 * 23-6é.3.3-* -A-EIZ+

1,5 )*29ü,J.3.* (zEI 3

Por A

TJbAD

sernejantes se deterrnina la deflexión AD., ^D.

= 5 AD=yF./cxs.s =1103998.?68x5,5EI

^D=

[t* =

óoa =

5r5

I 1q05 8. 6a IEI

AD+YD/c

130r00.96EI

-hEJ'jA2 * 1,6EI

2 x I,6 + 49,4)3

?96. E3- xEI

5l5l

11o058. 6o1 + lL04?,.269EI EI

(!ré + 49,4)z

+ 354.982 xEI

(z * 23,9 +

3

1.6 x f"._CA *zET

?3,9 * (tt,9S + 25,5)

25,5) + 354.q8?x23,9EI

Con }a inforrnación anterior se hace eI andlisis de los puntos crltlcos

pon rnedio del teorema del área ds rnorr€ntos ( Eigura24 )

YcfÉ=

23.9 xz

Page 107: Depto LU$ E2 5

122.l49kgs

134.574kgs

67t.8r9

-

El

FIGURA 24. Diagrama del M/Ef para

sal en el eje Y.

73.49 kgs

90

el andlisis de rigldez transver-

Page 108: Depto LU$ E2 5

FIGURA 25. Dlagrarna de deflexión en el eje Y por la derecha.

9l

Page 109: Depto LU$ E2 5

x ( tt,9s + 1,6) + 37.642 * &Z* (zz.g + I,6)EI 23

+ 38.L44 x 1,6 x 0,8 + 354.48 x 1.6 x (1.6 * Z')EIEI23

Y C/B = 64t835,577g.EI

yo/e = 65t.q3q x 1,6 x (l.O + 54,9) + 1.6 x lq.6gEI?ZEI

x (2 * 1,6+ 54,9) + 354.082 x 23,9 x (tt,9S + 3l )3

+ ?96,asz * &2* (z * ?,3,9 + 3l ) + 353r-9gz_EIz3EI

x 23,9 r ( tt,gs + 7,I ) + 37,642 x &g_x (Zg.q +EI 23

7,t) + 38.L44xL,6x (1óx?* 5,5) + 354.48EI3EI

x 1,6 x (J-é x z * 5,5) + 3B.L44 x 4 x (z+ t"s)3EI

+ 69.t8x4x(++ 1,5) + to7.B73 xf,áxEIZ3EIZ

(1.5 x 2)3

Y D/B = 653448.4t0EI

y E/B = @,JJ2x 1,6 x ( t.e + 23,9) + t.6 x to.6gEIZzET

x_?_x 1,6+ 23,9) + 354.a8?xZ3,9x 11,953EI

+ 2a6.q57 x 23.9 x L5,93EIZ

Y E/B = L84O7?.LLZEI

9?,

Page 110: Depto LU$ E2 5

Por triángulos semejantes se determlna eL valor de DE 6E r 6D

para hallar el valor 68, 5D.

y cle = _5¡_ aD = v c/n x s6.s = 64t835.5778 x 56.5D 56,5 5l EI

5l

An = -4!-85-3;!-4-EI

Y C /B = _5_!._ AE =25,5

AE = 33o9J-3.788_EI

AD =yD/g+ 5D= 6D= AD-y

:t c/z x zs.s5I

641835.5778=EI

2

6E =

o/e zrlo53. 14EI

AE -YE/B=3?OeI7.788EI

5 D.a -- 653448.4L"EI

oq = 53172.464

nrE¡ =

6Et = 86845.676EI

EI

6E + Y E/B

- L84072. rrzEI

93

Page 111: Depto LU$ E2 5

FIGURA 26. Diagrarna de

YA/C = (39.t4¿x l,6xEI

($+,oezx47,8x3l)+EI

+ 3l ) + 3.043 xEI

deflexión en el eje Y por la

55,7)+ 354,48x I,6xEI

37. 642 x 23*9 xEI 2

(zg.g + 7,t')3

23.9 xz

izqu ierda

(t.e + 54,9)2,

(z * ?3.a3

+ 65 I. o3q

EI

94

Page 112: Depto LU$ E2 5

x 1,6 x (1.6 + 5,5) + 19.88 x L,6 x (¿.-6x 5,5 )

+ 43A,_199x{¡[5x(¿.OSxZ+r,45) + r77. llEI23EI

x 4"05 x (4.05 + I,45) + r,?7,rr x I.45 x (t.+S x Z)ZEIZ3

Y A/C = 5 8035 7. 011EI

yB/c = (1!-144.x t,6x 49,4)+ 354.48 x I.6x (1.6+ 49,4')EIEI 2,3

+ (354.q82 x 47,8 x 25,5) + 37.642 x 33,-J, x (Z x ZE.9EIEI?,3

+25,5) + ?,a6.o57x23.9x(Zg.g+ 1,6) +EIZ3

65t,g3g* 1,6 x ( 1-_é-) + 1o.88 x .1,é x (J*é )EIZET23

Y B/C = W2Kg-crn3EI

y u/c = (38.t44x!,6x24,7) + 3E#.x 1,6 x (r.0 + 23,09)EIEIz3

+ (354.q82 x 23,9 x I1,95 ) + 37.642 x.&2 x (z * zE.q¡EIEIz3

Y E/c = 116988. 149 Kg-crn3EI

Por rned[o de triángulos sernejantes se deterrnina el r¡alor de Ae, Aa

95

Page 113: Depto LU$ E2 5

yn/c=A

AA =

5l56,5

Y B/c x 56.551 =

5J322!,-954-x 56,5EI

5l5JJJ3-9-.543-

EI

I-áre = 5lE

AE

AA

<f Av = 2-2-f39,363-Kg-crn3EI

AE = YE/C + óiE

- It6q88. t4qEI

6 Ev = 136ÍA5.676 Kg-..n3EI

Gon los valores haltrados para

rnina tra deflexión resultante.

25,550329r.954

= y. E&. = EI = zst64s.o77?,ZEI

-yA/c+ 6A+ EA=AA -yA/C

580357.01rEI

= -22788.469 el signo negativo indica que el punto A' quedaET por enc irna de A

cfA=W-EI

Ey = AE - Y E/C+25I645.977EI

la deflexlón en los ejes Y y X se deteg

I

$ 1 so¿os. r¿t ¡z 1 (zzzee.+o" ¡z5et =

96

EI EI

Page 114: Depto LU$ E2 5

úer = 2E!S--W, Kg-crn3EI

lt:

.fnr= $6nx2+ 6evz

6ET = ?.7384gü-Kg*rrr3EI

cf DT =

.fDT =

l-

V ( zgztqs. sr ¡z 1 (l:ee4.s.att )z"EIEI

t[1 tgotoo."o¡z I (53L22.464)z

EI EI

140547.38 Kg-crn3EI

I-a. deformación adrnisible para árboles de

debe ser: ( 3O )

transrnis ión y de rnáquina

-4 0,01 pg/pié.de longitud entre apoyos.

Entonces la deflexión en el drbol debe ser de O,0424 crn. Teniendo

en,cuenta Ia condición anterior, se deterrnina eI dilrnetro del árbol

con tra deflexión rnáxirna hallada.

( 30 ) FAIRES, pg 352

97

Page 115: Depto LU$ E2 5

6MAX = ¿f ET = 4198q0.33 Kg crn3EI

E

= '[Y D464

= 2rr x

( 31 )

106 Ksc¡¡'z (32)

O,O4Z4 crrr = 4lq8q0.33 Ke{rn2,I x lO KG x ffDt

ct'.z 64

= 92319-92l .tr'? * 64 crnZ?,1 x 106 KG x 0,0424 crn x

2,143 crn

273&4O.18 crn3 x 64 x ernZ2,1 x 106 KG x O,0424 crn x

2, 81 crn

DA4

DA

DB4

DE

oon

DD

= 140547.38 x 64 crn3 "rnZ =2,I x 10o x O,O4Z4 crn x

= 2,381 crn

Debidoa las velocldades a las cuales estará sornetida Ia leva no se

calculará a velocidades crfticas. Esto se fundamenta según consi-

( 3l ) FAIRES, FE.g.Zt, 354, 36t

( 32 ) Ibidem , pag. 2L

98

Page 116: Depto LU$ E2 5

deraciqres concedidas en conferencias y libros ( 33 )

Considerando los didrnetros hallados en los dijerentes rnétodos se

puede deterrninar el rnayor de los hallados corrro diárnetro de diseño.

Diárnetro es de 2,91 en Ia sección D.

,

FIGURA Z?. D irnens iones del árbol ¡

( 33 ) Universidad del Valle. Conferencia. pag. f f 09

CARRERA

r" -----1/\,t\

99

Page 117: Depto LU$ E2 5

Segrln Tabla 5 (34 )

Tornillo de potencla ( Leva cilfndrica )

- Diárnetro exterior: I t/2" ( 3, 81 crn )

- Núrnero de hilos por pulgada: 3

- Dlárnetro interior: 3,068 crn

- Altura hilo: 0,371 crn

- Rosca cuadrada

3.7 CALCULO DEL ENGRANAJE

3.7.I Carga que actúa sobre eI diente

Se supone que sólo un par de dientes está en contacto¡ 1o que no su-

cede rnás que cuando el piñón es de lnuy Pocos dientes Io que dá

c ierta seguridad en los cálculos.

En efecto, Ia presión norrnal que se ejerce sobre el dlente es:

Pn=PCOS€{

(34) FAIRES, pag. 319

100

Page 118: Depto LU$ E2 5

FIGURA Z& Presión normal

y el ernpuje axial Pr = Pn SEN

FIGURA 29. Ernpuje axial

r0l

Page 119: Depto LU$ E2 5

recta que pasa por los centros de las ruedas y por eI punto de con -

tacto. EI valor del está f ijado por los distintos sisternas norma

lizados, 4= l5o Brown & Sharpe.

cC = ZOo - ZZo 3Ol

EI coseno puede valer por Io tanto: 665c<-o = O,965 a O,925

tando un valor medio de 0,94 se tiene que Pn = P = 1,060,94

tonces puede en la práctlca tonrarse para ruedas de este tipo

adop-

P, eL

Pr=P

Esta fuerza se supone repartida igualmente sobre toda la longitud

deI diente; asf rnisrno es prude¡rte colocarse para el cdlculo, en Ia

hlpótes is rrlds desfavorable; esto es que solarnente un par de dientes

transrnlte y recibe dicha fuerza, Lo que sólo se produce para ruedas

de rnuy reducido ntfunero de dientes, casi siernpre están dos o tres

pares de dientes en contacto sirnultáneo, aú.n asIcaben las siguien-

tes h ipótes is.

3.7.'2. Carga retrnrtlda en Ia arista de cabeza

r-a f.werza periférica P ( uq.oi¡nrada a la fuerza r'orrrral Ro ) produce

en el diente un rnornento flector.

roz

Page 120: Depto LU$ E2 5

FIGURA gO. Fuerza periférica P

I-a sección que resiste está

llanta r por lo tanto

b) W'=ba26

y por consiguiente de

Los valores a, b

en la base del diente en su r:nión con la

Ia teor(a ctásica de la flexión

y h se pueden expresar todos en función del ¡nso

Ph=ba2Kf.6

c)

I03

Page 121: Depto LU$ E2 5

a =é<P f =6P h,=?,2PT'r'

En consecuencia, sustituyendo en ( c )

P =U-=BP 2P2¡a;¡Tr6

Multiplicando ambos térrni¡nos ordenadarnente por Ia o<presión:

R = ZP setienezTr

fr 6 ZTr

9n esta últirna se puede reernplzar PR por su equivalente M¡ y ade-

rnás <2 - o,5zz E: o, 27

)^P R = ?,.2P =.W Kf zP

Entonces se tiene, despejando:,

9_p =l/ tOO M* Crnlt-V PT Kf

Gorno eI valor del paso no es córnodo para eleglr Ia fresa, convie-

ne calcular:

IIr = ---E-TT

t04

Page 122: Depto LU$ E2 5

Introduc iendo este valor

resultado en m il lrnetros

y rnultiplicando por 10,

se tiene para dientes no

Para exPresar

fresados:

M = 14,7

Esta. fórrnul,a es aplicable al cálculo de ruedas con dientes en bruto,

en los cuales no existe una precisión estricta y por Io tanto la hipó-

tesis de considerar Ia carga aplicada en la lúrea de cabeza y engra-

nando un solo par"de dientes da a la superf icie seguridad en el cáIcu

lo.

3.7.3 Carga actuando en ila generatriz pt irnitiva

De igual rnodo que en eI caso anterior, se tlene:

P.d = az b Kf (. )6

De acuerdo con las proporciones del diente

= 7P = l.l66M, a= 0,52p,6'Fr

b =F?d

MrF?É' Kf

Reernplazando se tiene :

105

Page 123: Depto LU$ E2 5

P = 7p = O,5ZZ pz?tóTr 6

pKf (b)

Multiplicando ordenadarnénte cada miernbror por

R = VP y sirnplif icando se tiene2

=0,¿7P3p KrZ (.)T4

PR

y despejando

P = 3,83

EI rnódulo, expresado en rnilfmetros

M = LZ.Z

3 .7.4 CáIculo basado en un c oef ic iente de ca r ga

La. fuetza Pn en Ia direcclón de la l6rea de acción

de hacerse

CbPc

coef fclente producto de. varios otros

Esta fórrnula se ernplea lara dientes

fresados

o de pres iones pug

Pn=

C=

MKf P7-

106

(" )

Page 124: Depto LU$ E2 5

C =Co.Ct.CZ.C3=C.E. (b)

CO = -JQg- para fundi.ción de hierro de gran (c ) calidad

v+10

CI = Es la relaclón entre Ia resistencia del material utilizado

y la de Ia fundiclón.

C I = I fundic ión de gran res istenc ia.

= l. 8 a 2.5 acero rnoldeado

= s. 8 a 3.3 acero forjado

= 3 a 4 acero al nfquel sin templar

= 5 a 9 acero aI crorno nfquel, cernentado, ternplado y recti-

f icado.

= 8 a 12 ldern. para engranajes de autornóviles y aviones.

= 2.4 metal delta fr:ndldo

= 2.7 rnetal delta for jado

= L.7 bronce fosforado

= 1.3 bronce ordinario\

= 0,8 a I rnateria.l tejido con resina artlf icial prensado (fibra )

CZ = factor de cl,ase y duración del trabajo

= 0, 8 trabajo normal

= 0, 6 trabajo pesado

C3 = factor de terrninación en Ia ejecución del diente

r07

Page 125: Depto LU$ E2 5

Fórrnula que dá el rnódulo

&== trf c A R

=300Ev+r0

7L6?,0Tf . c . . R N

y= frRN3.000

= (a )M?

c

Si se sustituye

rr-si q)= v 0,0795 + 760RN

en cm ( 15 )

Fórrnula utlllzable cuando V =

15 -qsq

Los valores de Q "u deterrnina por eI gráf ico de tra Figura ó0 ( 35 )

Si se conoce el núrnero de dientes se tiene:

tr- lr-= l/ P \/ 0,0795 + 760ueI- v nN

al-(, 4.500N encrn\r-\CAZN

( 35 ) PIZANO, Pascual y KLEIN, Alberto. Engranajes y poleas.Buenos Aires, 1960 pag.60

M

r08

PÉ,u

0.64 Mtc^ z

Page 126: Depto LU$ E2 5

h

El valor de A depende del rnontaje, o sea los soportes en que apo-

ya el eje que contiene la rueda dentada as( cotrro de Ia deformac[ón

o flecha que este eje sufre.

