Proyecto Final

INSTITUTO SUPERIOR TECNOLÓGICO TECSUP AREQUIPA

DEPARTAMENTO DE MECÁNICA

MANTENIMIENTO DE MAQUINARIA PESADA

DISEÑO Y FABRICACIÓN DE UN MULTIPLICADOR DE PAR CON ACCIONAMIENTO NEUMÁTICO

INTEGRANTES:

Bedregal Castellano, Lizbeth

Centeno Ylaquita, Angel

Chucuya Chipana, Yeyson

Coaquira Coaquira Kenyo

Lara Huallipe, Leonardo

Marquina Calloapaza, Jorge

Pacsi Nina, Ronald

Pucho Medina, John

Quispe Lloclle, Victor

Torres Velasquez, Victor

Trelles Maque, Itamar

Arequipa, Noviembre de 2015

1

ÍNDICE

Introducción……………………………………………………………………….3

CAPÍTULO I

COMPRENSIÓN DE LA SOLICITUD

1.1 Problemática- necesidad………………………………………………….. 4

1.2 Estado de la tecnología…………………………………………………… 5

1.3 Análisis de la situación del problema (Técnica-económica)……………... 9

1.6 Lista de exigencias……………………………………………………….. 13

1.8 Plan de trabajo……………………………………………………………. 18

CAPÍTULO II

CONCEPCIÓN DE LA SOLICITUD

2.1 Secuencia de operaciones………………………………………………… 21

2.2 Caja negra………………………………………………………………… 22

2.3 Matriz morfológica………………………………………………………. 22

2.4 Comprobar las posibilidades de realización……………………………… 23

2.5.Presupuesto………………………………………………………………. 26

2.6 Información teórica……………………………………………………… 26

CAPÍTULO IIIELABORACIÓN DEL PROYECTO

3.1 Memoria de cálculos

3.2 Pruebas de tracción de los materiales

CAPÍTULO IVELABORACIÓN DE DETALLES PROYECTO

4.1 Plan de fabricación y montaje

4.2 Planos de ensamble y de despiece

4.3 Esquema neumático

4.4 Manual de mantenimiento

CAPÍTULO VANEXOS

5.1 Bibliografía

2

INTRODUCCIÓN

Para muchas empresas en donde se busca facilitar los trabajos para poder mejorar la

calidad del producto, se ponen en marcha diversos proyectos que cumplan con las

necesidades de dichas empresas, creando o diseñando máquinas simples o complejas que

ayuden en el campo de producción, estas invenciones pueden significar una gran mejoría

en el desenvolvimiento de la empresa, de sus trabajadores y de sus usuarios.

El uso de un convertidor de par para extraer pernos de una manera más fácil y con

un mínimo de esfuerzo, es un sistema que usan muchas empresas para realizar dicho

trabajo. Es por ello que la elaboración de convertidor de par que nos permitan realizar este

tipo de tareas resulta ser una herramienta esencial en una fábrica o taller.

La propuesta de este tema de proyecto integrador nace a partir de la necesidad de

los talleres que desean que extraer los pernos de tal manera que ahorren esfuerzo y tiempo,

es por ello que proponemos un convertidor de par con accionamiento neumático para que

realice este trabajo de forma más práctica y segura

El informe del proyecto que se presenta está dividido en cinco capítulos, el primer

capítulo se encuentra todo lo relacionado con la comprensión de la solicitud incluyendo la

lista de exigencias y un adecuado análisis técnico económico que se requiere para la

realización del proyecto. En el segundo capítulo se encuentra la concepción de la solicitud

en donde se presenta una matriz morfológica que orienta el trabajo a realizar. En el tercer

capítulo denominado Elaboración del proyecto, se encuentra la memoria de cálculos así

como las pruebas de tracción de los materiales con los cuales se ha fabricado este trabajo.

En el cuarto capítulo se encuentra todo lo relacionado a la elaboración de detalles, donde

encontramos todo los planos, plan de fabricación y el manual de mantenimiento y por

último en el quinto capítulo denominado anexos, se encontrará una infografía del trabajo y

las referencias bibliográficas que se utilizó para la elaboración del proyecto.

3

CAPÍTULO I

COMPRENSIÓN DE LA SOLICITUD

1.1 PROBLEMÁTICA – NECESIDAD

La idea de construir un multiplicador de par neumático se desarrolla a partir de la necesidad

de generar altos torques utilizando una pequeña, pero considerable fuerza. Esto se basa en el

principio de transmisión de fuerza.

De esta forma hemos ideado un modelo que pueda cumplir con ciertas características y

requerimientos pensados para el óptimo desarrollo de esta herramienta así como para

brindar facilidades a los operarios de esta herramienta y son las siguientes:

La calidad de las uniones debe ser mayor que la de las llaves comunes y corrientes.

Su diseño compacto y la carcasa deben brindar gran robustez. Para que gracias a

ello, los multiplicadores sean casi indestructibles.

La tecnología usada en el modelo debe ser de alto rendimiento para permitir una alta

velocidad de trabajo

El manejo de la herramienta debe ser sencillo para poder manejarlo con una mano y

activarlo con un dedo para así poder generar una mayor comodidad para el operario.

Se debe incorporar filtros de reducción de ruido para evitar molestias es decir que si

se desea se pueden suministrar con silenciadores para reducir las emisiones

acústicas.

4

Deben poseer gran calidad y repetitibilidad de atornillado frente a otras herramientas

que puedan cumplir la misma función.

Si se desea se pueden suministrar con silenciadores para reducir las emisiones

acústicas.

Una condición previa para los par de aprietes podría ser una presión de servicio de

2-7 bares con un caudal de aproximado de 10-15 l/s y teniendo en cuenta que la

exactitud del par depende de la estabilidad del sistema de suministro.

El plazo para entregar el equipo de extracción de pernos utilizando un convertidor de par

con accionamiento neumático es la semana Nº17 correspondiente al mes par del año

académico 2015, en el caso de no cumplir con este plazo el contratante TECSUP,

sancionará la falta de manera académica.

1.2 ESTADO DE LA TECNOLOGÍA

Estado de la tecnología

Actualmente en el mercado existen estas herramientas multiplicadores de torque neumático principalmente dedos empresas que fabrican estas maquinas

Imagen 1. Modelo de pistola de torque

Como se ve la empresa Pneutorque diseña y fabrica esta herramienta con las siguientes especificaciones:

5

Imagen 1.1. Tabla de rango de valores de torque que puede aplicarse

Otro fabricante es la empresa ALKITRONIK con un diseño similar al mostrado anteriormente. Los multiplicadores de par neumáticos de alkitronic dejan a los destornilladores neumáticos convencionales muy atrás y rápidamente olvidados. Nuestros multiplicadores de par no “percuten” (a diferencia de las llaves de impacto convencionales), sino que giran continuamente ofreciendo, así, más precisión y un rendimiento mucho mayor con menor necesidad de reparaciones. ¡También para uso en entornos explosivos!

En este link se muestran 2 videos del funcionamiento y los componentes de esta herramienta

http://www.servitoolsas.com/multiplicadores-de-torque-controlado-neumaticos/

Ventajas de los multiplicadores de par neumáticos de alkitronic6

http://www.servitoolsas.com/multiplicadores-de-torque-controlado-neumaticos/

La calidad de las uniones es claramente mayor que la de las llaves hidráulicas o de

impacto.

Su diseño compacto y la carcasa de aluminio le dan una gran robustez. Gracias a

ello, los multiplicadores son casi indestructibles.

Su equipo de alto rendimiento permite una alta velocidad de trabajo.

El sencillo manejo del conmutador basculante para un dedo permite una mayor

comodidad para el operario.

Los multiplicadores pueden ser utilizados en entornos explosivos.

Opcional: filtros de reducción de ruido, 2 velocidades de montaje en serie para

conseguir mayor rapidez, etc.

Aplicaciones

Apretar o aflojar de uniones atornilladas complicadas gracias a la rotación continua.

Óptimo para uniones roscadas en áreas con riesgos de explosión.

alkitronic CLS, atornilladores rápidos y compactos con un par de apriete de entre 60

Nm hasta 3.500 Nm.

alkitronic CLD, atornilladores confortables y robustos con un par de apriete de entre

160 Nm hasta 9.800 Nm, motor giratorio.

alkitronic CLS2, atornilladores de dos velocidades de gran potencia para atornillar

con un par de apriete de entre 120 Nm hasta 48.000 Nm.

7

Imagen 2. Aplicación en desmontaje

Imagen 3. Aplicación en el montaje de piezas

Imagen 4. Tiene accesorios para diversificación

1.3 ANÁLISIS DE LA SITUACIÓN DEL PROBLEMA

1.3.1 POSIBILIDADES DE REALIZACIÓN DEL DISEÑO

1.3.1.1 Accionamiento Mecánico: Se trata de la llave propiamente dicha esta apareció mucho antes de disponer de aire

comprimido o energía eléctrica, aplicando el principio de llave común y martillo. En

la figura de abajo vemos la apariencia de una llave de impacto manual. No obstante

debemos tener en consideración que estas consumen mucho tiempo y son un tanto

difíciles de manejar.

8

1.3.1.2 Accionamiento Neumático: Requiere de un compresor de aire para proporcionar el aire comprimido que actúa

como fuerza motriz para impulsar la herramienta. Dado que el consumo de aire de

una llave de impacto neumática es bastante alto, se necesita un compresor de la

magnitud suficiente para suministrar el aire con eficacia. Presentan distintos

tamaños y potencias, desde los modelos que pueden manejarse con una sola mano

hasta los que exigen la intervención de dos personas, por lo que cada uno se adapta a

las necesidades del usuario.

