Proyecto de Diseño

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Índice

Ilustraciones        1

1.        Introducción        2

2.        Objetivos        3

3.        Planteamiento del Problema.        4

4.        Procedimiento de diseño        5

4.1 Calculo de la relación de transmisión.        5

4.2        velocidad final o giro real de salida        5

4.3 Calculo del número de dientes del Piñón.        5

4.3        Cálculo de los parámetros geométricos de los engranes        6

4.4        Relación de contacto.        7

4.5        Cálculo del número de esfuerzos Flexionantes.        8

4.5.1        Cálculo de la fuerza Tangencial.        9

4.5.2        Calculo y selección del ancho de la cara del diente F.        10

4.5.3        Factor de geometría por flexión (J)        10

4.5.4        Factores de Ampliación de Carga.        11

4.5.4.1        Factor de sobrecarga (Ko)        11

4.5.4.2        Factor de Tamaño (Ks)        12

4.5.4.3        Factor de distribución de carga. (Km)        12

4.5.4.4        Factor de Orilla (Kb)        13

4.5.4.5        Factor dinámico (Kv)        13

4.5.5 Esfuerzos Flexionantes        14

4.6        Cálculo del número de esfuerzos al contacto        15

4.6.1        Coeficiente elástico (Cp)        15

4.6.2        Factor de geometría al contacto (I)        16

4.6.3        Esfuerzo al Contacto.        16

4.7        Selección de los materiales para el piñón y la corona.        17

4.7.1        Cálculo de los factores de ciclos de esfuerzos para el contacto y la flexión        17

4.7.1.1        Vida de diseño en Horas (Lhrs)        17

4.7.1.2        Cálculo del número de ciclos para el piñón y la corona.        17

4.7.2 Factor de ciclo de esfuerzo por flexión para el piñón y la corona.        18

4.7.3 Factor de ciclo de esfuerzo por contacto para el piñón y la corona        19

4.7.4 Calculo del número de esfuerzo admisible en la corona        20

4.7.4.1 Factor de Confiabilidad Kr        20

4.7.4.2 Factor de Temperatura Kt        20

4.7.4.3 Factor de seguridad Sf        21

4.7.4.3 Factor de dureza Ch        21

4.7.4.4 Esfuerzo admisible en la corona        22

4.7.5 Selección de los materiales del piñón y la corona.        22

4.8        Verificación de los esfuerzos de seguridad        23

4.8.1        Numero de esfuerzos admisibles.        23

4.8.2        Factores de seguridad.        24

4.8.3        Análisis de los coeficientes de seguridad        24

4.9 Calculo de los diámetros de los ejes de transmisión.        24

4.10 Verificación del coeficiente de espesor de orilla KB        25

5.        Conclusión        26

6.        Recomendaciones        26

7.        Resumen de diseño        27

Ilustraciones

Ilustración 1 Numero de dientes del Piñón        5

Ilustración 2 Factor de Geometría J        10

Ilustración 3 Factores de Sobrecarga Ko        11

Ilustración 4 Factores de Tamaño Ks        12

Ilustración 5 Valores para obtener Cma        13

Ilustración 6 Calidad Qv        14

Ilustración 7 Coeficiente Elástico        15

Ilustración 8 Factor Geométrico I        16

Ilustración 9 Factores Por ciclos de esfuerzos Yn        18

Ilustración 10 Factor por ciclos de esfuerzos Zn        19

Ilustración 11 Factor de Confiabilidad, Kr        20

Ilustración 12 Factor por relación de dureza, Ch        21

Ilustración 13 Propiedades de diseño para los aceros al carbón y aleados.        23

1. Introducción

Se requiere diseñar un reductor de velocidad que posea engranajes Cilíndricos de dientes Helicoidales, para una turbina que transmite potencia a un generador eléctrico. Se plantea un problema de manera que nosotros los estudiantes del curso del primer semestre del año 2020, para la asignatura de Diseños de Elementos de Maquinas I, tengamos que desarrollar un análisis para un sistema de trabajo de precisión cerrada. Este proyecto se enfocará en el diseño de reductor de velocidad de engranajes de dientes rectos entre el acople de una turbina a un generador eléctrico.

Los aspectos más importantes en el estudio de reductores de velocidad de engranajes de dientes helicoidales son la distancia entre centros de cada rueda dentada, el módulo de trabajo para cada rueda, el Angulo de evolvente en los dientes del engranaje, el Angulo de la Hélice, el cálculo de las relaciones de trasmisión del mecanismo, los tipos de aceros a usar para cada rueda dentada y el rendimiento que se obtendrá al usar la que los cálculos nos dicten. Con el objetivo de informar al lector cuales son las opciones que se pueden tomar para la solución de las variantes y el resultado obtenido de seleccionar uno de los caminos.

Finalmente se demostrarán los resultados en un resumen de datos y un dibujo esquemático que muestras las soluciones de nuestro problema, así como también el “STEP BY STEP” de cómo llegamos a esa conclusión.

1. Objetivos

General

Diseñar un reductor de engranes cilíndricos de dientes Helicoidales, que transmita 75 KW de potencia, manteniendo las revoluciones de salida solicitada, con una relación de transmisión no entera.

Específicos

1. Diseñar generando los menores esfuerzos posibles.
2. Diseñar los dientes de los engranes con evolvente a 20o y a profundidad total.
3. Considerar el diseño como una unidad de precisión cerrada.
4. Utilizar unidades métricas para la realización de los cálculos pertinentes al diseño.
5. Representar mediante dibujo mecánico los engranajes resultantes del diseño de la transmisión.
6. Realizar los cálculos conforme a las Normas AGMA.

1. Planteamiento del Problema.

Variante 3

Se requiere un reductor de engranes Cilíndricos de dientes Helicoidales. La fuente de potencia es una turbina hidráulica que transmite 75 kW de potencia a una velocidad de giro de 4500 rpm a un generador eléctrico que debe girar 1200 rpm exacto.

Condiciones para el diseño:

1. La relación de transmisión debe ser un número no entero.
2. Diseñe generando los menores esfuerzos para una transmisión compacta.
3. La maquinaria es considerada un equipo critico en funcionamiento continuo durante 24 horas los 7 días de la semana. Se espera que los dientes sufran algún defecto dentro de los primeros 7 años después de la puesta en marcha.
4. Diseñe los dientes a profundidad total con evolvente a 20o.
5. Los engranes estarán alojados en una carcasa de hierro fundido debidamente lubricados y que permita un fácil desmontaje para el mantenimiento de los engranes. Se considera una unidad de precisión cerrada.
6. Se debe considerar en el diseño una confiabilidad del 99.9%
7. Diseñe en unidades métricas.

Datos de la turbina

• Pm= 75kw
• Ƞ1= 4500 rpm

Datos del generador eléctrico

• Ƞ2= 1200 rpm

• Horas de trabajo 24 hr/día
• 7 días a la semana

1. Procedimiento de diseño

4.1 Calculo de la relación de transmisión.

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Nota: De esta manera verificamos que se cumpla la condición 1 ya que se obtiene una relación de transmisión igual a un número no entero.

1. Cálculo del número de dientes del Piñón.

Según Documento “Tema 3 DEM I, 2020”, pág. 96, dice:

Los valores de ángulos de hélice por lo general oscilan entre 5° hasta 30°.  Para ángulos de hélices muy altos se obtienen fuerzas axiales que afectan el funcionamiento de los rodamientos.

Nosotros seleccionamos [pic 6]

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Ilustración 1 Numero de dientes del Piñón

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