) = 6 rueda con dientes en bruto, fundido

,¡= I0 dlentes A1lados, soportes comunes

)= 15 a 25 cajas de engranajes o de velocldades

?oo 400 600 800 tooo t200 t400 r@o I@O RPM

FIGURA 3l V e loc idad de rotac iór

t6

l4

t2

to

I

6

4

2

0cp;o Brbr,:r* n

l0g

Page 127: Depto LU$ E2 5

3 . 7. 5 Cálculo de res istenc ia de los d ientes, ecuac lón de Lewis

3.7.5. I C""g"s gue actúan sobre los dientes

Para l,a transmis[ón del rnovlrnlentoipor ruedas dentadas se admite

que ellas soportan dos clases de cargas: estáticas y dLndrnicas, a

pesar que arnbas existen siernpre en forrna slmultánea, se adrnite

eL cáIculo co,n cargas supuestas: estdticas cuando l,as ru'edas giran a

velocidades lentas, su cdlculo sólo requiere conocer Ia fuerza tan -

genc ial en la c [r c unf er enc ia pr irn it iva .

Sin embargo, cuando la velocldad

necesar[o tornar en consideración

cen:

de rotación se hace apreclable es

una serie de factores que apare -

Calor generado durante el func ionarniento

Vibraclones por la irnperfecctón del tallado

- Debilitarniento por fatiga debida a Ia p*esión superricial en los

f lanc os

Desgaste produc ido por el rozarniento

ll0

Page 128: Depto LU$ E2 5

- Ruido rnolesto por las altas velocldades o por efecto de cargas

exces ivas.

Todos estos factores estdn relacionados y son función de la carga y

de Ia velocidad.

FIGURA 32. Forrna corno resisten los dientes

En Ia Flgura 32 se representan tres etapas observadas antes y des-

pués de producirse en un diente.

En ( a ) la grieta arranca de Ia arista inferior del fondo entre dien-

tes sobre elflancoque sufre traccifu y lenbrnente progresa en di-

n/\)v\

D

Atl/\ '-

c

llt

Page 129: Depto LU$ E2 5

recc lór descendente; en ( b ) continúa

secc ión res istente; en ( c ) aparece Ia

por rlltirno el diente salta.

debil itándose reduc lendo su

grieta en Ia arista opuesta y

Evidenternente

factores antes

se trata de una rotura por flexión, agravada por los

rneni ionados.

3. 7..5- 2 Determi:ración de W' carga estática

= carga tangencial en la circunferencia prlrnitiva en Lbs

= didmetro prirnltlvo en pulgadas

= cupla o mornento de rotación ( torque ) en libras o pulgadas

= veloci.dad de rotación en RPM

= potencia en Hp ( Horse Power )

El valor W resulta:

w

D

T

N

Hp

w' 126.000 Hp en IibrasN. D.

3. 7. 5. 3 Carga dinárnica

Se denomina as(a La fuerza i.nstantlnea rnáxirna que actúa en una rue=

da dentada dunante la acción. El exacto conocirniento de ta naturaleza

rLz

Page 130: Depto LU$ E2 5

de dlcha fuerza es aún incompleto, Pero

el resultado de gran núrnero de ensayos

asignarle un valor bastante aproxlmado.

El efecto de la carga dinlrnica

carga estática.

cornbinando tra teorla con

exper irnentales, es pos ible

se considera corno un adicional a tra

3..7.5.4 Ecuac ión de Lewis

FIGURA 3-. Cargas que actrlan sobre el borde det diente

Si considerarnos a la carga Wr aplicada en el borde del diente ( posj

ción rnás desfavorabLe), ella tendrá La dirección de presiones; por

Io tanto, un lngulo con tra tangente a la circunferencla que pasa

./-/ z' --L-.-/ -/ .¿ /' \.-----//-/,/¿--/a-/ -/ ,.' /- /'t/-.- .t .t -/t-a' .t .t -/'/'/-/

.t -/' -/

Il3

Page 131: Depto LU$ E2 5

por ese punto, la dirección de la carga wr corta el eje del dlente en

el punto C y su prolongación resulta tangente aI cfrculo base.

I-a, componente de esta carga que interesa para el cdlculo Por flexión

es [a fuetza W que tiende a romper al diente, rnientras l,a cornPonen-

te radial R ejerce una compresión sobre l,a base del diente, de rnenor

ir¡f luenc ia.

I-a parábola correspondiente aI sólido de igual resistencia tendrá su

base en l,a sección en la que el esfuerzo es máxirno (prlcticamente

es la sección donde cornienza el ensancharniento desproporcionado

de La base del diente ) y ul vértice en el punto C por donde ¡nsa tra

carga aplicada W.

I-a altura de ese perf il parabóIlco es h. EI mornento flector es Wh.

El rnornento res istente está dado por el producto del rnódulo de res is

tenc ia:

r/c = f.t2/6, de donde

W = carga tangencial en la circunferencia prirnitiva en Lbs

f = largo del d iente

C = dlstancia de tra f i.bra rnás alejada aI eje neutro de tra sección

reslstente ( t )2

I14

Page 132: Depto LU$ E2 5

S = esfuerzo de flexión en Lbs/pulg

Mf =Wh=Sf.tZ6

De donde se deduce el valor del esfuerzo

s =-l[- =6hf. t2

Esto puede escribirse tarnbién de éste rnodo:

S =W I I (")r &/46 4/ 6

Si se traza CD y DG en la Figura 33 forrnando entre sf r:n ángulo reg

to, se tienen dos triángulos sernejantes: ADCE y DEG; de esta se-

rnejanza surge Ia sigulente proporción:

dzt/z z zt/2,:X

o blen

6.y = ¡Z/+

de donde

)( = &/4ta

que sustitutda en la (a ) nos dá

S=W I 6

fx4

Si ahora se rnultiplica numerador y denorninador por p (circular

PITCH ) se tiene

115

Page 133: Depto LU$ E2 5

S =W 6 Pf. x .4P

y si por rllttrno denorninacnps

Y=Pz/s x

se tiene f inalmente

s =i:][--fPY

Y = factor de forma4'rl ,P = n'/P

p = diarnetral PITCH

S = W P Cedonde y= YsegúntablalTf YTr

S =WP (36)f.y

- La ecuación de l-ewis se resuelve utilizando tra cornponente tan-

gencial E de la carga si Ia cornponente radtal R debe ser co¡rsidera-

da, ella producirfa un esfuerzo ds sornpresión uniforrne gue se agrg

ga a la flexión, el efecto de esta coñrponente radial es entonces el

de incrernentar Ia compresiór, y dlsrninufr tra tracción.

( 36 ) PIZANO, Fascual. Engranajes y poleas. p.g L22

116

Page 134: Depto LU$ E2 5

- Et rrayor esfuerzo se prduce s i suponernos a la carga actuando

en la punta del diente. Si la rueda ha sido tallada cuidadosalalente, Ia

condición supuesta de carga en Ia Punta del diente no es real.'Por cuan

to antes de perder contacto un Par de dientes, F se ha indicado el

contacto del par siguientei para rnayor seguridad se incrernenta el

factor de f orma y en un I0% para eI s isterna f utt depth y un 60lo para

el stub.

- I-a carga tangenciaf W se supone uniforrnernente rePartida sobre

todo el ancho de Ia rueda a pesar de que tra elasticidad de los brazos

de ellos absorbe parte de la carga.

- EI efecto de la concentración de Ia carga no se considera siernpre

a pesar de que las investigaciones rnediante rnétodos fotoelásticos de-

rnuegtran que ella se produce a clerta altura del diente, ptá,cticarnen-

te en l,a circunferencb prirnitlva.

3.7.5.5 Valores apror.imados de Ia carga dinárnica

wd = _14_Cv

= factor de veloc idad obten ido exper lrnentaknente y para cada

caso admlte un valor ¡nrticular.

= péLr€L engranajes colrlunes con velocidades

Cv

a)

rl7

Page 135: Depto LU$ E2 5

V '- 2.000 pies/rnin = 605 rn/rnin = lOrn/sg

cv = --é-W600+ v

Segrln Lewis:

wMAx=@KfKtP

Kf = factor d.e concentración de esfuerzos para = 2Oo perf iI

de envolvente

Kf =0, 18+( t )O,ts (t )0,45rh

t = ancho base del diente

r = radlo de Ia curva de enl,ace

Este factor tiene valores que oscilan en La zona de tracción entre

1,34 a I,37 en Ia zonla de cornpresión; puede akcanzar hasta 1,61.

Puede adoptarse en cáIculos rdpidos.

Kf = lr5

K2 = factor de forma corrido, ¡nra tomar en consideración

K2 = l, 7 ¡nra full dePth

= L,6 para stub

K1 = factor de servicio

= l,?5 para cargas uniformes

= 1,35 para cargas var iables

= 1,50 para catgas bruscas

lr8

Page 136: Depto LU$ E2 5

,-rooo\N@N\OHtno.9oÑF-ú)$N'-rO.co.O$::\O \O \O \O \O \O rf.t tf) tO tn *l

^ ^.ioooooooooov

N N N {r { $ \o\o \o o o cft N @ @ stt o $ (Y) (f) cr\ll) $ $ o\o \o N d @ :N N N N N N N N N G1 (Y) d) $ $ rO \O r- C- @ O. o.O'-r N (f) ú) <{ |lr \O \O 5cf) (f) (Y) (Y) (f) (f) (y.) cf) d) d) út (v) (f) (v) (f) (f) cq (v) G1 ú) (o $ i{ $ $ $ {{ $ !il $ \-. .jooooooooooooooooooooooooooooo oe

N $ O O N oO @ @ $ O\o \O tn N O F- f- (f) \O ut t\ t'- Op.{ Ñ + rn ro.O F- oO (i\ O O .< Ñ <o <"t sil ro.o Ñ o o. o N 9(f) Íi d) ú! (f) (y) (q (fi úr $ $ ss \s st{ \il * s + $ {{ $ to tn to.^.o o o o o oo o o oo o o o oo o o o o o o orJ

ú)'-r C- O \O d) o. <r (\ @,-{ f-.O m O d $ ts o. N tñ f- O N\fl .O t- ct.. 6 O c) ; N ñ¡ í) d) $ lX \o ¡- cÓ o¡. O N d'r $ € t-N N N N N (f) ú) co (vr (r1 (v) í) úr ;o (v) (v) (Y) (fi { $ {| $ $ sil

oooooooooooooooooooooooo

,-r (vt \O |r) $ $ O t- rA O. N O. @ $ € ¡- (Y1 O \O Lñ -l ¡- $ <rl-r N út {{ ll:) \o D- t- @ @ o. ct. o .i'-{ N cf) $ sf Lñ ro \o F- @N N N N N N N N N N N N d) d) d) (Y) (Y't c1 d) ú) (v'l ú) (A d)

|.n \O F @ c|.. O'-{ N í) $ úr.O f- @ or. cl,-r N $ € cO O $ cO (v) O O rn O O ¿:F{'-l H F{ F.t F{ -t,-r (\I N N N N N (f) (vf (v) $ tñ \O F O rfi ó RdHrq'

i;

!l.i,l

O,-rNsü\t\fl\Í$OC-NO@\O\O\O\O\OF-ts(f)Ú)(\¡NNNNNNN

oooooooooo

O OOOOOOOOoooooOooOOOoo oc,

ílcprti Brt¡rii:r¿r r;

-d^liob"g€5: lt!5O{hv

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to+l.g

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F.t

¡:+l

FEl¡{ €

o9B

.=d

s9o..gl{x€vd

oc)o:

t{Ho.9fio)5 ar'áÉ

Page 137: Depto LU$ E2 5

Se = esfuerzo llrnite p ra los rnater lales colr que se construye

Ia rueda, en psi ( Tabla 18 ) ( 37 )

3.7.6 Cálculo del rnódulo de engranajes rectos

Cons iderando Ia carga repartida en la ar ista de Ia cabeza segtln la

fórrnula de flexión

Mr =P.t¡=ú- Kf (a)6

Se obtiene, reernplezando los valores s iguientes de a y de h

a =O,52 P;h=13P6

Ia expres lón

Px13 P=b 0.52¿.p¿.Kf (b)

de donde, slrnplif icando y ordenando, se deduce

P =fr o.szza.P.Kf (c)13

Si introduc irnos

( 37 ) Ibldern .

lz0

Page 138: Depto LU$ E2 5

TABLA. 18. Esf uerzo llrnite ( Su ) para distintos rnateriales

Mater lalDurezaBr inell

s.p. s. i.

Fundlc ión

Bronce fosf.

Acero

Acero

Acero

Acero

Acero

Acero

Acero

r80

150

150

200

240

280

37,0

360

400

r2.000

24.000

3 6. 000

50.000

60.000

70.000

80.000

90.000

100.000

rzl

Page 139: Depto LU$ E2 5

Tv.9-&-Kf =c ("')l3

Se tiene, f lnalrnente

P = c b p. (3)

bypencrn. Penkg

Reernplazando en Ia fórrnula anterior (3 ), eI paso Por su equiva-

lente: P = fiM.

M =-----¿- (4)'[f. b. c

- Los valores de b

I-a, presión norrnal Pn, ejercitándose sobre el ftranco deI diente,

produce un desgaste que es necesario considerar en efecto, el de¿

gaste que es proporcional a Ia velocidad, y 4la presión especf ica

inversarnente proporcional aI largo del diente, la relaclón en-

tre el largo del diente y el rnódulo b = t0 M; conternpla en par-

te esta necesidad de disminulr la presión espectfica, pero no culn-

ple totalrnente dicha cond ición.

Muchos autores dan La siguiente otra proporcionalidad:

b =p P.

Donde P es un coef ic iente cuyo valor se recoñlienda dar

r2z

Page 140: Depto LU$ E2 5

p = 2 para dientes en bruto

P - 2 a 3 para ruedas de transrnlsión cornún

F= hasta 5 trnra transrnitir fuerzas considerables

Sin ernbargo esta proporción en función del paso no conternpla la ca-

lldad del material ernpleado nl Ia veloc i.dad.

Teniendo las condic iones anter lores:

b ? toir¿

a) valor de P (potencia )kq

Mt = 595,45 Lbs - pulg = 687,47 Kg-crn

PxR=687,47kq-cm

P = 9E-A3_ De donde R = radio prirnitivoR R = 38rnrn

P = 687.47 Kq-crn = 180,9 kg3, 8 crn

b) Elecc ión de c y b

Según Ia Tabla f 9 ( HUf te ) qo" dá para el acero:

Kf = 800 a 1.400 X.g/"rnZtornarnos I.000 valor medio

c = or525 Kf fi Segrln ecuación (c )l3

C = v 0.52? x l. OOO Xg/ernz 65,34 Kg/crn? 66 Kg/crr.l3

rz3

Page 141: Depto LU$ E2 5

Adoptandob = I0 M

c) Cálculo del rnódulo

M = 180.9KG

cln

MZ =0,08?,2crn ffi= O,?95crn

yv¡? - lSo.qKGTt,x 66 $gx l0 M Trx 66 Ke x l0

3.7.7 C4IcuIo basado en un coeficiente de carga

ón5

F

cln

Segtln ecuac I

M =0

Segrln grdf.íco Figura 60 ( 34 ) Q

- Velocidad de rotación - lf 65 RPM - 3l RPM

- Radio prirniti.vo r = 3,8 cm

0= o,5z 0= L,?

Segrlnecuacion (b)

C - C2CtCZ C3 = Co€

€ = Cl CzCz

C I = 2,5 acero rnoldeado

CZ = 0, I trabajo norrnal

c3 =le =2,5x0,8xI-z

t24

Page 142: Depto LU$ E2 5

A depende del rnontaje, o sea de los soportes en que apoya el eje

que contiene Ia rueda denta.da, aslcorno tra deforrnación o flecha que

este eje sufre.