Sin embargo, el inconveniente que tienen las llaves de impacto neumáticas es que

son muy poderosas y difíciles de regular, ya que no poseen gatillo con velocidad

variable. Esto significa que son ideales para extraer pernos y bulones de gran tamaño

que están muy apretados u oxidados, pero no pueden actuar sobre pasadores

pequeños u otros objetos delicados sin romperlos, descabezarlos o desgarrarlos. Por

lo tanto, si buscamos una herramienta tradicional que nos permita trabajar durante 9

largos períodos de tiempo, la llave de impacto neumática es una buena opción. Pero

si necesitamos una llave que pueda funcionar a varios niveles de potencia diferentes,

o si no contamos con espacio para instalar un compresor, entonces es conveniente

buscar otro tipo.

1.3.1.3 Accionamiento Eléctrico con cable: Estas proporcionan un desempeño similar a las llaves de impacto neumáticas de

tamaño similar, pero no hay variedad de tamaños. El cuerpo de una llave de impacto

eléctrica con cable es ligeramente mayor al de una llave de impacto neumática

comparable. Esto es necesario por el motor eléctrico, que debe ser más grande que

un motor neumático correspondiente de la misma fuerza. Sin embargo, salvo en

zonas de trabajo estrechas, son aproximadamente equivalentes en comodidad.

La gran ventaja de las llaves de impacto con cable sobre las neumáticas es que no se

necesita un compresor. Se pueden utilizar en cualquier lugar donde exista energía

eléctrica disponible. Sin embargo, este detalle presenta sus inconvenientes, ya que a

diferencia de todas las demás llaves de impacto, puede existir riesgo de

electrocución, no se puede trabajar en lugares húmedos y el cable puede ser un

impedimento para el acceso de la herramienta a lugares distantes del tomacorriente.

10

1.3.1.4 Accionamiento Eléctrico Inalámbrico:

Permiten incorporar accesorios para extraer pernos grandes, sino también pequeños

y son perfectas para usar en espacios reducidos ya que no tienen cables ni requieren

la conexión de mangueras. Se alimentan por baterías de iones de Litio que van de 18

a 28 V. También hay modelos que emplean baterías de níquel-cadmio. Cada tipo de

batería tiene propiedades diferentes: las baterías de Li-ion ofrecen mucha más

potencia, lo que permite que la herramienta se pueda utilizar más tiempo entre

recargas y además se recargan mucho más rápido. Las baterías de Ni-Cd permiten

un mayor consumo de corriente. Independientemente del tipo de batería, las llaves

de impacto inalámbricas son menos poderosas que las provistas con cable o las

neumáticas, y la gran mayoría sólo ofrece la mitad de potencia que aquellas.

Además, el uso infrecuente de la herramienta agota la vida útil de la batería, por lo

que es preferible no guardarlas por tiempos prolongados.

Sin embargo su portabilidad las hace únicas. De todos los tipos de llaves de impacto

disponibles, las inalámbricas son la mejor opción para usar en la extracción de

tornillos muy ajustados u oxidados sin romperlos. El menor par de torsión, junto con

11

un mayor control, posibilita el uso de estas llaves de impacto en las aplicaciones más

delicadas.

Pistola NeumáticaPistola Eléctrica con cable

Pistola Eléctrica Inalámbrica

Potencia Excelente Buena No siempre buena

Conexión para funcionar

Necesita compresor de aire

Necesita corriente eléctrica

Autónoma (a batería)

Costo comparativoEl más bajo (sin compresor)

Intermedio El más alto

Tamaño comparativo El más pequeño Más grande El más grande

Seguridad eléctrica Sin ningún riesgo Riesgo de electrocución Sin ningún riesgo

1.3.2 CUESTIONARIO DE PREGUNTAS AL CLIENTE ACERCA DEL

PROYECTO:

12

1. ¿Cuál es el objetivo de este proyecto?

- Realizar un Multiplicador de Torque.

2. ¿Cuáles son las instrucciones específicas del proyecto?

- El Multiplicador de Torque debe ser activado neumáticamente.

3. ¿Tiene alguna información/experiencia acerca de este proyecto?

- Contamos con información básica sobre el concepto de multiplicación de

fuerza, basándose eso en el cálculo de Engranes.

4. ¿Cuál es la exigencia técnica de este proyecto?

- Debe acoplarse a diversos pernos y tornillos, recalcando además que debe

funcionar activándose neumáticamente.

5. ¿Este proyecto tendrá que ser actualizado o revisado en algún momento?

- Sí, para llegar al producto final este proyecto debe revisarse constantemente

para asi poder encontrar mejoras y tener un producto final de alta calidad.

6. ¿Se cuenta con todos los recursos necesarios para realizar el proyecto?

-

7. ¿Cuál es el presupuesto para la realización del proyecto?

-

8. ¿Cuál es el plazo de entrega?

-

9. ¿Cuáles son los riesgos para este proyecto?

- Muchas veces el mal uso de la herramienta puede causar daños serios en

nuestro cuerpo teniendo en cuenta que la fuerza obtenida es relativamente

alta.

1.3.3 ANÁLISIS TÉCNICO ECONÓMICO

Analizamos el proyecto de forma técnica y de forma económica para poder

comprobar la posibilidad que tiene de ser realizados, por lo tanto obtuvimos los siguientes

resultados:

A) Forma técnica:

13

Aquí tuvimos que tomar muchas referencias una de ellas fue la revisión de bibliografía,

videos y demás en donde se pudo encontrar diferentes maneras de diseñar y crear un

multiplicador de torque.

A continuación pasamos a diseñar pequeños bosquejos de lo podría ser un paquete de

engranajes planetarios para un pistola que pueda ajustar y desajustar pernos.

Por lo tanto podemos deducir de

forma clara que el proyecto tiene una alta probabilidad de que se desarrolle y esta cumpla

todos los requerimientos que nos piden, por lo cual este proyecto sea de utilidad.

B) Forma económica:

Tuvimos que revisar todo y nos dimos cuenta que las herramientas que vamos usar para

mecanizar y desarrollar las piezas se encuentran en la institución por lo tanto estimamos un

precio el cual no cubre mano de obra porque nosotros mismos lo elaboraremos, lo único que

nos va costar es las planchas de acrílico, los pernos y arandelas lo que hace un costo de

aproximadamente de S/.300, este dinero será divido entre todos los integrantes (11 alumno)

; nos saldría aproximadamente s/28 soles por alumno.

Por lo que estimamos en costo vimos que nos es muy elevado el costo, por lo tanto vimos

que es muy factible realizar el proyecto.

1.4 LISTA DE EXIGENCIAS

LISTA DE EXIGENCIAPágina:01/02Edición: 01

PROYECTO Diseño de una maquina multiplicadora de torque con

accionamiento neumático, cuadro de entrada y de salida para

generar torques en un rango de 0.5 a 2 N.m.

Fecha: 10/09/15

Revisado:Cliente: Instituto Tecnológico TECSUP Elaborado:

14

AlumnosFecha (cambios)

Deseo o exigencia Descripción Responsable

10/09/15 E

Función Principal

El multiplicador de par neumático es una herramienta de

precisión que multiplicará la torsión de entrada exactamente

por el índice especificado. Con engranaje planetario que logra

gran torque de salida a partir de poco torque de entrada.

Alumnos

10/09/15 E

Geometría

La cubierta exterior del multiplicador, debe rotar en la

dirección contraria a la torsión de entrada a no ser que se ajuste

un brazo de reacción a la corona circular. Sin el brazo de

reacción (brazo de apoyo), no se deberá aplicar ningún tipo de

torsión a través del cuadro transmisor.

El multiplicador de par neumática con engranaje planetario de

índice mediano (10:1 o más) necesitará cierta cantidad de

retorno (contragolpe) para estar ajustado antes de realizar

cualquier trabajo de apriete en la tuerca. En cualquier caso se

ajusta un trinquete antirretorno para retener todas las fuerzas

de retorno.

Alumnos

E

Cinemática

Se producirá movimientos de rotación de engranes tipo

planetario que producirá el par de torque necesario en la

velocidad tangencial y su reacción de la velocidad angular para

multiplicar el par de entrada producido por un motor

neumático.

Alumnos

10/09/15 E

Fuerza

El proceso requerirá la transmisión en el cuadro de salida de

una fuerza de torsión variable regulada por un sistema

neumático unido con un sistema de engranajes planetarios, el

cual suministra el par requerido para cada operación.

Alumnos

15

10/09/15 D

Energía

La energía a utilizar, es el aire comprimido que genera

presiones de hasta 8 Bar, el cual se conecta a un motor

neumático en serie y a un sistema de amplificación por medio

de engranajes, cuya fuerza de torque en la salida debe de ser

regulable.

Alumnos

10/09/15 D

Mantenimiento

La máquina deberá poder ser desarmada para labores de

mantenimiento, además deberá contar con un sistema de

lubricación sin que se deban realizar maniobras complejas.

Alumnos

10/09/15 D

Uso

Se deberá evitar el contacto físico de cualquier tipo con el

sistema de multiplicación de par, así como la entrada o la

salida de la fuerza de torque; para lo cual se deben de disponer

de los seguros necesarios.

Alumnos

10/09/15 E

Materiales

El sistema de engranes planetarios se realizara de un polímero

especial resistente al impacto, y sus demás componentes

deberán ser de materiales polímeros que soporten presiones de

6 a 8 Bar.

Alumnos

10/09/15 D

Fabricación

El sistema de transmisión de torque se realizara mediante el

diseño del mismo mediante un programa de diseño, que luego

será llevado a un sistema de impresión en 3D, para luego de

ser imprimidas, se precederá a ser ensambladas y probada.

Alumnos

10/09/15 E Seguridad Alumnos

16

Se deberá de utilizar un factor de seguridad de 3 para los

cálculos.

17

1.5 PLAN DE TRABAJO

ETAPA

6ta

Sem

ana

7ma

Sem

ana

8va

Sem

ana

9na

Sem

ana

10m

a S

eman

a

11va

Sem

ana

12va

Sem

ana

13va

Sem

ana

14va

Sem

ana

15va

Y 1

6va

18va

Sem

ana

Evaluación del

Proyecto

Comprensión de la

solicitud

Concepción de la

Solución

Desarrollo del

Proyecto

Elaboración del

Proyecto

Elaboración del Detalle

Ejecución del

Proyecto

Fabricación del

Proyecto

Pruebas y Ensayos

Presentación del

Informe

Sustentación del

Informe

18

1.5.1 Evaluación del Proyecto:

a) Compresión de la Solicitud.

Analizamos que trabajo debemos realizar, nos informamos sobre el trabajo que

debemos realizar, aquí reconocemos las partes de una pistola neumática

multiplicadora de torque para tener una idea clara de lo que necesitamos para

nuestro proyecto.

b) Concepción de la Solución.

Luego de tener una idea clara de lo que trata nuestro proyecto, pasamos a dar

posibles soluciones para nuestro proyecto y nos quedamos con la más viable por

tema de costos y elaboración.

1.5.2 Desarrollo del Proyecto:

a) Elaboración del Proyecto

Nos enfocamos en lo primordial del informe, las piezas, precios, datos

importantes, etc, para proceder a hacer los cálculos necesarios. Elaboramos

planos para nuestro proyecto y según los cálculos vemos si es lo correcto o si

necesitan mejoras.

b) Elaboración del Detalle

Se hacen todos los cálculos necesarios para la fabricación de la pistola

neumática multiplicadora de torque, cálculo detallado de las partes necesarias

para la fabricación y para abastecer los estándares de una pistola neumática

multiplicadora de torque. Se calculó la potencia que iba a transmitir a través de

los engranajes y cuál era su factor de reducción.

1.5.3 Ejecución del Proyecto:

a) Fabricación del Proyecto

Se procede a armar la pistola neumática, luego de haber hecho los cálculos

respectivos.

19

Semana 11 y 12 y 13: Nos encargamos de hacer los engranajes planetarios

mediante el uso de la cortadora laser y algunos con el uso de la impresora 3D el

material usado para la cortadora laser fue el acrílico y para la impresora 3D fue

el MDF. En estas semanas también se hicieron las pruebas del material y de su

dureza.

Semana 13: Se pasó a hacer dibujos de la carcasa para los engranajes en el

programa de diseño SolidWorks para luego pasar a imprimirlos.

Semana 14: Debido a que nuestro proyecto es de accionamiento neumático se

hizo una extensión a la carcasa por donde entraría el motor neumático se hizo

mediante el SolidWorks y con la impresora 3D.

Semana 15: Se hicieron los últimos detalles de la pistola neumática, se usó más

la impresora 3D para la elaboración de todo el proyecto.

b) Pruebas y Ensayos

Se hacen pruebas para evaluar la efectividad y el buen funcionamiento de

nuestra pistola neumática multiplicadora de torque.

Semana 15: Se midió el torque para ver si era la adecuada para lo que se fabricó,

de no ser el caso se hubiera procedido a hacer algunos ajustes y arreglos a los

cálculos.

c) Presentación del Informe

Se presenta el informe de toda la elaboración del proyecto teniendo en cuenta

todos los cursos a los que están abocados.

d) Sustentación del Informe

Se realiza una presentación frente a los profesores para sustentar nuestro

proyecto sobre los cálculos y dar conocer los beneficios de nuestro producto

fabricado.

1.6

20

CAPÍTULO IICONCEPCIÓN DE LA SOLICITUD

2.1 SECUENCIA DE OPERACIONES

21

Recibir la pieza de la cual se desea extraer

los pernos

Preparar el convertidor de par con

accionamiento neumático para e trabajo

Colocar los pernos

Colocar los pernos de manera ordena en la

zona de mantenimiento.

Extraer los pernos

Entregar la pieza con los pernos ajustados

adecuadamente

SECUENCIA DE OPERACIONES

2.2 CAJA NEGRA

2.3 MATRIZ MORFOLÓGICA

22

Aire comprimido

Velocidad alta

Torque bajo Torque alto

Velocidad baja

Potencia

2.4 COMPROBAR LA POSIBILIDAD DE REALIZACIÓN

Analizamos el proyecto de forma técnica y de forma económica para poder

comprobar la posibilidad que tiene de ser realizados, por lo tanto obtuvimos los siguientes

resultados:

2.4.1 EVALUACIÓN TÉCNICA

EVALUACIÓN TÉCNICA Proyecto integrador

Proyecto: Diseño de una maquina multiplicadora de torque con accionamiento neumático, para generar torques en un rango por debajo de 120 N.m.

P: puntaje de 0 a 4 (escala de valores según VDI2225)

0= No satisface, 1= Aceptable a las justas, 2= Suficiente, 3=Bien, 4=Muy bien (ideal)

G: es el peso ponderado y se da en función a la importancia de los criterios de evaluación

Criterios de evaluación para diseño en fase en conceptos y proyectos

Variables de concepto/Proyectos

Solución 1

S1

Solución 2

S2

Solución 3

S3

Solución 4

S4

Nro.Criterios de evaluación

g p gp p gp p gp p gp

1 Acero 4 3 12 2 8 4 16 4 16

2Número de piezas

4 2 8 3 12 3 12 3 12

3Costo de

MADERA3 3 12 3 12 3 12 3 9

4N° de trabajadores

3 3 9 4 12 4 12 4 12

5Costo Tecnológico

3 4 12 3 9 3 9 3 9

6 Costo de 3 4 12 3 9 4 12 3 9

23

madera MDF

7Pintura esmalte ¼ de galón

3 4 12 4 12 4 12 3 9

8Plancha de

TRIPLAY3 3 12 4 16 4 16 3 9

9Elemento de ejes torneados

3 3 9 3 9 3 9 4 12

10 auxiliares 4 3 12 3 12 4 16 4 16

Puntaje Máximo ∑p o ∑gp

37 32 110 32 111 36 126 34 113

Valor técnico Xi 0.82 0.64 0.82 0.63 0.92 0.59 0.91 0.65

2.4.2 EVALUACION ECONOMICA

EVALUACION ECONOMICA Proyecto integrador

Proyecto: Diseño de una maquina multiplicadora de torque con accionamiento neumático, para generar torques en un rango de 50 a 80 N.m.

P: puntaje de 0 a 4 (Escala de valores según VDI 2225)0 = No satisface, 1 = Aceptable a las justas, 2 = Suficiente, 3 = Bien, 4 = Muy bien (ideal)g: es el peso ponderado y se da en función de la importancia de los criterios de evaluación

Criterios de evaluación para diseños en fase de conceptos o proyectos

Variantes de Concepto/ Proyectos

Solución 1S1

Solución 2S2

Solución 3S3

Solución 4S4

Nro.Criterios de Evaluación

g p gp p gp p Gp p Gp

1Número de piezas

4 3 12 3 12 3 12 4 16

2

Fácil adquisición de los materiales de fabricación

3 2 6 1 3 3 9 3 9

24

3 Productividad 4 3 12 3 12 4 16 4 16

4 Costos diversos 4 2 8 2 8 4 16 3 12

5 Nº de operarios 3 4 12 4 12 4 12 3 9

6Costo de tecnología

3 3 9 1 3 3 9 3 9

7 Fac. de montaje 3 4 12 3 9 2 9 3 9

8Fácil mantenimiento

4 3 12 3 12 4 16 3 12

9Costos de operario

3 4 12 2 6 3 9 3 9

10 Transporte 3 2 6 2 6 3 9 3 9

Puntaje máximo∑ po∑ gp 35 28 101 24 83 32 117 34 114

Valor Económico Yi 0.80 0.53 0.68 0.71 0.94 0.57 0.97 0.61

RESUMEN: solución cuatro

Se decidió escoger la solución uno debido a que es la que mejor cumple con los parámetros

deseados en cuanto al aspecto técnico, además de cumplir con algunas de las observaciones

ya mencionadas anteriormente.

En la gráfica ultima podremos observar la tendencia que muestra la curva asía esta

solución.

2.5

PRESUPUESTO

25

El presupuesto está basado en los costos que se realizaron en la herramienta prototipo

Criterios económicos a

considerar

Cantidad Precios (S/.)

Planchas de acrílico de 5 mm 2 180

Mano de obra - -

Transporte - 20

Tonillos de ajuste 16 40

Arandelas para el ajuste 10 10

Carcaza 1 50

TOTAL 300

2.6 INFORMACIÓN TEÓRICA

26

CAPÍTULO IIIELABORACIÓN DEL PROYECTO

A. CUADRO DE DETALLE DE CÁLCULOS PARA EL DISEÑO DE UN MULTIPLICADOR DE PAR CON SISTEMA DE ENGRANAJES PLANETARIOS.

N° ESPECIFICACIÓN Pág.3.1.1 REQUISITOS DE POTENCIA Y PAR DE TORSIÓN.