^

A

^

Segrln el enunciado anterlor:

A =10

= potencia = 0,2989 CV

Con estos datos calcularnos el módulo

=Q

= Irz

o,52

= 6 rueda con dientes en bruto, fundido

= l0 dientes @llados; soportes cornunes

= 15 15 a 25 cajas de engranajes o de velocidades.

P

M

M

GáIcuIo basado en rnétodo de

norrnal

0,6 cm

0, 146 crn

Lewis para = 2Oo altura de d iente

( 38 )

100 - 101

r25

PE:A

M

( 38 ) Ibidem, pags

Page 143: Depto LU$ E2 5

N

K

v

N

v

= Potenc ia en CV

= coef iciente de trabajo adrnisible ( Tabla ZO) ( 39 )

= velocidad periférica en Ia circunferencia prlrnitiva en tn/"eg

= 0,32 Hp = O,326 CV segrln cllculos antertores

=TfxDxN6

D

N

D

N

d iámetro prirnitlvo mts

revoluc iones por firinuto

O, 076 mts segrln pred imens ionarniento

f l65 RPM. Velocidad rnáxirna a que puede estar sornetida

rnlqulna

4, 639 JE_seg

25 seg6n tabla ZO

( o.zz6 \ ( tzts + s,gz x +.69o ) = (0,620 rnrn )25 x 4,639

v

K

M

Hallados var ios valores

rna eI valor máxirno que

norrnalizará.

del módulo por

corresponde a

diferentes métodos, se to-

?,95 rnillmetros, el cual se

( 39 ) Ibidem, pags. Ioo - lor

rz6

Page 144: Depto LU$ E2 5

TABLA 20. Carga de seguridad admitida en la construcción de

engranajes

KMater ial ks/rrrrr'

Fundición cornrln - Dureza Brinell 160-200.

K2L5a}}kg/rnr.?(tracción) 5a7

Fundición especial - Dureza BrineII l80 - Z4O

K2;25a3Tkg/rntr.z (tracción) 8a ll

Acero al caibono - 0, 20 % C - ternplado y

revenido 14 a 18

Acero al carbono - 0, 45ToC - ternplado y revenido ZZ - ZB

Acero aI nlquel - O,20ToC - 3,5%Nl -

ternplado y revenido 25 a 32

Acero al nlquel - 0,45%C - 3,5%Nl -

templado en aceite y revenldo 32 - 40

Acero aI crorno-nlquel - L,Zs%Nl - O,6O%Cr

O,I5%C - tratarniento térrnico 25 a 28

Acero aI crorno-nlquel - I,Z5%Nl - 0, 6O%Cr -

O,45ToC - ternplado en aceite y revenido 32 - 40

Acero al molibdeno - 0,3ío/oMo - l, ?5%Nl -

o,6OToCr - O, O%C - ternplado en aceite y rev. 40 a 50

Acero al crorno - lToCr - 0,5O%C - tratado

proceso cianurizacLón 35 a 45

IZ7

Page 145: Depto LU$ E2 5

TA BLA 20. C ontinuac ión

KIr¿fater ial kslÑ-

Acero al crorno-vanadio - 0, 16% Va - lÍoCr -

o,45Íoc - para cargas variables 35 a 45

Bronce fosfóreo - Para coronas de tornillo

sin-f in - Tornillo sin ternplar 5,5 a 8,5

lvfateriales plásticos - ( Reslnas-fenotes ).

Ver indicaciones del fabricante 3a4+

IZ8

Page 146: Depto LU$ E2 5

Este valor de módulo corresponde conslderando la carga repartida

en la arista de la cabeza, tra cual es la rnás conservativa.

3.7. 8 Norrnalizada del rnódulo

Corno eI valor del rnódulo es 2195 se norrnaliza con exceso para dar

garantfas aI diseño.

M = 3 rnrn ( Segrln Tabla 2.I )

3. 7. 9 Deterrninac[ón de diámetros pr irnitivos

Longitud entre centro L = Il4 rnrn

Velocldades de rotaclón N1 = 1165 RPM

N2 = 582,5 RPM

DPI = didrnetro Prirnitivo conductora

DpZ = diárnetro Prirnitivo conducida

Dpz = 2 (L-DPI ) (s)?,

Corno

Dp^ = DP1 NtN2

(z)

F7 '-a

-Univsrsidod Autonomo de Occidente

Sotción Eibliotero

Reernplazando L en ? se tiene

t2,g

Page 147: Depto LU$ E2 5

f- @ O\ $ O.O'-{ ¡- f- .O \F $ (Y) N N'{ c) c' cl\ O f- rI1 dl$.O t- o\ -l N,-r ul or\ @ I\ ¡ ü) ct\ d) t- -l r¡1 co N O € \O\O ó O N |.n ¡- o\.-r \O N t- d) O d) O. \fl O ttt O \O ¡- C- @

ai.ii^O O,-{ Fl Ft d Fr N N (Y) cft $ $ |l.t u.t.O F- F- @ @ or. C) -{

O ry SQ O a- cr) O f- @ O N (Y) rn F- O O -t m tI^! \O O d) \Orn \O O O'-'l (r) rf) \O O |r) o\ (Y') t-,-{ rn O <{ @ N rO tO O "¡\o € o d) ¡n Is o. -. ¡- N ¡- d) ó $ o. tn o rn -.t \o !- @ o.O O .-t Fl F{ Fl -r N ñ¡ út ú) $ $ t¡.t ü1 \O [- f- co oo o¡\O.-{

o t- !Q o f\ úr o c- @ o N (v) üt c- @ o r-t (v) r.o \o o ff) \oIn rO € O'-r dl ut \O ú |l) $ cq (\¡ -r O O O. @ f- \O rn (n -l(f) $ u1 t- @ O. O -t $ f- O (Y) \O or. N r!1 t\ c) (n \O N @ <{¡i

O O O O O O'-.'i Fr -r N l\I N N rv) <a cq $ $ $ rn tn ro

o o o o o o o o ú) orr) o ¡f) o r¡1 0 ú) o rn o o o o(f) $ tf.) \O f- @ o\ O N r¡t C- c) N ú') f- O N tO t- O u.) O rn

O O O O O O O Fr'-{'i,{ N N N N (v) (Y) cf'! ó sü{ g tr.) rrt

i rn oo N |'n q ó r- \o rn $ $ dl N,-{,{ o o¡. @ F- \o {r (f)f- c¡..-r $ \c' €,-{ (rt $ u1 \O C- O c¡. O Ft N N (Y) \r{ \O oO OCg $.O c- O O.'i

^¡ rf) @'-{ $ F- O $ C- O (r1.O ó rn,+ OO c) c) O O o) Fr Fr'i,i (\¡ N (\¡ (Y) d) (Y) $ $ sil $ rO.O\O

aaoooooooooooooooo ooooooo

(Y) t- -r u') o|\ (f) F- ^¡

f- N @ (f) oF\ $ OrO O \O,-{ <) ¡- oo o\{, t4 t- 99 O'i N $ N .-{ O @ \O ú) Ét G¡ .-l O. @ \O (n O F-O. N rO @ -t tll CO Ft o\ t- \il N O @ \O $ N O. C- Ul,-{ f- NO,-{ t-t,-{ N N N É) d) $ LO \O F f- @ O. O O,-r N $ ü) t\

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F- O O (f) \O O N O O (fi $ c) O. c) \O\O ul f- (Y) O <r O oo\O O O Íi @ rn N O N (Y),-r O @ O (r1 \O,i rn ¡- rO * OO,-r\O u.) @ (f) N f- N $ (f| 6tr) F- N,-{ ^¡

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Page 148: Depto LU$ E2 5

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Page 149: Depto LU$ E2 5

DPrNr =t (L-DPr)Nzz

oP, = zL (.g)Nr +IN2

Reernplazando los valores se tiene

Dp. = 2x ll4rnrn = 76rnrn- 1165RPM 41BTFnprr¿

Reernplazando Dp1 en 2 se tiene

DD. = DPI *1 76 rnrn x 1165 RPM = 152 rnrn

Nl 582,5 R PM

M =J

DPt =zx M

Z = núrnero de d ientes

DPt = 76rnrn

z = DPI = ?6 rnrn = 25,33

M3

Debido al valor deI núrnero de dientes se recalcula el didrnetro pri-

rnitivo.

DPt =25 x3=]Srnrn

DPz = 153 rnrn

Anchodiente 8M<br<12,5M= 8x 3 = 24rrtl:t

Paso circunferencial P =Tf x M = TY x 3 - 9,425

Alturadecabeza a = M = 3

Alturadera(z d= l,Z5 ffi= 1,25x3=3,?5rnrn

t3?

Page 150: Depto LU$ E2 5

Altura total

Valor del ángulo p

Espesor del dlente

[ = 2,25M =

S=90o=9Oo

?,25x3=6,75rnrn

= 3,60

Diárnetro exterior De

Di,árnetro interior Di

FIGURA 34. Nomenclatura del piñón

3. 7. I0 D imens iones de la rueda

152 rnm

S = Dpl Sen p = 75 rnm x Sen 3,60 =

4,709 rnrn

= M x ( z " 2) = 3 x (zs + 2) = 8l rnrn

= Dpt - (ZVt x r,167l = 75 - (Zx Z

x L,I67) = 67,998rnrn

O EJE 27mm

Diárnetro prirnitivo

133

Page 151: Depto LU$ E2 5

Pasocircunferencial P =fi x M =TTx 3 9,425rnrn

Alturade la cabeza a = M z ... 3mm

Altura deLa ra(z d = I,25 fuf = L,25 x 3 ... 3,75 rnrn

Altura total !¡ = 2,?5 M = 2,25 x 3 ... 6,75 rnrn

Nrlrnero de diente s z = 3¿-= 153 rnrn j ... 5lM3

Valor del ángulo n = l¡- =-9.Q-... L,765oz 5l

Espesor de1 diente $ = DpZ x Senp = 153 mrnx Sen L,765o

4, 7Il rnm

Diárnetroexterior De = M x (ZZ + 2) = 3 x (St + 2) =

159 mrn

Didrnetrointerior Di= Dp - (Zvtx l,16?)= 153 - (2x3

x l, 167 ) = 145,998 mrn

Angulo de pres ión ZOo

Diárnetro eje 27 rnrn

3. 8 DISEÑO DE CHAVETAS

3.8.'1 Ghaveta para piñón de cadena

Material: acero 1020

t34

Page 152: Depto LU$ E2 5

L

FIGURA 35. Secc ión de la c haveta

Para eL piñón de cadena

= 2,9 tornado por tra longitud del cubo

- CáIculo a clzalladura ( Teor la de energla de distors ión )

S"y = 0,577 Sy

ssy =

-L

= -?---J (40 )FS A res istiva De Ar

( 40 ) SHIGLEY, Pag. 316

135

Page 153: Depto LU$ E2 5

2 Sy = 464O KG/crn acabado en fr lo de tabla 7 ( 4l I

Ss = 0,5 x SvFc

Fc = factor de cálculo

Fc = !,5 2 carga unlforrne (42 )

Ss = O.I5 x 464OKG/crnZ = L365 xG/crnzl,75

Sc = SJ, = !-6AO-KG/crr3- = 2652 KG/crnz]t L,75

T = f,oreu€ transrnitido = 750,824 KG-crn

Segrln Tabla ZZ se deterrnina b, t

Diárnetro eje 20 rnrn = 2 crrt

b = 4,8 rnrn ( 3/L6 )

t = 3,2 rxtrn ( L/18 )

L =.._ZT_ = pélr€LcizalladuraSsbD

L = L = para compresión contra l,as trnredesSctD

L = = l,I4 crn cizalldura1365 Kc/crn2 x O,48 crrl x 2 crn

L = = Ir 769 cm cornpres ión2652 KG/crn x 0,32 crrr x 2 crn

( 4l ) FAIRES, pg 744

( 42 ) Ibidern pag. 367

136

Page 154: Depto LU$ E2 5

N NN\O \O \Ot- Fr-o oo

-ao ootrl

o oo(ú't (v) (Y)o ooo oo

-ao ool!l

N$oi

O Nrot{ NN

:f f\ r-{

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(Y) rn. .sCO úi $ \O\\cq\rq '-r(n(r)Nr{F{lfl\O

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$ülErlE .slO-J

tt,dsod.guC)€tt,c)ciooÉoE

oi^¡JÉ

Fi

Page 155: Depto LU$ E2 5

Para facilidad deI rnaquinado se tornará como longitud la longitud

del cubo del piñón de cadena L = 2,) crn

3.8.2 Chaveta para engranaje

Mater'ral: acero 1020 acabado en frÍo

sy = 464o KG/crn

Fc = factor de cdlculo

Fc = 1,5 2 carga uniforrne

Ss = 1,365 KG/crn de cálculo anterior

Sc = 2652 KG/crn

T = 75O,824 KG-cm

Segrln Tabla ZZ se deterrnina b, t ( norrnalizada ) ( 43 )

Diárnetro eje ?7 rnrn

b = 6,4 rnrn ( L/4" ) f, = 4,8 rnrn (3/16" )

L = 2T = 2 x 75O.824 KG-crn = 0,63 crn cizaltraduraSs b D 1365 Ke x 0,64 x 2,7 crn

crn

L = 4T = 4 x 750,824 KG-cm = 0' 873 com-Sc Dt 2,65?,KG/crnx 0,48cmx 2,7crn presión

(43 ) Ibidern, pag. 767

r38

Page 156: Depto LU$ E2 5

Para fac ilidad del rnaqulnado se tornará el ancho del piñón L = ?4 rnrn

3.9 ENGRANAJES CONICOS

3 .9 . L Anális is de f uerzas ( 44 )

I-a resultante de todas las fuerzas act,uantes a Io largo de Ia cara

del diente se puede suponer sin error. Es irnportante que actúe en

el punto rnedio de la caÍa.,la dlrección de La fuerza tot¿I en [a lürea

de presión, la cual estd situada en un plano perpendicular a un ele-

rnento de cono prirnitivo en este Punto. La recta de presión forrna

un ángulo igual al de oblicuidad p con l,a tangente al clrculo del co-

no complernentario; La fuerza irnpulsora rnedia FA se halla por Ia

ecuación de potencla en la que se usa tra velocldad en eI punto rnedio

de la cara.

I-as fuerzas

N = FA teí

Actrla norrnalrnente aI elernento del cono primitivo.

(44') Ibidern, pp. 553-554

r39

Page 157: Depto LU$ E2 5

N Senf ernpuje sobre el eje.

I-a, fuerza de flexlón sobre el eje en el plano dlarnetral es Ia resul -

tante de FA y Ncos f fuerzas que son perpendiculares entre sl. Es-

tas fuerzas son de utilidad para eI cdlculo del eje y del cojinete.

FIGURA 36. Fuerzas actuantes en eI punto medio.

l.a.sfuerzasNyFA

NCOSÍ- yNSenF

I-a, f:uerza FA actúa

son cornponentes de tra fuerza W

son cornPonentes de N

en A norrnalrnente aI plano del papel

140

Page 158: Depto LU$ E2 5

3.'9. f Dirnens iones de los dientes (45 )

'$-os dientes tienen una secclón variabLe y convergente al punto de

cruce de los ejes de l,a rueda y del piñón.

El cdlculo de las dirnensiones de los dientes se refiere a la secclón

rnáxirna exterior; no asf el cálculo de resistencia que se refiere a tra

sección rnedia tornando corro base el rnódulo rnedio Mrn.