3.1.1.1 Relaciones de velocidad, par de torsión y engranajes

3.1.1.1.1 Primera ley de los engranajes planetarios3.1.1.1.2 Numero de dientes de la corona, solar y planeta3.1.1.1.3. Relación de transmisión3.1.1.1.4. Velocidad y par para la transmisión

3.1.2 ANÁLISIS DE FUERZAS EN EL PAQUETE PLANETARIO3.1.2.1 Primer paquete planetario

3.1.2.1.1 Análisis de fuerzas en el primer solar3.1.2.1.1.1 Fuerza tangencial en el primer solar3.1.2.1.1.2 Fuerza radial en el primer solar

3.1.2.1.2 Análisis de fuerzas en los planetas3.1.2.1.2.1 Fuerza tangencial en los planetas3.1.2.1.2.2 Fuerza radial en los planetas

3.1.2.1.3 Análisis de fuerzas en el porta planetario3.1.2.1.3.1 Fuerza de corte entre el porta planetario y planetas

3.1.2.2 Segundo paquete planetario


27

N° ESPECIFICACIÓN Pág.3.1.2.2.2 Análisis de fuerzas en los planetas

3.1.2.2.2.1 Fuerza tangencial en los planetas3.1.2.2.2.2 Fuerza radial en los planetas

3.1.2.2.3 Análisis de fuerzas en el porta planetario2.2.3.1 Fuerza de corte entre el porta planetario y planetas

3.1.2.3 Tercer paquete planetario



3.1.2.3.3 Análisis de fuerzas en el porta planetario2.3.3.1 Fuerza de corte entre el porta planetario y planetas

3.1.2.4 Cuarto paquete planetario3.1.2.4.1 Análisis de fuerzas en el primer solar

3.1.2.4.1.1 Fuerza tangencial en el primer solar3.1.2.4.1.2 Fuerza radial en el primer solar


3.1.2.4.3Análisis de fuerzas en el porta planetario2.4.3.1 Fuerza de corte entre el porta planetario y planetas

3.1.3ANÁLISIS DE ESFUERZOS EN LOS DIENTES DEL ENGRANAJE

3.1.3.1 Esfuerzo permisible en el primer solar

3.1.3.2 Esfuerzo permisible en el segundo solar

3.1.3.3 Esfuerzo permisible en el tercer solar

3.1.3.4 Esfuerzo permisible en el cuarto solar

3.1.3.5 Ficha técnica del Acero AISI SAE 4140

3.1.3.6 Factor de seguridad por flexión

3.1.4CALCULO DE DESGASTE Y FACTOR DE SEGURIDAD POR DESGASTE

3.1.4.1 Definición de factor de seguridad SH

3.1.4.1.1 Términos Básicos para el cálculo del factor de seguridad en el último empaque.

3.1.4.1.1.1. Determinación de los factores del desgate.a) Factor de sobrecarga para carga (Ko)

28

N° ESPECIFICACIÓN Pág.b) Factor dinámico Kvc) Factor de tamaño (Ks)d) Factor de distribución de la carga (Km)e) Relación de velocidades (mg)f) Factor geométrico de resistencia a la picadura

3.1.4.1.2 Desgaste en el engranaje solar y planeta

a) Resistencia última de rotura del solarb) Resistencia Última de rotura del planeta.

3.1.4.3 Factor de seguridad por desgaste del diente del solar.

3.1.4.4 Factor de seguridad por desgaste del diente del planeta.

3.1.5 DISEÑO DE ACOPLAMIENTO3.1.5.1 La capacidad del eje

3.1.5.2 El factor Kt Y Tt

3.1.5.3 Análisis de los pernos

3.1.5.4 Diámetro del cubo DH

3.1.6DISEÑO DE CUÑA PARA LA TRASMISIÓN DE TORQUE ENTRE SISTEMAS DE PLANETARIOS DE ENGRANAJES

3.1.6.1 Lados mínimos de cuña

3.1.7DISEÑO DE PASADORES PARA LA TRASMISIÓN DE TORQUE ENTRE SISTEMAS DE PLANETARIOS DE ENGRANAJES PORTA PLANETARIO – PLANETAS.

3.1.7.1 Flexión3.1.7.2 En corte

3.1.8 DISEÑO DEL EJE.3.1.8.1 Calculo del diseño de eje en la entrada y salida del

convertidor par

3.1.8.1.1 Entrada3.1.8.1.2 Procedimiento para el diseño del eje

3.1.8.2 El diámetro en el apoyo del engranaje según los esfuerzos de flexión y torsión

3.1.8.3 El diámetro en el apoyo del cojinete según los esfuerzos de flexión y torsión

29

B. SIMBOLOGÍA DE LAS ECUACIONES PRESENTES EN LOS CÁLCULOS

30

31

Termino Denominación Sección

Z Numero de dientes 3.1.1

R Radio del engranaje (mm) 3.1.1

M Modulo 3.1.1

Dp Diámetro primitivo 3.1.1

N revoluciones / minuto (RPM) 3.1.1

P Potencia (Kw) 3.1.1

Z Numero de dientes 3.1.2

R Radio del engranaje (mm) 3.1.2

M Modulo 3.1.2

Dp Diámetro primitivo 3.1.2

N revoluciones / minuto (RPM) 3.1.2

P Potencia (Kw) 3.1.2

Ft = Wt Fuerza tangencial (N) 3.1.2

Fr = Wr Fuerza radial (N) 3.1.2

V Fuerza de corte (N) 3.1.2

M Momento ( N.m) 3.1.2

C Módulo de sección (m3) 3.1.2

I Momento de inercia (m4) 3.1.2

Pd Paso diametral (1/mm). 3.1.2

bw Ancho del diente (mm) 3.1.2

Yj Coeficiente de forma de Lewis 3.1.2

Kv Contante para efectos dinámicos 3.1.2

Ks Factor de tamaño 3.1.4

( Ks ) s Factor de tamaño en el solar 3.1.4

( Ks )p Factor de tamaño en el planeta 3.1.4

Yp Factor de forma de Lewis 3.1.4

Cmc Factor de corrección de carga 3.1.4

Cpf Factor de proporción del piñón 3.1.4

Cma Factor de alineación del acoplamiento 3.1.4

Ce Factor de corrección de la alineación del acoplamiento 3.1.4

Km Factor de distribución de carga 3.1.4

KB Factor de espesor del aro 3.1.4

3.1.1. REQUISITOS DE POTENCIA Y PAR DE TORSIÓN

3.1.1.1 RELACIONES DE VELOCIDAD, PAR DE TORSIÓN Y ENGRANAJES

3.1.1.1.1 Primera ley de los engranajes planetarios

Consiste en saber qué relación hay entre los dientes de los engranajes que tiene un tren planetario o epicicloidal

En la figura 1 se muestra los radios para un tren planetario.

Entonces de la imagen podemos decir:

R 3=R 1+R 2

R 3=mZ 12

+ mZ 22

R 3=m(Z 1+Z 2)

2………… ..(1)

R 3=R 4−R 2

R 3=mZ 42

−mZ 22

R 3=m(Z 4−Z 2)

2…………… ..(2)

Igualando las ecuaciones (1) y (2):

m(Z 1+Z 2)

2=m

(Z 4−Z 2)2

Z 1+Z 2=Z 4−Z 2

32

Z 1 = Nº dientes del solar Z2 = Nº dientes del planeta Z4 = Nº dientes de la corona

Figura 3.1.1.1. Radios del solar, planeta, porta planetario y corona

Z 4=Z 1+2∗Z 2 ………… (3)

Para nuestro caso será:

3.1.1.1.2 Numero de dientes de la corona, solar y planeta.

La primera condición para que un engranaje planetario funcione es que todos los dientes tengan el mismo módulo, o el mismo paso circular

Para nuestro caso tenemos:

Dientes del planeta Z2= 10, M = 2 Dientes en el solar Z1 = 20, M = 2

Entonces el número de dientes de la corona deberá ser:

Z 4=Z 1+2∗Z 2

Z 4=20+2∗10

Z 4=40

Para que los engranajes planetarios puedan engranar en forma simultánea, se debe verificar la Segunda ley de los engranajes planetarios, que se define según la siguiente expresión:

Z 1+Z 4Np

=n , donde n ∃a los enteros positivos

Entonces:

Z 1+Z 4Np

=n

20+403

=20 , esun numeroentero por ende cumpleesta 2da ley

33Figura 3.1.1.2. Ensamble del

paquete planetario

3.1.1.1.3. Relación de transmisión

De la figura 1.3 nos basaremos para los cálculos de la relación de transmisión

En el engranaje solar la velocidad tangencial es:

V 1=ω1 x R 1

En la corona la velocidad tangencial es:

V 4=ω 4 x R 4

En el porta planetario la velocidad tangencial es:

V 3=ω3 x R 3

En el planeta la velocidad es de rotación y traslación

V 12=ω2 x R 2 , V 42=ω2 x R 2

34

Figura 3.1.1.3. Diagrama de las velocidades tangenciales y angulares del paquete planetario

Ahora bien, la velocidad tangencial en el punto de contacto de las circunferencias de paso debe ser la misma tanto para el par Solar/Planetas, como para el par Planetas/corona.

Análisis de movimiento relativo

Reemplazando en la ecuación:

V 3=V 1+ω planeta x R 2

V 3=V 1+V 12

ω3 x R 3=ω1 x R 1+ω2 x R 2

ω3 xm x ( Z 1+Z 2 )

2=ω1 x

m x (Z 1 )2

+ω2xm x (Z 2 )

2

ω3 x (Z 1+Z 2 )=ω1 x Z 1+ω2 x Z 2

ω3 x (Z 1+Z 2 )−ω1 x Z 1=ω2 x Z 2 ………….(4)

35

Figura 3.1.1.4. Análisis de movimiento relativoFuente: Libro de Dinámica Hibbler, pág. 334

Figura 3.1.1.5. Análisis de movimiento relativoFuente: Libro de Dinámica Hibbeler, pág. 334

V 4=V 3+ω planeta x R 2

V 4=V 3+V 42

ω 4 x R 4=ω3 x R 3+ω2 x R 2

ω 4 xm x (Z 4 )

2=ω3 x

m x ( Z 1+Z 2 )2

+ω2 xm x (Z 2 )

2

ω 4 x Z 4=ω3 x ( Z 1+Z 2 )+ω2 x Z 2

ω 4 x Z 4−ω3 x ( Z 1+Z 2 )=ω2 x Z 2……….(5)

Igualando las ecuaciones (4) y (5):

ω3 x (Z 1+Z 2 )−ω1 x Z 1=ω4 x Z 4−ω3 x ( Z 1+Z 2 )

2 xω3 x (Z 1+Z 2 )=ω1 x Z 1+ω4 x Z 4

De la ecuación (3):

ω3 x (2 x Z 1+2xZ 2 )=ω1 x Z 1+ω4 x Z 4

2 xω3 x (2xZ 1+Z 4−Z 1 )=ω1x Z 1+ω 4 x Z 4

ω3 x (Z 4+Z 1 )=ω1 x Z 1+ω4 x Z 4 ……(6)

Velocidad de salida del porta planetario.

ω3=ω1 x Z 1+ω4 x Z 4Z 4+Z 1

Para nuestro caso:

ω 4=0……. Coronadetenida

ω3=ω1 x Z 1Z 4+Z 1

ω3=ω1 x 2040+20

ω3=ω1 x13

……… (7)

Interpretación: Esto nos indica que cuando el solar da una vuelta nuestro porta planetario da 1/3 de vuelta.

36

Torque de salida para cada paquete planetario

Ahora sin considerar perdidas por fricción el solar transmitiría la misma potencia al porta planetario y tendríamos el triple de torque

P solar=Ppp

T solar x ω1=T pp x ω3

T pp=Tsolar xω1ω3

De la ecuación (7)

T ps=Tsolar x3

Interpretación: Esto nos indica que el torque que da el solar se triplica en el porta planetario.

3.1.1.1.4. Velocidad y par para la transmisión.

Según los requerimientos del cliente, el estado de la tecnología y la matriz morfológica la especificación de los engranajes se basará en la potencia máxima que produce un motor neumático de aletas LZB 22 tipo A036.

Los cálculos referidos a la trasmisión de potencia se basan en las tablas de catálogo siguientes.

Detalles del modelo de motor neumático:

37

Figura 3.1.1.6. Modelo de motor neumático

Cuadro de datos de motor neumático de aletas LZB 22

Según los resultados obtenidos anteriormente para la relación de transmisión RT = 1/3. Utilizamos esta notación para el diseño y según la velocidad máxima del código A036, ω 1 = 1650 rpm.

ω2

ω1

=13

ω2=1 ω1

3

ω' 2=1∗(1650)

3

ω' 2=550 rpm

Pero como se acoplaran 3 pares de engranajes se divide entre 3x3x3.

ω2=20 . 37 rpm

38

Figura 3.1.1.7 Datos del motor neumático usado

Utilizamos este ω2 para hallar el par de torsión de salida.

Para determinar los pares de torsión, regrese a la relación de potencia, tomamos la siguiente relación:

H=T 1 ω1=T 2 ω2

Para el motor neumático AR036, potencia = 0.25 KW o 0.3353 HP

T 1=Hω1

T 1=( 0.3353 HP1650 rpm )(550

pies−lbf /shp )( 1 rev

2 π rad )(60s

min )T 1=1 .0672 lbf ∙ pie

T 1=1 . 4469 N .m

T 2=T1

ω1

ω2

T 2=7.19 lbf ∙pie∗1650 RPM

20.37 RPM

T 2=86 .44 lbf ∙ pie

T 2=117 . 20 N .m

Comentario: Como podemos observar el modelo de engranajes que se está diseñando

generaría un máximo de 117.20 N.m a la salida pudiendo aumentar más sistemas

planetarios para aumentar aún más el par.

39

3.1.2 ANÁLISIS DE FUERZAS

Analizaremos las fuerzas que actúan en cada paquete, primero calcularemos las

fuerzas tangenciales y radiales a las que está sometido el solar y los planetas,

seguidamente calcularemos la fuerza que transmiten los planetas hacia el porta

planetario.

40

Fr 31

Ft 31

F 31

Fr 21

Fr 21

F 21

Fr 41

F 41

Ft 41

2

3

4

1

Figura 2.1 Análisis de fuerzas en el porta planetario

3.1.2.1 PRIMER PAQUETE PLANETARIO

Analizaremos las fuerzas que actúan en el solar del primer paquete planetario

Análisis en el primer solar

La potencia se da en Kw, la fuerza tangencial en KN, el diámetro primitivo en mm, la velocidad en RPM:

P= Ft x π x Dp x N60000

Entonces despejando la Fuerza tangencial:

Ft= 60000 x Pπ x Dp x N

41

Figura 3.1.2.1.1 Análisis de fuerzas en el primer solar

3.1.2.1.1 Análisis de fuerzas en el primer solar

P = 0.25 KW Dp = 40 mm N1 = 1650 RPM

3.1.2.1.1.1. Fuerza tangencial:

Ft=60000 x 0.25π x 40 x 1650

Ft=0 . 0723 KN=72. 30 N

3.1.2.1.1.2. Fuerza radial:

Fr=Ft∗tanα=72.3∗tan 20

Fr=26 . 30 N

42

Y

X

Fr 31

Ft 31

Fr 21

Ft 21

Ft 41

Fr 41

La fuerza radial y tangencial provocada por los planetas sobre el solar será lo mismo para los 3 casos

Figura 3.1.2.1.1. Análisis de fuerza tangencial y radial en el primer solar

3.1.2.1.2. Análisis de fuerzas en los planetas.

En los planetas la fuerza tangencial y radial tendrán el mismo valor pero en sentido contrario a las fuerzas del solar

Ft=72.3 N

Fr=26 . 3 N

43

Y

X

3

42

Ft 12

Fr 12

Ft 13

Fr 13

Ft 14

Fr 14


Figura 2.1.2 Análisis de fuerza tangencial y radial en los planetas

3.1.2.1.3. Análisis de fuerzas en el porta planetario

Las fuerzas F2, F3, F4, son transmitidas por los planetas a través de un eje hacia el porta planetario

T 2=T 1 xN 1N 2

=1.45 x ( 1650550 )

T 2=4.35 N . m

3.1.2.1.3.1 Fuerza de corte entre el porta planetario y planetas

T 2=F 2 xd+F 3 x d+ F 3 xd4.35=3 x F x 0.030

F=48 .33 NInterpretación: Tenemos una fuerza de corte de 48.33 N entre el porta planetario y el solar

3.1.2.2 SEGUNDO PAQUETE PLANETARIO

44

F2

F3

F4

N2

Figura 3.1.2.1.3 Análisis de fuerza en el porta

3.1.2.2.1 Análisis de fuerzas en el segundo solar

P = 0.25 KW Dp = 40 mm N2 = 550 RPM

3.1.2.2.1.1 Fuerza tangencial:

Ft=60000 x 0.25π x 40 x 550

Ft=0 .217 KN =217 N

3.1.2.2.1.2 Fuerza radial:

Fr=Ft∗tanα

Fr=217∗tan20

Fr=78 . 98 N

3.1.2.2.2. Análisis de fuerzas en los planetas

45

Y

X

Fr 31

Ft 31

Fr 21

Ft 21

Ft 41

Fr 41


Figura3.1 2.2.1. Análisis de fuerza tangencial y radial en el segundo solar


Ft=217 N

Fr=78 . 98 N

3.1.2.2.3 Análisis de fuerzas en el porta planetario

46

Y

X

3

42

Ft 12

Fr 12

Fr 13

Ft 13

Ft 14

Fr 14


Figura 3.1.2.2.2 Análisis de fuerzas en los planetas


T 3=T 2 xN 2N 3

=4.35( 550183.3 )

T 3=13.05 N .m

Torque debido a las fuerzas F2, F3, F4:

T 3=F 2 xd+F 3 x d+F 3 x d=3 x F x d13.05=3 x F x 0.030

F=145 NInterpretación: Tenemos una fuerza de corte de 145 N entre el porta planetario y los planetas