I-as fórrnulas lnra calcular los dientes son las deducidas para las

ruedas c ilfndr icas.

Mm

Prn

= 12,2

= l0 450 N clnGZpn

(45 ) PIZANO, Fascual. Engranajes y poleas.

ll-l, Mt rrrrnt,

-

r-FzKf3

141

Page 159: Depto LU$ E2 5

FIGURA 37. Nornenclatura del piñón cónico

3.9.3 Cálculo de los dientes segrln Lewlsr cort rnódulo rnétrlco

En este.sis+-erna de cálculo valen las consideraciones expuestas pa-

ra las ruedas cillndrlcas en consecuenc[a eI módulo se reflere al

perf il de los dientes en eI cono cornplernentario y Ia velocidad se tg

rrra en Ia circunferencia prirnitlva rnáxirna.

El coef iciente de forma en este caso se 1o denornina Y, el que co-

rresponde a 34 dientes y este número será el núrnero de dientes vir

142

Page 160: Depto LU$ E2 5

tual Z v que vale ( Tabla 17 ) ( 46 )

Z v = /,. COSA

A = ángulo que forrna Ia genetatriz con el eje y si adernds:

E = largo de la generatr iz Generatr ic del cono

L = Iargo de los dientes

Kc = soef iciente de trabajo admitldo para l,as ruedas cónicas,

con velocidad cero y cuyo valor se deterrnina por

Kc = ( lE - L)E

los valores de K se dan en la TabLa 2O (47 )

- Fuerza transtnisible. Su valor se determina por

P = tuf L Yz. K (E - L)E

A = lP = angulo pri.rnitivo del engranaje

Por Io general se adopta L = 6,5 M 0,3 E con Io qlue se obtiene

tra fórrnula:

P = 4,5 MKYz

(46 ) Ibidern, pag. L?,3

(47 ) Ibidern, pag 101

t43

Page 161: Depto LU$ E2 5

FIGURA 38. Diagrama de generatriz y dngulo de forma

3.9.4 Cdlculo del módulo en func ión de P

Se adopta L =- 6,5 M = 0,3

Z = 34 dientes y ángulo A =

eI rnódulo M para un cáIculo

E; eI valor de Y2 se elige basado en

45o, con Io que es pos i.ble deterrninar

prelirninar de tanteo:

M = 0,75 w

3 . 9. 5 Potenc ia transrnis lble

Con Ia notación USA se ttene:

t44

Page 162: Depto LU$ E2 5

Ncv = lvf L YzK. (E -L)* , VE (4500 + LZ,5 V ')

yadoptando L = 6,5 M = 0,3 E se tiene

Ncv = \r[ K YZ* V1000 + 2,8 v

3.9.-6 GáIculo del rnódulo en fr-¡ncidn de la potencia a transrnltir

Adoptando como antes L = 6f5 M = 0,3 E, ¡F.ra Y, deducido basado

en Zv = 34 dientes y un ángulo A = 45o con un ángulo de presiones

de 20o y dientes de alt ura norméLlr se tiene aproxirnadarnente:

rrTM = \/N x (ZSOO+ Zv)VK v

V = velocidad periférica en la circunferencia prirnitiva en rn/rnin

3.9.7 Cálculo de fuerzas en los engranajes rueda

FA =4500xPVrn

P = potenc ia CV

Vrn = velocidad en didrnetro rnedio

P =TxN7 r600

T = rnolrrento de torsión KgF x crn

N = velocidad de rotación RPM

t45

Page 163: Depto LU$ E2 5

T = 1501,64 KgF x crn

N = 31RPM

P = -!-5-gL,-É4=_3.-I_ = 0, 65 CV71 600

Vrn - fi x Drn x N= fi x 0,113 x 3l = 11,00&rn in

Drn = 0, l13 dato proyecc ión dibujo

FA = 4500 x 0.65 CV = 265,788 KgFl1-¡a-

rnin

Segrln ecuac iones anter iores

N =FATgAA = angulo de pres ión en un plano norrnal a un elernento de co-

no

A =2oo

N = 265, 788 Kg x T g 20 -- 96,73 Kg

,/Ü = angulo prirnitivo del engranaje

vTlg = us" zp

Zq = Núrnero de dientes rueda

ZP = nrLrnero de dientes piñón

ComoZg=2Zp

Tq f, = 2 Zp g = t-fq ?, 63,430Zq

FZ = N Sen f g 96,73 x Sen 63,430

FZ = 86,514 KgF fuerza de ernpuje

FY = NCOSf = 96,73 xGOS 63,430=43,26KgF

146

Page 164: Depto LU$ E2 5

- Piñón

F-4= =4500xP' Vrn

P =_lH_7r600

T = 750,824K S=crn

N = 31RPM

P =.?50.824 K S - crn x 3l RPM = 0,325 CV7 r600

V rn =TY x Drn x N =T'l x 0,0565 x 3l = 5,50 --¡g-min

Drn = 0,0565rn Dato de proyección dibujo

PAp = -@-_W, = 265,9 KgF5,50

.+Y P =9oo-63"430=26,570

Fz =NSen fp= 96,73*en26,510= 43,26KgF

Fy = N cos t'" = 96,73 cos 26,570 = 86,51 KgF

3.9. 8 Fuerza transrnitida por el engranaje recto

Segrln Figura (48 )

FZ3 = T = J = 150I,64K - crnR

R = radio = 7,65crn

( 48 ) SHIGLEY, pag. 488

t47

Page 165: Depto LU$ E2 5

FZ3 = 1501.64K - cm = L96,Z9KgF7,65 crn

g = Angulo de pres ión

q =2Oo

E23t = I.23 COS6 = 196,29 x COS 2Oo

F23r = ]¡23 Sen I = 19 6,?9 x Sen 20o =

= 184,45 KgF

67, L35 KgE

F23

FIGURA 39. Fuerzas resultantes para el diseño del Arbol II

F23r

--+--

r48

Page 166: Depto LU$ E2 5

FIGURA 40. Fuerzas aplicadas con el árbol II

3. IO CALCULO DEL ARBOL II

3. 10. I Cá.LcuIo de reacciones en los apoyos '-?

Ya que el árbol está sornetido a un sisterna tridirnensional de fuerzas

y se facilita su cálculo sometiéndolo a un sisterna coplanario perpen-

dicular X, Y, se desarrollarán los cáIculos segtln este slsterna.

f-a f.uerza de empuje del engranaje cónico la absorberán los rodamlen

tos E, A.

De acuerdo a Ia Figura +O- se observa que el engranaje cónico está

soportado por dos rodarnlentos E, F, los cuales soportarlan los es -

0cPru $¡l¡Llfe<o

L49

Page 167: Depto LU$ E2 5

fuerzos del engranaje, pero corno eI soporte tiene un ajuste deslizag

t€, se considera éste solidarío aI árbol ( los rodarnientos sóIo s irven

para facilltar el giro de los engranajes ).

G.Zn¡,.,r= - 2.7,65 x Fy - 5,7 x Fz + a/2 x 25,25 - 51,5 x Rcy

+56,2xI.29 =Q

- 27,65 x 43,26 - 5,7 x 86,514 + L4 x 25,25 - 51,5 Rcy

t 56,2 x 67,L35 = 0

2437,218 = 51,5 Rc

RcY = 47'325 Kg

EFy=-RAy+ Q -Fy-Rcy+EZZ =02

- RAy * 14 - 47,325 - 43,413 + 67,L35 -- 0

RAy= - p,450Kgs

El signo indtca que eI sentldo tornado no es el correcto.

EMax = - 27,65 x FA - FZ3t x 56,2 * Rcx x 50,5 = O

= - 27,65 x 265,788 - L84,45 x 56,?, * Rex x 50,5 = 0

Rcx = !fJf2&. = 350,79 Kgs50, 5

EFx = 0 = RAx - FA * Rcx -rrrt = O

RA>< = FA - Rcx * F,.t 265,7gg - 350,?9 + Lg4,45 = Rax¿5

RAt< - 99,433

150

Page 168: Depto LU$ E2 5

3.L0.2 Cálculo del diámetro deI drbol

3- 10. 3 Determinac ión de d iárnetro previo a tors ión

I-adrn = 16 Td-

Materfal acero 1045 larninado en caliente

aa.drn = 2U,7?5 KG/crnz según cáIculos anteriores.

T = 1501,64 l(gs - crn

d3 = J-|f- 1.6 x 1501.ó4 Kes - cm = 26,855 cm3t77- ,84, .??5 Kes

crnZ

d = 2,99 crn

3.L0.4 Análisis de dlárnetro a resistencia

Para deterrninar el diárnetro por res istencia, se hace necesario

deterrninar la sección crftlca, Ia cr-:al se define por rnedio de los

diagrarnas de'esf uerzo sortarrte-, en los ejes X, Y.

Al observar los diagramas se puede deterrnlnar que la sección rnás

crltica serla eI pr:nto G o sea, cuando el carro esté en esta posi -

c ión.

15r

Page 169: Depto LU$ E2 5

Ro=9.45kgs F23r=67,135 kgs

43.26kgs Rc=47.325 kgs

FIGURA 41. Dtagrarna de esfueÍzo cortante en eI eje Y

Rax =99.443k9s Rc=35O.79k9s

FA= 5.78 kgs

r66.337

B

9 9.443

| 84.45

Diagrarna de esfuerzo cortante en el eje X

o

F23t= 184.45 kgs

o

?3.45

FIGURA 42.

15Z

Page 170: Depto LU$ E2 5

3, 10. 4. lMomentos flectores

MBv

MBx

MGv

MGx

MCv

MCx

),45 x 25,25 = 238,612 Kgs - cln

99,443 x 25,25 = 2210,93ó Kgs - crrr

],45 x ?,7,65 + 14 x 2,4 = 294,893 Kgs - cIn

99,443 x 27,64 = ?.748,604 Xgs - cm

5,7x67,135=282,66

99,443 x 50, 5 - 265,78 x 22, 85 = - 1051,201

Segrln diagrarnas plano X, Y se puede obserrrar que Ia sección más

crftlca o peligrosa se presenta en eI Punto G y en el punto C que son

Ios pr.mtos en los cuales es cortado el eje.

Lo enunciado anteriorrnente se puede aseverar con los rnornentos ha

llados en cada punto; segrln estos el punto más crltico es el G cuando

el carro se encuentre en e ste Punto.

Debido a que se está trabajando con un sisterna coplanario, perpendi

cular X, Y se halla eI rnornento resultante.

MG=

2764,378 Kgs-crn

Torque = l5OL,64 Kgscrn

tf-\l ¡ zl+,893 )¿ + (zt+8,6o4 )z =lf

r53

Page 171: Depto LU$ E2 5

KfM = I,3 Segrln Tabla 19 (49 )

3.I0.4,2 CdLculo de esfuerzos por deflexlón

Por ser carga revers ible.

FIGURA 43. Dlagrarna carga revers ible

1 (= =-rer/c

oNÉ,l,¡¡:)lln¡¿¡

_ftEM Po

(4e ) FAIRES, pag. 751

r54

Page 172: Depto LU$ E2 5

Ic

+f

= Tf D3 para32

= 32 MG

eje rnac izo

I

c

MG

+tr

= rnornento de inercia

d istanc ia a la parte

I501,64 Kgs-crn

= 32 x ?764,378 Kr-e¡ofTD

para una sección clrcular

rnás alejada de la sección

= ?3f,il-323-M, =P3 "^2

r

w

r

T

?, = TGx 16F-. --Tr ET

Por tors iónD

= TGx 2

w

=T1 xD4n

= TGx D

3Z

= 1501,ó5 Kgs-cm

150f . 64 Kss-crn x 16ffxD3

=0KGSCITI"

T = Zrtt = 7647.78 KGSP3

"tr-Z

155

Page 173: Depto LU$ E2 5

FIGURA 44 Diagrarna carga constante

Segrln teor fa deL rnáximo esf uerzo cor@nte ( 50 )

6trr. =

de donde

0--. =

ú-*" =

O.. =

De donde

S"u =

Oa. =

,rr' + 3lrnZ

Otr, = o

lfÑ = r.73 Trn oU

13230.67 KG--3-

"

Za=0lr-ll S-az Oae =U

7641.78 KGL, ?3 x D- . = L323O , OZ /O3

('"

28L57,7?,3 KG

( 50 ) SHIGLEY, pag. 255r56

Page 174: Depto LU$ E2 5

3. 10. 5 Selecc lón rnater ial

Acero AISI 1045 larninado en caliente.

Se escogió segrln recomendaciones de la tabla selectiva de aceros e

pec iales Inacero.

3. I0. 5. 1 Propiedades rnecánicas del rnaterial

Sv = 3797 KG

"rn?Su = 6116 KGS

arn?

Segrln Tabla 7 ( 51 )

3. 10. 6 Cálculo del llrnite de fatiga en flexión

Se = Ka Kb, Kc Kd Ke Kf SeI (SZ )

de donde cada factor está def lnido en la página

Ka = O, ?8 para acero rnaquinado segrln Figura (53 )

Kb = 0, 85 para 0,30 .<D -42

pulg

( 51 ) FAIRES, pg.744( 52 ) SHTGLEY, PP. Z3t - 236( 53 ) Ibidem, pag. ?32

157

Page 175: Depto LU$ E2 5

Kc

Kd

Ke

0, 8I4 para una conf iabilidad de 99%

I para una ternperatura arnbiente

IKf

I + q (xt - 1)

0,95f¡arar=0,I?

r = rf g,'

I il datos supuestos

t r/4,,

lrl

I,56a flexión (taUta

1+0,95(r,56-1)

0,5 Su = 0,5 x 6f16

14)

= I,532

KGS = 3058ct'?

Kf

qt

Kt

d

D

d

Kt

Kf

Sel

Se

Se

KGScrnZ

xlx= 3058 KGS x 0,78 x

"

= 1077.25 KG'"

0,85 x 0, 8141,532

( Segrln Tabla 15 )

Según la ecuación de Soderberg se tiene

t/rs = _-Gc_+ KfMaeQ-Sy Se

FS = 1,25 para un funclonarniento norrnal

KfM = 1,3 ( Segrln Tabla 10 )

r/rs =--0rn.- + KfM 0aeSy Se

r58

Page 176: Depto LU$ E2 5

R eempla zando valor es ante g encontrados se tiene

t/t,zs =

Fara rebajar eI d iárnetro del drbol

en fr fo.

Propiedades del rnater ial

Su

13230.76 KesD3 crnZ + 1,33797 Ks.s'

crn?

3.4,9 + 33,98/D3¡5

46, 82 clrr = 3, 6 crn

L4552 KGScrnZ

rr74L KcS ( Tabla 7 ) (54 )crn?

0r5 x Su = 0r5 x 1455?

= 0,72 para Su = 14552

28157.723 Kg¡¡¡3 "tr,?IO77,250 Kgs

crn?

se usará un acero 8620 estirado

7?76 KGSctnZ

0r8

¡3

Sy

Set

Ka

KGScrn?

KGS

"

(54 ) FAIRES, pag. 744

159

Page 177: Depto LU$ E2 5

= T1D4 eje rnac izo3Z

Se obtiene

f tr¿¿x = 16Tf DT

\/ f ** M)z + rq (Ktr)zU

xl1,532

Se= 0,814 x I7276 KGS x 0,72 x 0, 85 x

"t''?2365.9 7 KGS

"

L3?3O.67 KGS

-DJ cr¡l'

l l r41 Kc-"tnZ

t/t,25 =

28157.723 KGS

-

+l'3fu

Se

0*

De donde

2365.9? KGS;e2,8 crnp3 = 20,748 D - 2,74 crn

Este acero es recomendado seg(rn catálogos ¡nra drboles ranurados.