47

F2

F3

F4

N3

Figura 3.1.2.2.3 Análisis de fuerzas en el porta planetario

3.1.2.3 TERCER PAQUETE PLANETARIO

3.1.2.3.1 Análisis de fuerzas en el tercer solar

P = 0.25 KW Dp = 40 mm N3 = 183.3 RPM


Ft= 60000 x 0.25π x 40 x 183.3

Ft=0 .6512 KN=651 . 2N


Fr=Ft∗tanα=651.2∗tan 20

Fr=237 N

48

Y

X

Fr 31

Ft 31

Fr 21

Ft 21

Ft 41

Fr 41


Figura 3.1.2.3.1 Análisis de fuerzas en el tercer solar

3.1.2.3.2 Análisis de fuerzas en los planetas


Ft=651. 2 N

Fr=237 N


49

Y

X

3

42

Ft 12

Fr 12

Ft 13

Fr 13

Ft 14

Fr 14




T 4=T 3 xN 3N 4

=13.05 x ( 183.361.1 )

T 4=39 .15 N .m


T 4=F 2 xd+F 3 x d+F 3 xd39.15=3 x F x 0.030

F=435 NInterpretación: Tenemos una fuerza de corte de 435 N entre el porta planetario y el planeta

3.1.2.4 CUARTO PAQUETE PLANETARIO

3.1.2.4.1 Análisis de fuerzas en el cuarto solar

50

F2

F3

F4

N4


Para nuestro caso será:

P = 0.25 KW Dp = 40 mm N4 = 61.1 RPM


Ft=60000 x 0.25π x 40 x 61.1

Ft=1. 954 KN =1954 N


Fr=Ft∗tanα=1954∗tan 20

Fr=711 .20 N

3.1.2.4.2 Análisis de fuerzas en los planetas

51

Y

X

Fr 31

Ft 31

Fr 21

Ft 21

Ft 41

Fr 41


Figura 3.1.2.4.1 Análisis de fuerzas en el cuarto solar


Ft=1954 N

Fr=711 .2 N



52

Y

X

3

42

Ft 12

Fr 12

Ft 13

Fr 13

Ft 14

Fr 14



T 5=T 4 xN 4N 5

=39.15 x ( 61.120.37 )

T 5=117.45 N . m


T 5=F 2 xd+F 3 x d+F 3 xd117.45=3 x F x 0.030

F=1305 NInterpretación: Tenemos una fuerza de corte de 1305 N entre el porta planetario y el planeta

53

F2

F3

F4

N5


Tabla 3.1.2.1 Cuadro resumen de las fuerzas en cada paquete planetario

PaqueteTorque de

salida(N.m)Velocidad de salida(RPM)

Fuerza tangencial(solar)(N)

Fuerza radial(Solar)(N)

Planetario 1 4.35 550 72.30 26.30

Planetario 2 13.05 183.3 217.00 78.98

Planetario 3 39.15 61.1 651.20 237.00

Planetario 4 117.45 20.37 1954.00 711.20

Interpretación:

Podemos observar en nuestra tabla 2.1 que la fuerza tangencial en el cuarto solar será la más critica ya que recibirá la mayor fuerza en estos cuatro paquetes planetarios, por ello debemos priorizar el cuarto solar en el diseño

3.1.3 ANÁLISIS DE ESFUERZOS EN LOS DIENTES DEL ENGRANAJE

Se muestra la distribución de fuerzas actuantes en un engranaje. Nótese que la fuerza actuante sobre la línea de presión se discrimina en dos componentes, una radial y otra tangencial, las cuales vienen dadas por la siguiente expresión:

Ft = Wt

54

Figura 3.1.3 Análisis de fuerza en un diente del engranajeFuente:http://www.frbb.utn.edu.ar/frbb/images/carreras/

elementosdemaquinas/cap09-02.pdf

La fuerza tangencial se puede relacionar con la capacidad de transmisión de potencia y torque según la siguiente expresión:

P=T xω

P=W t x Dp

2xω

La ecuación de flexión convencional es:

Luego, observando la figura se puede extraer la siguiente conclusión geométrica:

Para una sección rectangular los parámetros geométricos y de esfuerzos para flexión son:

Luego la ecuación de resistencia es

Siendo “bw” el ancho de faja del diente, “pd” es el paso diametral,” Y” es el denominado coeficiente de forma de Lewis definido por:

La fuerza tangencial debe estar en “N”, el paso diametral en “mm”, el paso diametral en “1/mm”, el ancho del diente en “mm”

55

*Considerando efectos dinámicos

Cuando un par de engranes se impulsa a velocidad moderada o alta y se genera ruido, con toda seguridad se presentan efectos dinámicos.

La fórmula de esfuerzo permisible quedaría así:

σ per=Kv xW t x Pd

bw x Y

Donde Kv es:

56

Figura 3.1.4.2. Tabla de relación entre el número de dientes y el coeficiente de forma de Lewis

Fuente: Libro de Shigley. Diseño en ingeniería mecánica

Figura 3.1.3.3. Valores de Kv para distintos procesos de manufactura

Velocidad tangencial:

V= π x Dp x n60000

Paso diametral:

Pd= Zdp

Tabla 3.1.3.1. Datos de las ruedas dentadas

Rueda dentada Z Dp PdSolar 1 20 40 0.5

Planeta 2 10 20 0.5Planeta 3 10 20 0.5Planeta 4 10 20 0.5

3.1.3.1 ESFUERZO PERMISIBLE EN EL PRIMER SOLAR

σ per=Kv xW t x Pd

bw x Y

En nuestro caso nosotros usaremos la fórmula de kv para un perfil cortado o fresado, debido a que se usó la cortadora laser.

Kv=6.1+V6.1

V= π x Dp x n60000

=π x 40 x165060000

V=3.46 m /s

Kv=6.1+3.466.1

Kv=1.57

Reemplazando en la fórmula de esfuerzo permisible:

σ per=1.57 x72.3 x 0.55 x 0.322

σ per=35 . 25 Mpa

57

3.1.3.2 ESFUERZO PERMISIBLE EN EL SEGUNDO SOLAR

σ per=Kv xW t x Pd

bw x Y

-Kv para perfil cortado, fresado

Kv=6.1+V6.1

V= π x Dp x n60000

=π x 40 x55060000

V=1.15 m / s

Kv=6.1+1.156.1

Kv=1.18

-Reemplazando en la formula de esfuerzo permisible:

σ per=Kv xW t xPd

bw xY

σ per=1.18 x217 x 0.55 x 0.322

σ per=79 . 52 Mpa

3.1.3.3 ESFUERZO PERMISIBLE EN EL TERCER SOLAR

σ per=Kv xW t x Pd

bw x Y

Kv para perfil cortado, fresado

Kv=6.1+V6.1

V= π x Dp x n60000

=π x 40 x183.360000

V=0.384 m /s

58

Kv=6.1+0.3846.1

Kv=1.06

Reemplazando en la fórmula de esfuerzo permisible:

σ per=Kv xW t xPd

bw xY

σ per=1.06 x651.2 x0.55 x 0.322

σ per=214 . 4 Mpa

3.1.3.4 ESFUERZO PERMISIBLE EN EL CUARTO SOLAR

σ per=Kv xW t x Pd

b w x Y

Kv para perfil cortado, fresado

Kv=6.1+V6.1

V= π x Dp x n60000

=π x 40 x61.160000

V=0.128 m /s

Kv=6.1+0.1286.1

Kv=1.02

Reemplazando en la formula de esfuerzo permisible:

σ per=Kv xW t xPd

b w xY

σ per=1.02 x1954 x 0.55 x0.322

σ per=618 . 97 Mpa

59

PROPIEDADES MECÁNICAS DEL ACRÍLICO

Esfuerzo de fluencia:

σ=1950 N

36 mm2

σ=54 . 16 Mpa

Esfuerzo de tracción:

σ=2000 N

36 mm2

σ=55 .56 Mpa

Cuadro resumen de los esfuerzos permisibles de cada solar y esfuerzo de fluencia para Acrílico

Engranaje solar

Esfuerzo permisible(MPa)Esfuerzo de fluencia

(Mpa)Factor de seguridad

Solar 1 35.25 54.16 1.54

Solar 2 79.52 54.16 0.68

Solar 3 214.40 54.16 0.25

Solar 4 618.97 54.16 0.09

60

Interpretación: En este cuadro vemos que nuestro paquete planetario soportaría solamente el primer paquete y los demás no.

ANALISIS POR SOLIDWORKS

1. Análisis del cuarto solar

Figura 1. Análisis del solar mediante solidwork

Interpretación:

En la figura podemos ver que el esfuerzo promedio máximo que soporta el cuarto solar es de aproximadamente 464 MPa y comparando con el esfuerzo de fluencia del material que escogimos el cual es de 54.16 Mpa podemos decir que el cuarto solar el que soporta mayor fuerza no puede soportar dicha carga y se romperia

61

ANALISIS POR SOLIDWORKS

1. Análisis del portaplanetario

Figura 2. Análisis del portaplanetario mediante solidwork

Interpretación:

En la figura podemos ver que el esfuerzo promedio máximo que soporta el portaplanetario es de aproximadamente 379 MPa y comparando con el esfuerzo de fluencia del material que escogimos el cual es de 54.16 Mpa podemos decir que el portaplanetario el que soporta mayor fuerza no puede soportar dicha carga y se rompería

3.1.4. Desgaste y Factor de seguridad por desgaste

3.1.4.1 Definición de factor de seguridad SH

Las normas ANSI/AGMA 2001-D04 y 2101-D04 contienen un factor de seguridad SH que resguarda contra la falla por picadura o desgaste.

62

Realizaremos los cálculos para la zona más crítica del sistema de engranajes planetarios, es decir, en el solar y el engranaje planetario en el último empaque, porque es el que recibe el mayor torque:

3.1.4.1.1 Términos Básicos para el cálculo del factor de seguridad.

Tabla 4.1

Términos Básicos para el cálculo del factor de seguridad

Término Ecuación Resultado

Paso diametral (Pd) cm dP = NP/Pd 4 cm

Velocidad cm/s V= π x Dp x n60000

0.04266 cm/s

Torque (T) T 1=Hω1

117.20 N.m ó

1,1720.00 N.cm

3.1.4.1.1.1 Determinación de los factores del desgate.

a) Factor de sobrecarga para carga (Ko)

De acuerdo a la tabla 1 de las normas ANSI/AGMA 2001-D04 y 2101-D04 escogemos el factor de sobrecarga Ko = 1.75, para una fuente de potencia uniforme y un impacto pesado.

Tabla 4.2

Factor de sobrecarga Ko

Fuente: Diseño en ingeniería mecánica, Shigley 8va Ed.

63

b) Factor dinámico Kv

Trabajaremos según la norma de calidad 6 es decir Qv = 6, entonces según las ecuaciones de número de calidad AGMA.

Para aplicar al Factor dinámico Kv

B=0.25 (12−6)2 /3

B=0.8255

A=50+56 (1+0.8255 )

A=58.77

Aplicamos al Factor dinámico Kv

Kv=( 58.77+√200∗0.0426658.77 )

0.8255

Kv=2.4227

c) Factor de tamaño (Ks)

De la tabla 4.3 (14-2 de la fuente original) entrando con Z = 20

64

Aplicamos la formula AGMA sobre Factor de tamaño:

Tabla 4.3

Factor de forma de Lewis - Y


Entonces Yp= 0.322

( Ks ) s=1.192¿¿

Ks=1.0347

( Ks )p=1.192¿¿

Kp=1.0271

d) Factor de distribución de la carga Km65

Donde son necesarios 5 términos.

Cmc para dientes sin coronar. Cmc=1

Cpf para F<1pulg;( F/10d)-0.025. Cpf=0.075

Cpm para piñón montado separado con S1/S<0.175.

Cpm=1

Cma=A+BF+CF2 Para unidades comerciales de engranes cerrados.

Cma=0.13

Ce para engranajes ajustados durante el ensamble.

Ce=0.8

Tabla 4.4

Constantes empíricas A, B y C para calcular el Cma


De este modo,

Km=1+Cm (Cpf∗Cpm+Cma∗Ce )

Km=1+1 (0.075∗1+0.13∗0.8 )

Km=1.179

e) Relación de velocidades (mg)

Bajo el supuesto de engranes de espesor constante, el factor de espesor del aro KB = 1 y La relación de velocidades mg=Np/Ns.

mg=1020

66

mg=0.5

f) Factor geométrico de resistencia a la picadura

De la tabla 4.5 (tabla 14-10 de la fuente original), con una confiabilidad de 0.9, KR=0.85 De la tabla 1, los factores de temperatura y de condición superficial son KT = 1 y Cf = 1. De la ecuación siguiente, con mN = 1 para engranes rectos, usamos la ecuación del factor geométrica “I”.

Tabla 4.5

Factores de confiabilidad Kr (Yz)


I= cos20 ° sen20 °2 mN

mgmg+1

I= co s20 ° sen20 °2∗1

0.50.5+1

I=0.0264

3.1.4.1.2 Desgaste en el engranaje solar y planeta

Para la Resistencia a la fatiga superficial solar ( Sc )s consideraremos el esfuerzo último de rotura:

a) Calculamos la resistencia última de rotura del solar (material acrílico de tablas):

( Sc )s=11.60ksi

( Sc )s=80 MPa

b) Calculamos la resistencia Última de rotura del planeta (material acrílico de tablas):

67

( Sc )s=11.60ksi

( Sc )s=80 MPa

Por el factor de relación de dureza CH, la relación de dureza es HBS/HBP = es 1 ya que se trata del mismo material (acrílico):

A'=8.98 ( 10−3 ) ( HB S/ HBP )−8.29 (10−3 )A'=8.98 ( 10−3 ) (1.0 )−8.29 (10−3 )

A'=6.9 x 10−4

Y de la ecuación de relación de dureza CH,

C=1+0.00249 (0.19685−1 )C=0.998

3.1.4.3 Factor de seguridad por desgaste del diente del solar.

Sustituyendo los términos apropiados del piñón en la ecuación siguiente se obtiene el esfuerzo por desgaste y picadura; y para el W t calculado en la parte 3.1.3 de obtiene una fuerza tangencial de 1954 N y multiplicando por el factor de conversión es 0.22481, esto significa que el esfuerzo en libras es 439.27 lb, el cual sustituimos en la formula siguiente:

(σ c )S=(W t Ko K v K s

Km

d p F1I )

S

(σ c )S=(439.27 (1.75 )2.4227 (1.0271 ) 1.1791.57 (0.1969 )

10.0264 )

S

(σ c )S=276.34 Ksi

(σ c )S=1905 Mpa

Sustituyendo los términos adecuados del planeta en la ecuación siguiente se tiene que:

( SF )S=( Sc ZN /K t K r

σc)

S

( SF )S=(11.60 Ksi (1.044 )/1 (0.85 )273.34 Ksi )

S

( SF )S=0.05

68

Se observa que existe un factor de seguridad de 0.05 para desgaste del diente en el engranaje solar y este es excesivamente bajo debido al material que se está utilizando, este prototipo se tiene que utilizar limitando su trabajo que se calculará más adelante.

3.1.4.4 Factor de seguridad por desgaste del diente del planeta.

Sustituyendo los términos apropiados del piñón en la ecuación siguiente se obtiene:

(σ c )P=( ( K S )P( KS )S

)12

P

(σc )S

(σ c )P=( (1.0271 )P(1.0347 )S )

12

P

(276.34 Ksi )

(σ c )P=275.32 Ksi

(σ c )P=1898 MPa

Sustituyendo los términos adecuados del planeta en la ecuación siguiente se tiene que:

( SF )P=( Sc ZN /K t K r

σc)

S

( SF )P=( 11.60ksi (1.014 ) /1 (0.85 )275.32 Ksi )

S

( SF )PS=0.05

Se observa que existe un factor de seguridad 0.05 para desgaste del diente del planeta excesivamente bajo debido al material que se está utilizando, este prototipo se tiene que utilizar limitando su trabajo que se calculará más adelante.

Imagen

69

3.1 Factores geométricos JFuente: Diseño en ingeniería mecánica, Shigley 8va Ed.

3.1.5. DISEÑO DE ACOPLAMIENTO

El acoplamiento que se ha diseñado con las siguientes especificaciones.

Tabla 5.1

El acoplamiento que se ha diseñado con las siguientes especificaciones.

Especificación MedidaDiámetro interior 0.5 (±0.002) pulgadasCirculo de apoyo 1.57 pulgadasSe colocarán 4 pernos colocados en orificios escariados.

4 Pernos

Material del ejeResistencia ultima de tracción:Límite de fluencia ala tracción:

Material de los pernosResistencia ultima de tracción:Límite de fluencia ala tracción:

MDF S-T:17.50 MPa ó 2538.16 psi15.28 MPa ó 2216.18 psi

Acero SAE 1030:80,000.00 psi50,000.00 psi

Entonces con nuestro acoplamiento predefinido por condiciones de diseño de la caja y la salida del propio acoplamiento.

Procederemos a calcular el diámetro de los pernos para que tengan la misma capacidad del eje de torsión.

3.1.5.1 Capacidad del eje (M t K t)

La capacidad del eje, determinada del código ASME, se encuentra de:

D3= 16πss

M t K t

Entonces la ecuación quedaría de la siguiente manera:

0.53= 16π (14,400.00 ) (0.75 )

M t K t

M t K t=265.07 lb−pul

70

Donde el Ss es el menor de (0.18 ) ( Su )=0.18 (80,000.00 )=14,400.00 psiy (0.3 ) ( Syp )=0.3 (50,000.00 )=15,000.00 psi y la tolerancia por el efecto del cuñero es: 0.75

3.1.5.2 Análisis de los Pernos

El acoplamiento se va a diseñar para choque y fatiga, entonces K t es 1 o ( M t K t ) puede dejarse como un producto y mantenerse durante el análisis. Se obtiene el mismo resultado final.

Para hacer el análisis de los pernos lo haremos de la siguiente manera.

Suponer que los pernos están apretados a mano, y que la carga se trasfiere desde una de las mitades del acoplamiento a la otra por medio de un esfuerzo cortante uniforme en el vástago del perno.

Entonces aplicando las ecuaciones para los pernos, tenemos: Donde Ss : esfuerzo cortante permisible, psi; d: Diámetro del perno, pul, (diámetro del vástago); DBC : Diámetro del círculo de pernos, pul, n: número total de pernos para orificios taladrados y escariados.

M t K t=Ss( 14

π d2)( 12

DBC) (n )

265.07 lb−pul=14,400.00( 14

π d2)(12

1.57)( 4 )

d=0.0864 pulg

d=2.50mm

3.1.5.3 Diámetro del cubo DH

DH=2 Ds

Dónde: Ds es el diámetro interior del acople, entonces para nuestro acople sería:

DH=2 (0.5 )=1 pulg

DH=2.54 cm

71

3.1.5.4 Corte del plato (t)

La capacidad del plato se basa en el corte del área menor, que ocurre en la unión del cubo y del plato.