3. 10. 7 Cálculo de diámetro deI árbol. Código ASME

Aplicando la teorla del mdxlrno esfuerzo de cizalladura

r-t ir¿ex = \/ l* z + T*y?u?

= 34-éJI

t*y=TxrJ

eje rnac i zoTT pa64

ló0

Page 178: Depto LU$ E2 5

Si se rnultiplica eI rnornento por un factor de choque y de concentra-

c ión de esfuerzos Krn ( p"t. flexión ), y eI torque por un factor I(1

para torsión y se reernplaza eI esfuerzo de cizalladura rnáximo por

eI esfuerzo de cizalladura de diseño Ssd, se obtiene tra fórrnula de

Ia ASME.

¡3 = --Lé-- IfiSsd U

Ssd = 0, 30 S)'t

Ssd = 0,18 Sut

Para el acero AISI 8620

Ssd = 0,30 x ll74l KGS = 3522,3 KGgcrnZ crx:á

Ssd = 0, 18 x 14552 KGS = 2619,36 KGS

"tnZ crnZ

El valor obtenido se toma corno valor de cáIculo.

Corno el árbol tlene un chavetero eI valor obtenido se afecta ( eI es-

fuerzo de cizalladura de diseño ) por 0, 75

Krn = 11 5 para una carga constante ( Tabla

K¿ = I trnra una carga constante

IQlo = 2764,378 KGS - cm

Ssd = 26L9,36 KGS x O,75 = L964,52 KGS

"tn? "tr.Z

r6r

Page 179: Depto LU$ E2 5

I63D=

T = 1501,64 KGS - cm

fi x 1964,52

t5ol, 64 )z ( Kgr - cm )z

= 1I ,43 crn3

= 2,?5? crn ( 55 )

Debido a que el árbol está siempre corno pieza solidaria con los bu-

jes que soportan el engranaje cónico donde se desarrolLan los rnayo-

res esfuerzos no se calculará a deflexión, [o rnismo que no se cal -

cutrará a velocidades crlticas ya clue estas sqr relativarnente bajas;

se tomard corno didmetro de diseño eI diárnetro rnayor.

= 2,74 crn

3. 10. 7. CálcuIo del rnóduIo del engranaje cónico. Método de

Lewis-"

Materlal: acero 1045 según recornendaciones de catdlogos

( 55 ) FA IRES, pg. 363

KGScrn-

p3

D

D

r62

Page 180: Depto LU$ E2 5

K

v

(1)

25 = pata un acero 45% C segrln Tabla ZO

Velocidad periférica en la c ircunferencia prirnltiva

=-lf;-D-¡-N.60

= dilmetro primitüo = Dm

= nrfunero de revoluc iones

= potenc ia = P

= 0,65 CV

- fi x 0, 115 x 3l = 11.199 rnsge

= 0,64 HP = 0,653 CV

Reernplazando valores en la ecuac ió" ( I ) se tiene:

lo.6sg) (zsoo + zx lt.rog) = 2,45rnrn25 x ll,l99

Para el nrfunero de revoluciones rrayores

Mm

V

D

N

N

P

v

N

N

vl

Mm

M

r 165 RPM

fi x 0,1I5 x 1165 = 420,9 m

(0,653 ) (z5oo+ T x 420,9 m

.?5 x 420,9

r63

0,5813 rnrn

Page 181: Depto LU$ E2 5

Dados estos valores se toma el mayor de los dos hallados y se nor

rnaliza.

M = 2,5 rntrt

3.I0.7.2 Dirnensiones de Ia rueda y eI plñón

3 . I0. 7. 3 D irnens ione s del d lente

FIGURA 45. Nomenclatura deI d iente

Altura de ra(z d = t, 1166 M

Altura de la cabeza a = M

Alturatotal h=a*d

l, 1166 x 2,5 = 2,791 rnrn

2,5rnrn

d

a

h

r64

= 2,5 + 2,79L = 5,291 rnrn

Page 182: Depto LU$ E2 5

FIGURA 46. Nomenclatura rueda y piñón cónico

Núrnero d ientes rueda

Nrlrnero dientes piñón

Pa.sb

Angualo ax ial

TgAn=ZR 46Ap 23

Tg Ap=Zp=23=Zr 46

Largo generatr iz

TgB = M = 2.5E 64,299

T\ZR =3 ='lI5 = 46M 2,5

., T\op = "o = 5Jé_= 23M 2,5

P = 3, 1416 M = 3, L4l6 x 2,5 = 7, 854 rnrn

f,=9oo

= 2 Angulo AR = 63,430

0, 5 A¡gslo Ap = 26,560

r'¡ER = "R = ll5 = 64,289 mrn

2 Sen Ap 2 Sen 63,430

= 0,03$! Angulo B = Z,ZZo

r65

Page 183: Depto LU$ E2 5

TgC = j- 2,.79I = O,O434 Angulo C = ?,4850E 64, Z8g

Der = Dr * 2M COS Ar lt5 + 2 x 2,5 COS 63,430 = 117,236 rnrn

Longitud generación L =( 8 a10 ) M 2,5 x LO = 25 rnrn

3.I0.7.4 Dimensiones de los elernentos de la rueda

Ic

Fp

-AR-c

=AR*B

= o* -tz

63,430 - 2,4850 = 60,9450

63,430+z,zzo=65,650

Sen Ag = .L!5 - 2,5 Sen 63,43o = 55,?64rnrnz

GR

un

Rp

Wg

QR

FR - L COS OR 55,264 - 25 COS 65,650 = 44,956rnrn

FR - G¡ 55,264 - 44,956 = 10,307 mrn

L Sen O¡ 25 Sen 65,650 = 22,77 rnrn

M Sen A¡ 2,5 Sen 63,430 = 2,?36 rnrn

d Sen A* 2,791 Sen 63,43o = 2,496 rnrn

25 COS 28, 78o = 5,72 rnrn

2I,912 mm

L2,036 rnrn

3. 10. 7. 5 Dirnensiones de los elementos del piñón

Ip = Ap - Q = 26,560 - 2,4850 = ?4,0750

Op = Ap * S= 26,560 + ZZ,ZZo = Z8,TBo

Fp =pp - MSenAp = 57.5 - 2,5 Sen 26,560 = ??,63?rnrnzz- Fp - L COS Op = 27,632

- Fp - Gp = 27,632 '5,72 =

= LSen Op = 25 Sen 27,780 =

Gp

Up

Rp

r66

Page 184: Depto LU$ E2 5

Wr = M Sen Ap = 2,5 x Sen 26,560 = I, 117 rnm

Qr = d Sen Ap = 2,7gI x Sen 26,560 = !,246 rnrn

3.10. B Diseño de las chavetas Para carro ( Engranajes cónicos )

Según anál ls ls anter ior:

Material: acero 1020 acabado en frlo

Sy = 4640 KG/crn TabLa 7 ( 56 )

ss = -Q.-5-jvF

Fc = factor de cáIculo

Fc = lr 5'n'2 carga uniforrne

Ss = 0,5 x 4640 KG

"*tZ = 1325, 7l KG/cmZrSy = jJ- = ;A = 2652 Kc

Fc L,75 crnZ

T = torque transrnltido

T =1501,64KG -cln

( Según Tabl,a Z? se deterrnina b, t. Diárnetro del eie 2,8 rnrn

b = r/4 (6,4 rnm ) t = 3/16 (4,8 rnrn )

L =L para cizalladuraSs bD

( s6 ) I-AIRES, pas.367 - 767

r67

Page 185: Depto LU$ E2 5

L

L

= 4T para compres ión contraSc tD

'?.x 1501.64 KG - crn1325,71 KG x O, 64 cñt x ?, 8 crn

cr'.Z

= 1,26 crn a c lzalladura

las ¡nredes

= 1,26 cm

L

L

L

De

4 x 1501. 64 KG - crn = l, 68 crn265? KG x O,48 crn x 2, 8 crn

"

= 1,68 crn a compresión contra las ¡nredes

estas dos longitudes se escoge !a rnayor.

3.1I DISEÑO DEL ARBOL PORTA PROBETAS III

FIGURA47. Fuerzas que actrlan sobre el drbol III

168

Page 186: Depto LU$ E2 5

3. 11. I Cdlculo de reacc io¡res en los apoyos

AI igual que los drboles calculados anteriormente, se trabajará

con un sisterna coplanario perpendicular X, Y; la fuerza de ernpu-

je del engranaje cónico Ia absorbe el rodarniento B.

EMAy 3 x 9 * Fy * 8,6 - Fz x 2,35 - FBy x 4,6 = 0

3 x 9 f 86,51 x 8,6 - 43,?6 x 2',35 - FBy z 4,6' 0

4,6 x FBY = 669,325 KgS

FBY = 145' 50 Kgs

G >Mgy = 3 x 13,6 -FAy 4,6 * 4 xFy - Fz x 2,35 = Q

4,6 I.AY = ?'85,179 K

C

FAY = 61,99 Kgs

@>trrt." = 3 x 9 - FBx x 4,6 *

27 - 4,6 FBx * 265,9 x

FBx = ?,313,74 = 502,98 Kgs4r6

EFv=0=-3+FAx-FBx

FAx=3*FBx-FAp

FAx = 24O,O8Ift

FAp 8,6

8,6

*FAp=Q

3+502,98-265,9

3. I l-. 2 CáLculo del d idmetro del árbol

r69

Page 187: Depto LU$ E2 5

Tadrn = 284,775 K = Segrlncálculo

"tn?

3.11.3 Deterrninación del dldrnetro Previo a torsión

lEadrn = J-é,J_tt d3

Mater iaI: acero 1045 larninado en caliente

T = 750,824 Kgs - crrl

D3 = ---Lé-T- 16 x ?50..824 Kes - crn = 13,428 crn3Tf -Iádm 2U,775 Kes

crn?

D = 2,3? cm

3. 11.4 Andlis is de d iámetro a res istenc ia

3. ll .4. L AnáIlsis de secc ió: cr ltica

UtiLlzando los diagrarnas de e sf u erzo c ortante' en Ios ejes X,

Y se determina la secc ión cr ltica.

t70

Page 188: Depto LU$ E2 5

FoP=.265.9k's

86 .51

FIGURA ¿9. Diagrarna de esfuerzo cortante en el eje X

esfue tzo cortante

l7l

Fox=24OOB kgs

FBx=502.98 kgs

237.08

FIGURA 49. Diagrarna de en el eje Y

Page 189: Depto LU$ E2 5

Los diagrarnas de rnornentos en eI eje X, Y nos indican que bien sea

el punto A o eL B pueden ser crfticos, lo cual se deterrninará adelante.

3.1I.4.2 Mornento flector con sus concentradores de esfuerzos.

Mey = 3 x 9 = 27 Kgs - cm

MA* =3x9=27Kgs -cm

Kru

Mgv

MB*

Kru

KfM = 1,3

Mg MBY

KfM= 1,3 Kgs - crn

De acuerdo a los rnornentos

más crftlca es la B.

1,3 segrln Tabla I0 chavetero

86,51 x 4 - 43,26 x 2,35 = 244,379 Kgs - crn

265,9x4= 1063,6Kgs -crn

I,3

los ejes X, Y

272 + 272 = 38, 18 Kgs - cm

= 1091, 3l Kgs - crrr

hallados se puede determinar que la sección

3 . ll .4.3 CáLculo de esfuerz os por def lex ión

Por las condiciones de trabajo deL árbol se puede determinar que es

una carga reversible.

El mornento resultante en

M4 = f/lra*Z+wtAyZ

LO63,62 244,372

r7z

Page 190: Depto LU$ E2 5

+qMB

+ ff'=

= AAL 3J-MEr/" o3 fi'

= l09l,3l Kgs - cm

32 x IOq I. 3I Kgs - crnfi xD3

= lll15.99Kgs = 6'.D3 crn

3 . lI . 4.4 Por tors lón

DT =TBx Z_W=_lIdl T-75O,gZ4Kgs-crn

w32I = TB x 16 750.824 x 16 Kgs - crn = 3_823,-9J_KqE_

Tf n3 tf o3 ¡3 cmzZ = Trn = 3823.91 Kgs Ta = 0 Kss

D3 crn? crn?Por ser carga constante.

Según teorla del máximo esfuerzo cortante ( esfuerzo de Von Mi.ses

(57)

0*"0.t e

= \/6'mz+ 3trn?

=Uñ = r,73 trn

0rn" = 6615. 19 Kg"O3

"rnZOae = \/gaZ + 3 taZ

De donde Za - 0

- rr1|.-6'"e = !6'aZ Cae = 6a

('ae = llll5.99 Ksso3 crnZ

de dondeG'rn = 0

= I,'73 x 3823.81 = 6615.19Keep3 p3 crnZ

( sZ ) SHIGLEY, pa1. 255

r73

Page 191: Depto LU$ E2 5

3. 11. 5 Selecc ión de mater ial

Teniendo en cuenta [a diferencia gue existe al usar un acero lO45 y

el acero 8620 estirado en frlo se usará el acero 8620.

3. I1.5. I Propiedades del matertal

Su = 14552 Kes Sy = 11?4 Kes Tabla? ( 58 )a&

3.11.6 Cdlculo del lfrnite de fatiga en flexión

Se = Ka Kb Kc Kd Kf e Ser (59)

De donde cada factor estd def inldo

Ka = 0,7? para un Su = 14552 Kn ,cnl"

Kb = 0,85 para 0,30 D 2 pulg

Kc = 0, 814 para una conf iabitidad de 99% Tabtra IZ

Kd = I para una ternperatura arnbiente

Ke =_L I(f =l+g(Kt-1)Kf

( 58 ) FAIRES, pag. 744

( 59 ) SHIGLEY, Pag. Z3r - 236 - 233

t74

Page 192: Depto LU$ E2 5

Sef = 0,5 Su = 0,5 x 14 552 K- = 7276 KGS

"" 2 ;;Z

g =0,95p4r4r=O,I2

Kt = 4 = r/9"

d = ltl

D = I L/4" Datos supuestos

d = lrl

Kt = 1,56 A flextón ( taUta f4 )

Kf = I { 0,95 (r,56 - I ) = 1,532

Se = 72tr 5;r*

o,72x 0,85 x 0,814 x t "#r, = ?365,97 KSi

Según la ecuac ión de Soderberg se tlene

I =--Cpge- + Ktl¡ 6'ae (r)FS Sy Se

F. S = para un func ionarnlento normal ( Segrln Tabla 3 )

Kru = 1,3 ( Segrln Tabtrato ( 60 )

Reernplazando valores en l,a ecuación I se tlene

6615.Iq KGS lltls. ga KGSI = D3 cm2 1 r,3

-P!__-gd1,3 lI74l Kes 2365,97 Kgscrn? crn?

( 60 ) FAIRES, pag. 751

t75

Page 193: Depto LU$ E2 5

D3 = 8,672 | = 2,05crn

3.11.7 CáLculo segrfn código ASME

Aplicando tra teorla deI rnáxirno esfuerzo de cizalladura

T,l./rac.= (6-x)z+É*rzz

Ox =Mxr A*y=I

¡3

Ssd

.SSd

= --fé-fi Ssd

= 0,30 Syt

= 0, 18 So.t

TxrJ

A

J = fiD= Eje rnacizo3Z

la ecuación anterlor

3522,3 KcScrn?

2619,3 6 KcScr.?

\/("mM)z+xt (xtr¡zV

Fara el acero AISI 8620

Ss¿ = Q, 30 x ll74| 5É=crn?

Ssd = 0,18 x 14552 KgScrn?

los dos hallados se

= T1 D4 Eje macizo64

Se obtiene

LMAX = 16

-

D5 1-f

Teniendo en cuenta

El menor valor de

r76

toma como valor de cálculo.

Page 194: Depto LU$ E2 5

Ssd = ?619,36 S- * 0,75 = 1946,52 KGS

"^? "rn?

Ssd = 2619,36 KGScrn?

Corno el árbol tiene chavetero para el engranaje cónico y en el pog

ta probetas, el valor Ssd se afecta por 0, 75

Krn = 1,5 para una carga constante ( taUU f 6¡ ( 61 )

Kt = I para una carga constante

Me = 1091,3l Kgs - cm

T = 750, 824 Kgs - cm. Datos de cálculo anter ior

D3 = 16 ( 1,5 x to9l,3l Kgs-crtr )z + ITl x L946,52 KcS

crnz ( r * 750, 824 Kgs-crn )2

P3 = 4,7L}crn3 ! = I,6?crn

Debido a los esfuerzos a los que está sornetilo y a su longitud, ¡o s€

calcul,ará el drbol a deflexión y ten lendo en cuenta Ias revoluciones

a las cuales estará sometido ¡¡o s€ comprobard a velocidades cr(ti=

cas. Se tomará corno didrnetro de dlseño el rnayor de los calculados.

( 61 ) FAIRES, pag. 363

177

Page 195: Depto LU$ E2 5

Diárnetro de diseño = 2,0 crn

3.11.8 ,CáLculo chaveta ( Engranaje cónico recto pequeño )

Según andlis is anter ior:

Material: acero 1020 acabado en frlo

Sy = 464o KcS Tabla 7 ( 62 |crn?

ss = 9,.b--fu.Fc

Fc = factor de cáIculo 1,5 2 carga uniforme

0,5 x 4640 KGFSs = "rrr? = 1325, 7l re+

1,, 75 crn"

= 2652 KGS

"lizT = torque transrnitido

T = 750,824 KGS - crrr

Segrln Tabla ZZ se determina b, t.

Diámetro del eje 2,0 crn

b = 4,8mm f = 3,?rnrn

4640 KGSSc =Sg-= "^2Fc I,75

( 62 ) FAIRES, pag. 767

r78

Page 196: Depto LU$ E2 5

L

L

L

L

L

L

Z T- para c izalladuraSsbD

4 T para colnpres ión contra las paredesSc tD

2 x 750. ?I KGS - crn = I, 179 crnl3T5,7l $x 0,48 crrt x 2 crn

crnZ

= I,179 crn a cizaltradura

4 x 750.824 KGS - crn = I,769 crn2652 S-* 0,32 cnl x 2 crn

crnZ

L

= L,769 crn a

longitudes s.:

= 1,769 1,

cofirpres ión contra

escoge la rnayor.

8cm

[as paredes. De estas dos

Debido a gue el porta probetas estl sornetido a

nes del engranaje cón[co recto se considera eI

veta ) para La chaveta de esta ¡nrte

las rntsmas condicio-

cálculo anterior ( cha-

3. TZ DETERMINACION PERNOS SUJECION ENGRANAJE CONICO

Corno eI engranaje cónlco está acoplado al sisterna por rnedto de per-

nos para Ia deterrninación de la cantidad de pernos y el diárnetro de

estos se hace necesario rener en cuenta los esfuerzos generados en

eI engranaje, los cuales afectan dlrectamente a estos.

. ,-t uir69

Dtfto $¡!rr¿;¿1t)

Page 197: Depto LU$ E2 5

C ONC LUSIONES

- A bajas RPM eI desgaste es menor.

- Et desgaste en la probeta fué unifortne en toda la periferia.

- A rnedida que transcurre la prueba, el desgaste se hace menor.

- El rnedio abrasivo sufre deterioro debido a l,a abrasión que pro-

duce en la probeta.

zt8

Page 198: Depto LU$ E2 5

).1

-+;l-l

FIGURA 50. Disposiclón de los pernos en la corona

Para visuaLLzar

secc ión A. A.

bien los esfuerzos en Ios pernos se trabaja con Ia

Sección corona asopleFIGURA 51.

r80

Page 199: Depto LU$ E2 5

265.78 kgs

FIGURA 52. Fuerzas resultantes sobre la corona

OA=r

AB2

AB = f- = r ll 3u

AM=

Ll= 4,65

AM = 8.052

FIGURA 53. Centro de gravedad de

t = 8,05 crn

= 4,025 crn

t8l

lfneas de carga

Page 200: Depto LU$ E2 5

ffizo:l¿Z

OM

oc

= oAz

= 5,4?

= ?r32

= 4,65

- ffiz ¡2 - (A,ozs ) = (4,65 )z - +,025 =

cln

crn =f

I-a, fuerza tangencial y la fuerza axlal sorneten los pernos a esfuer

2os cornbinados los cuales se analizarL a continuac ión.

De donde FV, EY2, FVg

son las resultantes debldo

al esfuerso gue produce Ia

carga de 265,78 Kgs repag

tida en partes iguales, o

sea

FV=EY1=FV3=265.783

FVt = 88,59 Kgs

FICURA 54 Fuerzas sobre Ios pernos

y FHl, FHZ, FH3 son las resultantes debido aI esfuerzo hor izontal

que produce la catga de 43,26 Kgs rePartida en partes lguales sobre

los pernos as f:

FHt - F.H2= FH3 = 43.26KTs3

t8z

Page 201: Depto LU$ E2 5

I-a, f.uerza tangenc lal produce esf uerzos sobre cada Perno

FHt = 14,42 Kgs

Estas fuerzas producen una fuerza

FHZRI=FH2RZ=fHZng

FHZpI = fH2l + FV1Z = 14,422

FHRI = 89,755 Kgs

Como FZ = F3 - Fl se tiene

- 146I,79 + 13,95 F3 = 0

13,95 F3 = 1461,79 F3 =

F3 = FZ = Fl = 104,78 KgF

resultante que se determina asl:

+ 88,592 = 8056, ll Kgs

I.Z=F3=F1

Aplicando momentos con res-

pectoa0setiene

0A = radio = 4,65 crn

265.78 kgs

FIGURA 55. Fuerzas tangenc lales

5Mc =-265,78 x 5,5 + Fl * 4,65 + FZ x 4,65 * F3 x 4,65 -- 0

146l.a7 = 1O4,78 KgF13, 95

seDebido a que las condiciones de trabajo de

considerará el cálculo de uno de ellos.

183

los pernos son iguales,

Page 202: Depto LU$ E2 5

I

-'r--I

I,Nliilrl

T-_-\r\l

= resistencia rnáxima del tornillo

= área del perno

= T'( dZ4

Se supone el diárnetro del tornillo d = l/4"

Ab = Tl ( l/+ )z = o, o49o putg24

FV

II

FH Rh

FIGURA 56. Fuerzas toEles sobre un perno

Con el esfuerzo debido a la fuerza tanger:cial en el perno Y con la re-

sultante FHRI = Rl = I04,78 + 89,755 = 194,53 KgF. Segrfn reco -

rnendaciones se usarán pernos en AceroASTM A 325 (63 )

fv =FvxAb

= l5 KSI qsfuerzo de corte ( recomendación según tipo de torni-

llo )

|.v

Ab

Ab

( 60 ) FAIRES, pag. 208

r84

Page 203: Depto LU$ E2 5

tv = 15 KSI x 0,0490 putg2 = O,7363 KIPS

Cornparando con la resistencia del perno se puede determinar si real-

rnente res iste el esf uerzo.

R1 v

nV = 0,7363 KIPS Rl = 0,389 KIPS

Sv = 40 KSI

SF" = O,6 Sy = 0,6 x 40 KSI = 24 KST

Ss = Svs = 24 KSTNN

R1 = ssA

ss = Rt = L-3-89-KIEI-= 7,938 KsIA 0,0490 pulg

N = 24 KSI 3,02 3

7,938 KSISe uti.lizarán tres pernos de l/4" normalizado.

3. 13 RoDAMTENToS SELECCIoN ( 64 )

Rodarnientos rleldos con una hilera de bolas.

3.I3.I Carga dinárnica

P ={ Fr*YFa

( 64 ) Catdlogo FAC pag.50

185

Page 204: Depto LU$ E2 5

Los valores de X y de Y dependen en los rodarnientos rlgidos con u-

na hllera de bolas de La razón ta/co. (Co = catrEcidad estática de

carga ).

3. 13. 2 Carga estátlca equivalente

Po = Fr ( KN ) para-E3- <, oj 8

Fr

Po = 0,6 Fr * 0,5 Fa (KN ) para.&-:=o0,8Fr

Fr = carga radial efectiva

Fa = carga axlal efectiva

X = factor de carga radial

Y = factor de carga axial

3. 13. 3 Rodamiento selecc lonado leva c ilfndr ica

Diárnetro de los extremos eje 30 rnrn

Carga rad ia1 2I2 K g sE

Carga axial 3 Kg sF

Po = 0,6 Fr * 0,5 Fa = 0,6 x 212 * 0,5 x 3

Po = 128,7 KgF carga estática equivalente

r86

Page 205: Depto LU$ E2 5

3.. 13 . 3. I Carga d indmica

P =XFr*

Fa = 3 = 0,3 segrln Tabla 23Co l0

X =t

Y -0

P =lx2l2=2l2Kg

Rodarnbn[o 6206 2 zR en selección ( segrín catl.rogo FAG pag.60 )

Como I KP - 9, 8l N entonces

P = 212 KgF - 2079, ?2 N

P = carga dinárnica

Po = 128,7 KgF = 126l, 26 N

comtrnrando loe valores hallados con los del catllogo, se tiene:

Co = c€rrg¿r estática catdlogo

C = carga dindrnica catáIogo

Co = 10000 N

C = 15000 N

P <C la relación anterior deterrnina que

ps <Co curnple con las condic iones de trabajo

EI rodarniento 6206 2 ZR se rnontarl en un soporte de chapa de acero

que curnple con las condiciones del rodarniento enunciado anteriorrnen

te de La serie SB.

187

Page 206: Depto LU$ E2 5

FAc SB 16206,103 con ROD. 16Z06

Cantidad de soportes: dos

Rodamiento rlgido de bolas

:i. 13.4 Sap,:¡¡." para el árbol No. 2

Diárnetro del eje 30 rnm.-'

Carga radial 350, 79 KgF

Qarga axial 0

3 . l3 . 4. ¡Car ga e stát ica equ lvalente

Po = Fr.

Po = 350,79 KgF = 3437,742 N

3. f3 . 4. 2Car ga d inárnica

P =XFr*YFa

Corno Fa = 0 se considera

X =t { = 0,56

P = )( Fr P = Fr = 350,79KgF = 3437,742N

Cornparando los datos de carga dinárnica y de carga estática con los

deI soporte de chapa de acero SB se puede determinar que curnple

188

Page 207: Depto LU$ E2 5

con [as cond ic iones ( Datos del catáIogo FAG, pag. 332 )

c

Co

= 15000 N

= 10000 N

REF SB L6 Z06,10? con Rod 16?.06 102

Ca*ldad: dos

Rodamiento rlgido de bolas

3. L3.5 Rodarnientos para eI carro

Diámetro eje 50 rnm

Carga radial FAP =?

265.9 KsF. - 132,95 KgF2

Carga axial FZ = 43,26Kgtr.

Fa =_&-?h_ = O,3?5Fr r3z, 95

Teniendo la retración anterior se tiene que

Po = Fr Po = L32,95 KgF = l392,9l

Po = c4rr4 estática equivalente

3. 13.5.1 Carga d inlrnica equivalente

P =[

Fa=Co

N

Fr*YFa

r89

Page 208: Depto LU$ E2 5

Co = 10000 N de catáIogo pag.64 Rodarniento FAG 6010 ( 65 )

Fa = 43,26 KgE = 423,94 N

Fa ,= !23..2!. = 0,0339Co 12500

Según Tabla

Fa =43.26 =0"3?5Fr 132,95

Corno Fa -

(O,Z+ ) entoncesFr

X = 0,56 Y = 1,8

P = 0,56 x 132,95 + 1,8 x 43,26 = L52,32 KgF = 1523,2 N

Cornparando los datos hallados, estáticos y dindrnicos, con los datos

de catdlogo, se puede def inir que el rodarniento rlgido de bolas esco-

gido curnple con las condiciones del diseño. Ref. 60I0.

Cantidad de rodarnientos: dos

3. L3 . b R odarnientos del árbol No. 3 ( A rbol porta probetas )

Dtárnetro del ejet 25 rnrn

( 65 ) CatáLogo FAc, pr-g. 64

190

Page 209: Depto LU$ E2 5

Carga radial: 502,98 KgF

Catga axiall Fy = 86,5l KgF

3. f3.6. I Carga estática equivalente

Fa = 86.51 = 0, l7lFr 502,98

Corno Fa .< 0, 8 entonces Po = FrFr

Po = 50?,98 KgF = 4929,204 N

3 . L3 . 6. Z Car ga d inárnica

P =XFr{YFa

Para un rodamlento rfgido de bol,as 6205

Co = 7100 N

Fa = &J,rJ%. = 0, ll9Co 7100

Con este valor en Ia Tabla 23

Fa =0, 171 &_<e, EntoncesX=1 Y-0Fr Fr

P =XFr*YFa

P = I x U7,798 N = 847,798 N

Corn¡nrando los datos hallados con los del catá1ogo, se puede definir

que los rodarnientos curnplén con eI diseño.

rgt

Page 210: Depto LU$ E2 5

3.13.6.3 Datos de catálogo

Carga d inámica: 11000 N

Carga estática: 7100 N

11000 N>84?,798 N

7100 N >4929,204 N

Rodarniento 6205

Cantldad: dos rodarnientos

R lgido de bolas

3. 13.7 Rodarnientos seleccionados

TAB].,|. 24. Rodarnientos y soportes selecclonados

Itern Cantidad Referenc ia

Soportes Z SB 16206' I03

Soportes Z SB 16?,06,102 (3 )

Rodarnientorfgidodebolas 2 6010

Rodarniento rteido de bolas 2 6205

3.14 ESPESOR DE LAS PAREDES DEL CARRO

Teniendo en cuenta eI tipo de rnecanisrno, del cual está cornpuesto eI

carro, se puede tomar corno regla la forrna como se calcutran Ias ¡ra-

redes de las cajas de velocidades.

L9Z

Page 211: Depto LU$ E2 5

Pared soporte lateral. St = 0,03 A MAX + 3 728

AMAX = la rnayor distancia entre centros

AMAX = 112 rnm

Sl = 0,03 x II2 rnrn * I = 6,36 m'n ^, I/4"

Corno SI < 8 se tornará corno espesor requer ído S/16" (7,93 ) que

es una lárnina estandarLzada.

3. 15 TAPAS SOPORTE DEL ARBOL PORTA PROBETAS CON

DESAC OPLE Gc4

1,5 Sl - 34 .-L,75 51

De la relación anterior se torna eI valor 1,6

54 = L,6 S1:* 54 = 1,6 x 7,93 - 12, ? rnm

EI espesor de ta ldrnina serl de l/2" (12,7 )", lárttina estandarizada.

3.16 DIAMETRO DE LOS BUJES

En.eI diseño de todos los bujes que se encuentran en tra rnáquina se

va a tener en cuenta [a relación 1,5 a 2 veces el diárnetro del eje,

esta relación garantiza un buen funcionarniento y resistencia.

L9t

Page 212: Depto LU$ E2 5

II

-

I

I

FIGURA 57. Esquerna del horno

3.I7 DISEÑO DEL HORNO

El horno debe tener una f,smperatura interior de ?00oF.

Ternperatura arnbiente = To = 30oC = 86oF

I-a.s paredes del horno estln diseñadas

red lnferior es de lárnina de Eternit de

bonductividad térrnlca K1 rnedida a una

700oF es de 0, 178jry._ (66 ),'.hora pie oF

de Ia siguiente forrna: tra pa -

0,0llr de espesor y con una

ternperatura prorned io de

la pared que Ie sigue es de lq

( 66 ) CatáIogo Eternit de Colornbia

rg4

Page 213: Depto LU$ E2 5

na,rnineral de 0,25t de espesor y con una conductividad térmica K2

rnedida a una ternperatura prornedio de 500oF es de 0,050 BTUhora pie op

(62 )l la pared exterlor es de lárnina galvanlzada de 0,0051r y coll '

una conductividad térrnica K3 rnedida a una ternperatura prornedio de

68oF es de 64 BTU ( 68 )hora pie oF

En la Figura5S aparecen dos secclones del horno p¿ra detallar la

corrrposición de las ¡nredes.

FIGURA 5 8. vistas del horno

(67 J HOLMAN, J. P. Transferencia de calor. Cia. Editorial Gon-tinental S.A. De G.V. Mexico 1983. Sexta Ed. pag. 495

( 68 ) KREITH, Frank. Princtpios de transferencia de calor. He -rrero Herrnanos, Sucesores S.A. Mexico, 1970 pg 645

r95

Page 214: Depto LU$ E2 5

1-

la

pérdldas de calor por convección

pérdidas por la pared inferior

86e F

FIGURA 59. Pared inferior

= 199,48 a¿ 0, ZI4 f,t2

A

A

A

==2

= (4s.? x zz.zt ) + (+6.2 x zz.Ssl =

613,87 =z 0, 66 f,t

1028,52: I,l0 ft

Cuando el sistema esté en estado estable, o sea que las temperatu

ras no carnbien con eI tiernpo, es váIida l,a siguiente ecuación de

transferencia de calor por conducción y convección.

L9o

Page 215: Depto LU$ E2 5

A =' T (6e ) (e )I + L,+ L + L

hA KA KA KA

At = ternperatura de Ia ¡nred interior - ternperatura arnbiente

At =700-86=6l4oF

K = O, 1?8 BTU ( Eternit )hora ple oF

K = 0,050 BTU ( Lana rnineral )l¡ora p ie oF

K = 64 BTU ( IJrnina galvanizada )hora pie oF

h = coef iciente de transferencia de calor por convección

A = area de la superf lcie exterior

Suponemos inicialrnente una ternperatura de la pared exterior igual

a 55oC ( fafof ), la ternperatura ambiente

To =30oC=86oF

Calcularnos nrl.rnero de Grashoff Gr = e gL3 ( tW - Tco ) (ro )yZ

I-as propiedades se haltran a una ternperatura Prorrredio:

Trn = 131 * 86 = l08,5oF2

( 69 ) HOLMAN, J. P. pag. 42 - 248

197

Page 216: Depto LU$ E2 5

g = 3?,3 Pie/ seg?

B =g =!,76x 1o-3oR-l( lo8, 5 + 459,67 )

L = 46,2 xrn : L,5l ft

V = 0,185 x 193 pteZ/seg

Pr = 0, 7?,

Gr = 32.2 x r.?6 x l0-3 x 1.513 (131 - 86 ) = ?,58 x 108( o,185 x Io-3 )z

h = O,zt ( +S ¡i = 0,630 BTU ( ?o )l, 5l hr pieZ oF

O= 614I + 0.011 + o.25 + 0.005I

0,63 x 1, lI? 0, l?8 x O,2I4 0,050 x 0,66 64 x l, l0

o - 66, t7 BTUhr

Seguidarnente se calcula e[ T entre Ia pared exterior y el rnedio

ambiente y con T se recalculará h y eI calor respectivo se repe

tirá hasta que Q no varfe, se explícará la prirnera iteración, tras de

rnás se resurnirán en la Tabla 25

O = h A T pérdida de calor por convecc iór¡

Ar =-g-= 66.17 =g4onh A 0,63 x 1,117

( ?0 ) HoLMAN, J. P. Pas. 259

r98

Page 217: Depto LU$ E2 5

h

o

Io,z? ( g+ ¡z

I, 5l

67,83 BTUhr

= 0,75 Btu/hr Piez 0F

TABI.4 Z5 . Variación de Q con el coef lclente

calor por convección ( h ) para la

horno

de transferencla de

pared ir¡ferior del

Arlor") h(BTu/r.Piez0Fl oleru/h)

45

94

80,96

83,0g

82.4

0,630

0, 75 8

o,728

o,735

o, 733

66, 17

67,93

67 ,57

67,65

67.63

I-a, ¿srnt.ratura de la pared exterior serd:

Tw = l\T+T@=82,4+ 86=168,4oF

3. L7 .l Pérd idas por tra pared superior

r-as d irnens iones de la pared super ior

ferior.

75,77oC

son Ias rnisrnas de Ia pared in-

199

Page 218: Depto LU$ E2 5

L1

Lz

L3

= 0,011 ft

= o,z5 ft.

= 0,0051 ft

= O, ZL f.tz

= 0, 66 f.tZ

= I, LO ftZ

en estado estable aplicarnos Ia ecuac ión ( 9 )

At

Az

A3

Cuando el s isterna esté

Cálculo de h.

Se supone una ternperatura de la pared

(75,77oC ); temperatura arnbiente

To =300C=860F

exter ior igual a l6 8,4oF

Cálculo número de Grashoff : Gr = eeJ-3 Ltw - to )yZ

I-a.s propiedades se hallan a la ternperatura prornedio Trn

Trn 168.4+86=127,2oI.2

32,3 píe/segz

= I,7 x lo3 n-l(tz7,z + 459,67

46,2 = l,5I ft

O, 72 Pie2hr

o,6gg

g

B

L

V

Pr=

Gr= -3

O,72 x I

zoo

= 3,.8 x 108

Page 219: Depto LU$ E2 5

Gr x Pr = 3,8 x I08 x 0,698 = ?,6 x 108 flujo larninar

h = O,IZ ( A t ¡ para flujo de calor por una pared horizontalL

con superf ic ie infer ior caliente.

h = 0, r z ( gz.4 )t/3 = o,4s5 BTU/hr piez or'l, 5l

Sustituyendo en la ecuación (9 )

O= 614r + 0.011 + 0.25 + 0.0051

0,455 x 1,11? 0,178 x 0,214 0,050 x 0,66 64 x 1,10

62,49 BTU/b

Seguidarnente se calcula el AT entre Ia pared exterlor y el rnedio

arnbiente y con este AT se recalculard h y la transferencia de calor

resp ctir¡a; este proceso interativo se repetird hasta que Q no varfe

o sea que el sisterna se encuentra en estado es@cionario; se explica

rá La prirnera iteración, las dernds se resumirán en la Tabla 26

AT =-@- =-&-9-=L2?,97h A 0,455 x l, ll7

h = Q, tz x ( tzz.oz f/3 = 0,5191, 5l

O = 64,07 BTU-h

z0l

Page 220: Depto LU$ E2 5

TABLA 26. Variación de Q con el coef iclente de transferencia de

calor por convección h para Ia pared superior del horno

At (or) h(BTU/hrPiézoF) A (eru/h)

82,4

122,97

ll0,5l

L13,75

I 12. 86

o,455

0,5lg

0,501

0, 506

0. 504

62,49

64,07

63,66

63,79

63.74

la ternperatura de la pared exterior será:

Tw = AT + Too = 112,86 + 86 = 198,86oF 9Z,7oC

Se chequeará, ri¡ué ternperatura tiene Ia lana rnineral

At =QLr =63.74xO.25 -482,8?oFKt Al 0,050 x 0,66

Tl-lr¿ = ?00 - 4gz,g7 - ?!7,!gol; = roz, B5oc

Es@ es una ternperatura en la cual la lana rnineral no sufrlrá ningrln

carnbio en su estructura rnolecular.

3.17.2 Pérdidas por las paredes laterales

zo?

Page 221: Depto LU$ E2 5

Lt

Lz

L3

FIGURA 60. Paredes Laterales

0,01I ft

o, 25 f.t

0, 0051 ft

= (6.3x 14.23)+ (6.q?x 14.qo) = 96,74 crn? x O,lO f&z

= ( 6-92 x t+,9o 12 + zz.zt x go.t+ I =z

= (zz.zt x3o.t4)+ (zz.ss x3o-48)

O, 178 BTUhr ft oF

Al

A?

A3

386,62 "or,2: 0,41 ft?

= 677, 6 ernZ : 0, 72 f.tZ

K1

zo3

Page 222: Depto LU$ E2 5

K't = 0.05 BTUp'

hr ft oF

K, = 64 BTUhr ft oF

CáIcuIo de h:

Se asurne Ia ternperatura de Ia pared exterior igual a 135oF

To = 86oF

CdIcuIo del nrlrnero de Grashoff

Gr = gg r-3 (tw -to)v"

Encontrarnos las propiedades a Ia ternperatura pro'rredio

Trn = .!.35l-9,6.= llo,5oFz

g = 32,2 pie/segZ

B =

-I-

= L,75 x to-3 n-l110,5 + 459,67

L = altura = 30,48cm = Ipie

V = 0,6910 &1h

Pr = 0,7

Gr = 32.2 x t.?5 x 1o-3 x 13 (135 - 86) = 7,49 x lo7

Gr x Pr = 5,246 x tO? flujo larninar

h = O,Zg ( At/1, ¡* para una ptraca vertical

204

Page 223: Depto LU$ E2 5

1h = 0,29 (!2)1 = 0,767 BTqI hr piez oF

Sustituyendo en Ia ecr:aclón ( 9 )para transferencia de calor en esta-

do estac ionar io resulta:

O= 6L4I + 0.011 + o.25 + 0.0051

0,767 x 0,74 0,178 x 0,10 0,05 x 0,41 64 x 0,72

O = 42,14 BTUh

La variación de calor con T y h se resume en Ia Tabl,a 27

TABLA?,7 Variación de Q con el coef [ciente de transferencia de

calor por convección ( h ) para Ias paredes lateriales

del horno

Ar ( o¡' ) h BTU/h oiéZ or o I eru/h )

49

74,24

67, 69

69, I I

o,767

o, 851

0,8318

0, 83 61

42, L4

42,64

42,54

42,57

68^ 80 0.8352 42.56

El calor que se pierde por convección setá 42,56 BTUh

?,05

Page 224: Depto LU$ E2 5

la ternperatura

Tw =AT+

pared exterlor será:

68,80 + 86 = 154,8 oF= 69,22 oc

de la

f=

3.17.3 Pared f rotrtal

FIGURA 6r. Pared frontal

( 29.s6 x t+,zE ) + Lgo,+g x v.qo I?

= (30.48 x 14.q0) + (45.7x 30. 14)z

= (45.7x 30.4)+ (+6.2x30.48)=

437, 39 ern O, 47 f,tZ

= 9Zl, ?l crn O,99 ftZ

7735,52 crn 8,3? ft?

A

A

A

L1 = 0,0t1ft

206

Page 225: Depto LU$ E2 5

Lz = o,z5 ft'

L^ = 0,0051 ft5

Kr = 0. 178 BTU;f¡fior

K2

K3

= 0.05 BTUhr ft2 oF

= 64 BTUhr ftZ oF

- CáIcuIo de h

Se asurne Ia ternperatura de la ¡nred exterior tgr:al a l45oF

To = 86oF

Cálculo deI núrnero de Grashoff

Gr =@yZ

Trn = -LS = 155,5 oFz

Encontrarnos las propiedades a la ternperatura prornedio

e = 32,3 Pie/eegz

B=l - 1,73 x 1o-3 oR-1

115,5 + 459,67

L = altura = 30,48crn = lpie

V = 0,70

Pr = 0,70

207

Page 226: Depto LU$ E2 5

Gr = 3z.z x t.z3 x to-3 x t3 (145 - 86) = 8,69 x 107( o, z/t6oo )2

Gr x Pr = 6,083 x 107 flujo larninar

h = O,Zg 1 A f ¡i para una placa verticalL

h = o,Z9 ( i9- )+ = o, 803 BTUr ñ;;i;z .F

Sustituyendo en la ecuación ( g )pa"" transferencia de calor en esta-

do estac ionar io resulta:

O o=I + 0.011 + o.¿5 + 0.0051

0.803 x 1.5I 0.178 x 0.47 0.05 x 0.oo 64 x 8.32o,8z 0, 13 0,05 o, ooo0095

O = 1O2,33 -g[.g.hr

I-a vsriación del calor con T y h se resurne en tra Tabla 28

TABI-A 28 . Variaclón de Q con el coef iciente de transferencia de

calor por convección ( h ) p.t" Ia pared frontal delhorno

Ar I or' ) h BTU/h Piez oF a BTU/h

614

59

84,39

76,07

0. 803

0, 878

0, 856

102,33

100,86

103, l3

208

Page 227: Depto LU$ E2 5

TA BI-A 2 g C ont inuac ión

aT I or ) h BTU/h Piez 0F O BTU/h

79,79 o, 866

78.98 0.864

ro3,29

t0-", 36

El calor que se pierde por convección será 103,26 BTUh

I-a ternperatura de Ia pared exterior será:

Tw = 78,98 + 86 = L64,98 oF =

Q perdido por convección = 67,63 +

73,97 oC

63,74 + Z (42,56') + 2

= 423,02 BTUhr

( ro3,26 )

3 . L7 . 4 Calor s ens ible de [as paredes.de[ horno

3. 17.4. I Fared inferior

Para calcular eI calor senstble aplieamos la s iguiente ecuac ión:

Q sens tble = rncp A T (?l) ( rr )

ry.-Uniwrsi',};¿ 1r....r14; i -!

(7r) KR EITH, Frank

zo9

Page 228: Depto LU$ E2 5

cP 0,25 BTU (72)Lbrn oF

36 Lbrnf.t3

t h (Ar + Az+3

I x o,olll 1o,zo3

(r2 )

(r3 )

fv

v + 0"229 +

V = O,OOZ35 ft3

nt)' = r¡t/ v

nr -vx./0 =O,0O23x36 =0,084Lb

I-a ternperatura prornedio de la ¡nred serd:

Trn = f99l_-6-Q9. = 690 oFz

A f = Tm : To = 690 - 86 = 60¿ otr

Sustituyendo en la ecuacion (tt )

O = 0,084 x O,25 x 6O4 ='12,68 BTU

Capa de lana de roca

= 0,? BTULbrn oF

Cp

f

(72)

(73)

I0 Lbrnfú

ZEMANSKY, Mark W. Calor y termodinámica. Aguilar S.A.Dr. Ediciones, Juan Bravo 38, Madrid (Espana ) f970 pag.8l

0, ?29

zIo

Page 229: Depto LU$ E2 5

Sustituyendo en la ecuaciOn (tA )

= !x3

v

v

rn

0, 15I

v */

o,?5 (o,zz9 + 1,09 +

f.t

= 0, 15 x l0 = 1,155 Lb

Q,229 x 1,09

Cp

/

La temperatura prornedio de La pared será:

Trn = 680 * 167 = 423 oPz

Sustituyendo en la ecuacion ( 1)

o = l,5r x o,2 x (4?3 - 86 ) = 10L,77 BTU

Capa de lárnina galvanizada

= 0, 091 BTULbrn oF

= S3Z Lbm (74 )f.ú

Sustituyendo en la ecuaciOn (t¡ )

v = -J_x 0,00511 (tol + t,ll3

( 74 ) KREITH, Frank. pag . 645 - 646

zrL

Page 230: Depto LU$ E2 5

V = 0, 056 ft3

rn - V xp = 0,0056 x 532 = ?,,98 Lb

la. ternperatura promedlo de Ia pared será:

Trn = L67 + 167 = L67 oFz

O =?,98x 0,091 x(rc2 -86)=2l,96BTU

Calor sensible de la pared inferior = l?,68 + 101,77 + 21,96 = L36,4I BTU

3.17.4.2 Paréd superior

IJrnina de Eternlt

cp = o,25 BTULbrn oF

P =36

V = 0,0023 ft3

rrr = v xP = 0,00235 x 36 = 0,038 Lb

Trn = 700 * 681 = 69O,5 oF2

Ar = 690,5 - 86 = 604,s op

Sustituyendo en la ecuación (12)

O = 0,084 x 0,25 x 604,5 = 12,69 BTU

- C.p" de lana de roca

cp = o,z BTULbrn oF

Lbrnfú

zrz

Page 231: Depto LU$ E2 5

n = l0 Lbrnft3

V = 0,151 ft3

rrr = 1,51 Lb

I:. temperatura prornedio de la pared será:

Tm = 681 * 198 = 439 oFz

O = l,5l x 0,2x (439 - 86) = 106 BTU

- I,ámina galvanizada

cp = o, o9l 'BTULbrn otr'

f' = 532

V = 0,0056 tt3

m = 2,98 Lb

La temperatura pronnedto de [a ¡n,red será:

Trn = I98 * I98 - t98 oF

O =2,98x 0,091 x(198-86)=29,55 BTU

Calor sensible total de l,a pared superior

L2,69 + 106 + 29,55 = I4g,?4 BTU

3.17 .4.3 Paredes laterales

Iámina de Eternit

Cp = 0,25 BTULbrn oF

Lbmf,ú

zI3

Page 232: Depto LU$ E2 5

t =35 Lbm'fú

Sustituyendo en la ecuacton (I3 )

v = _-Lx o, oll ( o,096 + 0, lllg + 0,096 x 0, lllg )3

V = 0, 0Ol 14 f.ú

rrr =YxP= 0,00IL4x36= 0,0411 Lb

Trn = fWJ- = 686,8 oFz

o = 0,041I x o,25 (686,8 - 86 ) = 6,L7 BTU

- Capa de lana de roca

cp = o,2 BTULbrn oF

n = l0 Lbrn.

-f.ú

Sustituyendo en la ecuación ( l3)

v = J_ x 0,25 ( O, lllg + 0,820 + 0, 1ll9 x 0, ?20 )3

V = O, O9Z ft3

m = 0,O92 x l0 = O,9Z Lb

Trn = 673,7 + 154.68 = 414 oFz

o = o,92 x 0,2 (+t+ - 86 ) = 60,35 BTU

- Lá,rnina galvanizada

CP = 0,091 BTULbrn oF

zt4

Page 233: Depto LU$ E2 5

f = 53?'

Sustituyendo en la ecuactón (13)'

. V = _l_x 0,011 (O,IZO + 0,74 + 0,720 x 0,74)3

V = 0,0080 ft3

rrr = 0,0080 x 532 = 4,27 Lb

Trn = 154. ó8 + 154.68 = 154,68 0Fz

Sustituyendo en la ecuación (1-2¡

a = 4,27 x 0,091 (154,ó8 - 86 ) = ?,6,68 BTU

CaIor sens lble total de las paredes laterales será:

? (60,35 + ?,6,68 ) = 174,36 BTU

3 . 17 .4. 4 Paredes f? ontales

Tárnina de Eternit

cp = o,z5 BTULbrn oF

Fat' = 36 Lbrnftr

v = _L x 0, otl (0,+52 + 0,489 + 0,452 x 0,49g )3

V = 0, OO51 ft3

m = 0,0051 x 36 = 0,183 Lb

I-a temperatura prornedlo de la pared será:

Trn = 700 * 686 = 693 oF2

Lbrnfú

zI5

Page 234: Depto LU$ E2 5

Sustltuyendo en Ia ecuación (tZ)

O = 0, I83 x o,z5 (693 - 86 ) = 27,77 BTU

- Capa de lana de roca

cp = 0,2 BTULbrn oF

f = l0 Lbrn;rSustituyendo en la ecuación (I3 )

v = J_ x 0,25 ( O,+gg + t4g + o,4gg x l,4g )3

V = 0,234 f.t3

rn = 0,?34 x 10 = 2,34 Lb

Tm =686+164.48=4?5'oF?

S ust ituyendo en la ecuac ión (12 )

O = ?,34 x o,2 (+zs - 86 ) = 158,65 BTU

- IJrnlna galvanizada

Cp - 0, 091 BTULbrn oF

f = 53? Lbrnf.t3

v = _-I_x 0,01I (t,+g+ "51

+ l,4gx l,5l)3

v = 0,0t6 tú

rrr = 0,016 x 532 = 8,74 Lb

zr6

Page 235: Depto LU$ E2 5

I-a. ternperatura prornedio de la pared será:

Trn = 164,48 * 164,43 = L64,48 oFz

Sustituyendo en la ecuaciOn (tZ)

o = 8,74 x O, O9l (.164,48 - 86 ) = 62,4L BTU

Calor total de tras ¡raredes frontales

2, (6?.,41 ) = 124,83 BTU

El calor sens ible total de las paredes será:

Q sensible de las paredes = I36,4L + L48,24 + L74,36 + 124,83

= 583,84 BTU

217

Page 236: Depto LU$ E2 5

R EC OMENDA C IONES

Pos ibles rnPd if icac iones en la máquina de ensayos:

- Construcción de horno para varlar la ternperatura del rnedio a -

bras ivo.

Colocactón de rnicro switch para inversión de rnarcha

- Colocar ¡lofor de doble rnarcha para

t ios

Instalar un tacómetro digital en-\

utilizarla en.d Lferentes s i-

eje de entrada.eI

zt9

Page 237: Depto LU$ E2 5

BIBLIOGRAFIA

FAIRES, Virgll Mor'rrg. Diseño de elernentos de rnáquinas. Monta-ner y Sirnon. 1970.

FIGUERAS BLANCH, Iúanuel. Abras ivos. Barcelona. Marcornbo.1979.

HOLMAN, Jack Philip. Transferencia de calor. Cornpañla EditoraContinental. Mexico. f978.

KREITH, Franck. Principio de transferencia de calor. Herrero.Mexico. 1970.

PIZZANO, Pascual y KLEIN, Alberto. Engranajes y poleas. Ele -rnentos de Maquinas III. Cuarta Edición. 1960.

SHIGLEY, Josep E. Diseño en tegenierla Mecáníca. México. f980.

zz0

Page 238: Depto LU$ E2 5

CORPORACION UNTVERSITAR IA AUTONOMA DE OQCIDENTE

DIVISION DE INGENIERIA S

PROGRAMA DE INGENIERIA MECANICA

LABORATORIO DE ENSAYOS DESGASTE POR ABRASION

EXPER IMENTO No.I

OgJnTWO: a) Consiste en investigar el proceso de desgaste en !L

na probeta de acero calibrador pars deterrninar La relación entre

dureza y desgaste; b) relac[onar al estudiante con uno de los Procg

dimientos existentes para proteger contra eL desgaste; c) deterrni-

nar eI deterioro de la granulornetrla del abrasivo.

INTR oOUCC toN

- Cementación: Es exactarnente el proceso rnediante eI cu¿l se rea-

Liza La carburación de la capa externa de las plezas por rnanteni -

rniento a una ternperatura cornprendida entre 80OoC y 95OoC, Ios

contenidos de carbono conseguidos en las superficies suelen oscilar

z2L

Page 239: Depto LU$ E2 5

entre 0,8 y l,Z% influyendo algo eI proceso de fabricación y [a corn-

posición del acerg.

- Carbon[¿su¡¿sión: Este proceso consiste en un enriquecirniento

sirnulülneo en carbono y nitrógeno de Ia zorl.a externa de Ias piezas,

conseguido por rnantenirnientos a temperaturas de 680 a ?5OoC du-

rante 60 a 90 minutos.

- Descripclón del equipo

I-a. rnáquina utillzada para esta práctica e sá acoplada a Ia máqui-

na fresadora Milwakee con eI objeto de obtener de e'lla Ia variación

de velocidad I-a rnáquina de ensayos sornete a tres probetas de di-

ferentes rnateriales o con aplicación soldada en un medto cornrln a

zzz

Page 240: Depto LU$ E2 5

rnovirnientos longitudinales y rotaclonalesren un rnedio abrasivo ana-

Lizado prevlarnente en su granulornetrna, o en diferentes condicio -

nes, secor hrlrnedo, etc, Produciendo en ellas un desgaste regular.

Pasos a seguir en el análisis granulornétrico de la arena:

+ Tomar 50 gr de arena aproximadamente.

+ Separación de los rnateriales arcillosos. EI contenido de arcilla

AFS en una arena está def inido como las partfculas que se decantan

a una rapidéz de una pulgada por rnlnuto. Cuando están suspendidas

en agua. Después de lo cual eI residuo cornpuesto sol¡arnente de grq

nos de sllice se deja secar.

+ Granulornetrla ( fndice de flnura ) ae fa arena seca y lavada: To-

rnar 50 gr de arena seca y lavada y hacer la granulornetrla de acuel

do con la dirección del monitor.

Mater iaIe s utilizados:

+ Máquina fresadora Milwakee.

+ Abrasivo (arena, cascarilla de arroz, carbón, grava, tierra ).

+ Probetas de acero:

Acero 1020 en estado de entrega

Acero I020 cernentado

z23

Page 241: Depto LU$ E2 5

Acero 4340 en estado de entrega

Acero 4340 carbonitrurado ( Tecnifer )

Acero 4I4O carbonitrurado ( Tecnifer )

Acero 1045 en estado de entrega

+ Balanza de prec isión A insworth a 0, 00001 grarno.

+ Tac órnetr o.

- Proced irn iento genera [:

- Agople a la rnáquina de ensa)¡os a la rnáquina fresadora Milwakee

- Tome los pesos de las probetas en balanza Presición.

- Ca[oque en el pav.'taprobeta las probetas de acero calibrado.

Acero 1020 en estado entrega

Acero 1020 cernentado

Acero 4340 en es@do de entrega

Acero 43 40 Carbonitrurado ( Tecnifer )

Acero 4L4O carbonitrurado ( Tecnifer )

Acero 1045 en estado de entrega

- Haga anális[s granulernétrico de la arena.

- Deposite en el balde eI abrasivo hasta el nivel.

224

Page 242: Depto LU$ E2 5

- Coloque e[ batde en el soporte de la rnáquina y asegure con las

mariposas para evitar su des¿sople.

- Revise que todo [o anterior esté dispuesto.

- Coloque la rnáquina fresadora máxirno hasta 290 RPM.

- Prenda la rnlquina. Torne tiempo de inicio Proceso.

- Tome cad.a 3j horas eI peso de las probetas y tabule.

TI{ITORME DE LA BONA TOR IO

- Indlque los objetivos del laboratorio.

- Describa con sus palabras la prlctica desarrollada.

- [:vestigue y escriba eI proceso apllcado a [a probeta como pro-

tecc ión al des gaste.

- Deterrnine las propiedades €ilsico qulrnicas del rnaterial en ensayo.

- Establezea la dureza del rnater ial.

225

Page 243: Depto LU$ E2 5

- Con los datos tabulados desarrolle grdf ico para cada Probeta.

Desgaste vs. tiernpo.

- Analice sus resultados y gráf.icas, dé conclusiones y recornen-

dac iones.

VARIABLES PARA ENSAYOS A REALIZAR

- Tipos de material a ensayar con diferentes aplicaciones contra

eI des gas te.

- Acerosl

+ Tratados térrnlcarnente

+ Electrodepos itados.

+ Anodizados

+ Difus ión

+ Roc iado rnetálico

+ Con capa de rne@l duro.

- Bronceg

+ Electrodepos itados

- Medios a utilizar

226

Page 244: Depto LU$ E2 5

+ Arena de diferente granulometrla

+ Arena hrlmeda con diferente pH

+ Cascarilla de arroz: seca, hrlrneda.

+ Q¿¡!ón: s€cor hrlrnedo

+ Grava

+ Tierra: seca, hrlmeda

zz7

Page 245: Depto LU$ E2 5

ssi5tdd.oddt{t-arc¡r \C

d o¡).oq(,)5-dE€Esi tnO.QO3oin0u9O9.9cno$dH

!5 ht)

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.d$cc) t'{

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Page 246: Depto LU$ E2 5

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OOOOOF-OO.|.n$í).O@{tO.Nor.-<{OtrrJ^l(vl\O@rr)$NN'-r'-{C)C}<v)'-TOOOOOOOOO

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Éd¡{bI)

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\dÉ

Page 247: Depto LU$ E2 5

Mater ial: Acero 1020

Esta.do rnater ial: Cernentado Abras ivo:Arena secaPeso Tiempo A Desgasteora.nios horas sramos

98.2738

98.2736

98.2734

98.2728

98. Z72Z

98.2.715

98. 27L0

98.2692

98.2680

9 8.267 8

98. Z68L

98.2679

0

3.5

7

r0.5

t4

17 .5

2T

24.5

28

3r .5

35

38.5

0

0. 0002

0.0004

0. 00I

0. 0016

0.0023

0.0028

0.0046

0.0058

0. 006

0. 005 7

0.0061

230

Page 248: Depto LU$ E2 5

Material: Acero 4340

Estado rnaterial: Natural Abrasivo3 Arqna sec¿Peso Tiernpo A Desgastedrarrr os hora s srarrr os

97.9045

97.9039

97.9036

97.9033

97.9029

97.9024

97.9014

97.9008

9 7. 9008

97. 8995

97. 8993

97.8994

0

3+

7

10. 5

t4

17 .5

2L

24.5

z8

3r.5

35

38.5

0

0.0006

0.0009

0.00I2

0.00r5

0.0021

0.0031

0.0037

0.0037

0.0050

0.0052

0.0051

23r

Page 249: Depto LU$ E2 5

Materia[: Ace ro 434O

Esrado material: Tenifer Abrasivo: Arena secaPesograrnos

T iempohoras

A Desgastegrañros

96.7660

96.7658

96.7652

96.7649

96.7648

96.7646

96.7639

96.7636

96. 7618

96.7617

96.76t8

96.76t6

0

3L,

7

10. 5

t4

t7.5

2T

24.5

z8

3r.5

35

38.5

0

0.0002

0.0008

0. 001 r

0.0012

0.0014

0.0021

0. ooz4

o.0042

0.0043

o. oo42

0. 0044

232

Page 250: Depto LU$ E2 5

Marerial: Acero 1020

Esfad o rnater ia13 Natural AbrasivoS Arena secaPesogralnos

T iernpohora s

A Desgastegralnos

98.7732

98.7724

98.7662

98.7647

98.76t3

98.7610

98 7590

98.759t

98.7590

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CION UNIVERSITARIA AUTONOMA DE OCCIDENT

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ACION UNIVERSITARIA AUTONOMA DE OCCIDEN.EOPOLDO TUNJO PROYECTO DE GRADO:-UIS A. VILLEGAS Moquino poro ensoyo desqoste obr\¡G. ADOLFO L. GOME ES IGNACION:

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C( \CION UNIVERSITARIA AUTONOMA DE OCCIDEN]

Dts,OPOLDO TUNJO PROYECTO DE GRADO:

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