M t=ss ( π DH t )DH

2ó

Pero Mt M t=ss π ( D )3/16

M t=(456.84 psi ) π (1.57 )3/16M t=347.13lb−pul

Entonces el espesor mínimo seria:

347.13 lb−pul=456.84 ( π (1 ) ( t ) ) 12

t=0.5 pulg

t=1.016 cm

3.1.6. DISEÑO DE CUÑA PARA LA TRASMISIÓN DE TORQUE ENTRE SISTEMAS DE PLANETARIOS DE ENGRANAJES

Tabla 6.1Usaremos una cuña cuadrada con las siguientes especificaciones:

Especificación MedidaDiámetro del eje 0.4 (±0.005) pulgadasLongitud del cubo del engrane 0.5 pulgadasSe deben hacer del mismo material tanto el eje como la cuña: MDF

Esfuerzo cortante permisible es 0.18Su Su=17.50 MPó 2538.16 psiSs=0.18 (2538 )=456.84 psi

Momento de torsión transmitida 1000 lb-pul

72

Imagen 6.1 diseño inicial del eje entre engranajes solares en mm con una chaveta de 4x4.

6.1 Lados mínimos de cuña.

Para calcular los lados mínimos de la cuña debemos de igualar la expresión de momento que puede soportar la cuña desde el punto de vista de corte a 1000 lb- pulgada y resolver para la variable b, como sigue;

rlb Ss=1000lb−pulg

0.42

0.5 (b ) 456.84 psi=1000 lb−pulg

b=22 pulgb=55 cm

Interpretación: Entonces este material de MDF no es recomendable para realizar los cuñeros por lo que está sometido a una regulación de trabajo mucho menor que el diseño en general requiere.

3.1.7. DISEÑO DE PASADORES PARA LA TRASMISIÓN DE TORQUE ENTRE SISTEMAS DE PLANETARIOS DE ENGRANAJES PORTA PLANETARIO – PLANETAS.

Tabla 7.1Usaremos unos ejes cilíndricos con las siguientes especificaciones:

Especificación MedidaCarga Axial de corte en los pasadores de los planetas

1305 N o 293.38 lbf

El espesor del ojo comprende el espesor del engranes es decir :

0.5 pulga

Esfuerzo permisible de tracción y compresión es: MDF

17.50 MPa ó 2538.16 psi

Esfuerzo permisible en corte: MDF 456.84 psi

73

Imagen 7.1 Diseño del pasador

Procedemos a verificar el pasador para Flexión corte y contacto.

3.1.7.1 Flexión

Sb=McI

Sb=FL /8 (d /2 )

π d4/64

2538.16=293.38 (0.5 ) /8 (d /2 )

π d4 /64d=0.42 pulgd=1.06cm

Interpretación: Necesitamos pasadores en las uniones de los planetas y porta planetas con un diámetro de 1.06 cm para que soporte la carga total a su máximo trabajo.

3.1.7.2 En corte

Ss=FA

Ss=F

2 π d2/4

456.84= 293.38

2π d2/ 4

d=0.63 pulgd=1.62cm

Entonces debemos de escoger un pasador con 1.62 cm por el esfuerzo cortante mayor de diámetro por ser el mayor.

74

Imagen 7.2 Análisis de la fuerza de corte de 1035 N en SolidWorks.

3.1.8. DISEÑO DEL EJE.

3.1.8.1 Calculo del diseño de eje en la entrada y salida del convertidor par.

3.1.8.1.1 Entrada:

Figura 8.1 Esquema del diseño preliminar del eje impulsor.

75

= 5cm

El diseño del eje se hará considerando que el material del eje a maquinar será acero AISI 1040 estirado en frio.

El eje recibirá 0.3353 HP de un motor neumático.

0.3353 HP=0.25∗103 watts( N∗ms )

P=T ( N .m )∗n (rpm )=( N∗ms )

HP= T∗n63000

El eje gira a 1650 rpm. El engrane y el cojinete se posicionan axialmente mediante anillos de retención. El eje trabajara a un temperatura ambiente. El eje se diseñara para una confiabilidad funcional del 99 %.

3.1.8.1.2 Procedimiento para el diseño del eje:

De acuerdo al material se determinan la propiedades de la resistencia a la tensión (Su

) y la resistencia a la fluencia (Sy).

Su=2,538.16 Psi Sy=2,216.18 Psi

Calculo de la resistencia a la fatiga. La resistencia a la fatiga (Sn) estará modificada o afectada por los factores que intervienen en las condiciones de trabajo, por lo tanto:

Sn=Cb C sC r Co S ' n

Donde S’n=0.5Su

Entonces:

S' n=0.5 (2,538.16 )S' n=1268.08 psi

Cb es el Factor de Corrección por Temperatura.

76

C s es el Factor de Corrección por Superficie y depende de cómo será fabricado el eje.

Para usar el gráfico, se entra con la máxima resistencia a la tracción (Su) se corta la curva de superficie correspondiente y se lee el valor de Cs a la izquierda (Porcentaje del límite de fatiga)

Figura 8.2 Gráfica del factor límite de la fatiga del material.

C s=0.88

C r es factor de confiabilidad funcional

C r=1−A (B)A=0.076 paraaceros

B=rata de supervivenciaTabla 8.1Valores de A y B para el factor de confiabilidad funcional

77

C r=1−A (B )C r=1−0.076 (2.3 )

C r=0.83

Factor de concentración de esfuerzos (kf)

TABLA 8.2 Factor de concentración de esfuerzos kf

Valores de Kf para chaveteros o cuñeros: (Ver Figura 8)

Escogemos Kf = a 1.3, por el diseño de nuestro eje.

Co es factor de corrección por esfuerzos residuales, si hay esfuerzos residuales.

Entonces la resistencia a la fatiga de dicho eje será:

Sn=Cb C sC r Co S¨ n

Sn=1∗0.88∗0.83∗1.3∗40000

Sn=1204.07 Psi

Calculo de torque y las fuerzas que transmiten los elementos.Tanto el engranaje como el cojinete reciben toda la potencia.

78

P=T∗n=F∗r∗n

En el engranaje

P=T engranaje∗n=Fengranaje∗rengranaje∗n

0.25∗103=T engranaje∗1650∗( π30 )=Fengranaje∗0.02∗1650

T engranaje=1.45 N∗m

F y engranaje=72.33 N ↑

F x engranaje=72.33∗tan (20° )

F x engranaje=26.33 N ←

P=T engranaje∗n

63000=

Fengranaje∗rengranaje∗n

63000

0.3353=T engranaje∗1650

63000=

F engranaje∗0.786∗1650

63000

T engranaje=12.8 Lb∗pulg

F y engranaje=16.27 Lb ↑

F x engranaje=16.27∗tan (20 ° )F x engranaje=5.92 Lb ←

Calculo de las reacciones en los rodamientos.Diagrama de cuerpo libre (DCL)

Figura 8.3 Diagrama de cuerpo libre del eje.

79

R xrodamiento=Fxengranaje=26.33 N

R xrodamiento=26.33 N →

R yrodamiento=Fyengranaje=72.33 N

R yrodamiento=72.33 N ↓

Gráfico de fuerza cortante y momento flector

Figura 8.4 Gráfico de fuerza cortante y momento flector.

Calculo del momento resultante en cada punto del eje.

M t=√(M 1)2+(M 2)

2

Momento total en el punto A

M A=√(M 1)2+(M 2)

2

80

M A=√(0)2+(1.32)2

M A=1.32 N . m

Momento total en el punto B

M B=√(M 1)2+(M 2)

2

M B=√(1.32)2+(0)2

M B=1.32N .m.

3.1.8.2 Cálculo de los diámetros en los diferentes puntos del eje.

El diámetro en el apoyo del engranaje según los esfuerzos de flexión y torsión:

Tabla de conversión para Kg.f y cm.

Tabla 8.3Conversión para Kg.f y cm

Elemento resultado Factor Conversión

Sn 1204.07 psi 0.07030571 84.65 Kg.f/cm2

Mmax 1.32 N.m 10.1971621 13.46 Kg.f - cm

T 1.45 N .m . 10.1971621 14.78 Kg.f - cm

Sy 2,216.18 psi 0.07030571 155.80 Kg.f/cm2

d=3√10 . 19∗

2√(K f∗M max

Sn)

2

+0 . 694 ( TS y

)

d1=3√10 . 19∗ 2√( 1 . 3∗13.46

84.65 )2

+0.694( 14.78155.80 )

2

d1=1.31 cm

Interpretación:

81

Podemos escoger un diámetro mayor a 1.3 cm por lo cual podremos escoger diámetro de 2 o 3 cm.

3.1.8.3 El diámetro en el apoyo del cojinete según los esfuerzos de flexión y torsión.

Tabla 8.4Conversión para Kg.f y cm

Elemento resultado Factor Conversión

Sn 1204.07 psi 0.07030571 84.65 Kg.f/cm2

Mmax - - -

T 1 .45 N .m . 10.1971621 14.78

Sy 2,216.18 psi 0.07030571 155.80 Kg.f/cm2

d=3√10 . 19∗

2√(K f∗M max

Sn)

2

+0 . 694 ( TS y

)

d2=3√10.19∗2√( 1.3∗0

84.65 )2

+0.694 ( 14.78155.80 )

2

d1=1 cm

Interpretación:

Podemos escoger un diámetro mayor a 1 cm por lo cual podremos escoger diámetro de 2 cm para un cojinete de rodamientos del mismo diámetro.

82

Figura 8.5. Análisis por el método de elementos finitos en Solid WorksQue muestra el resultado de momento flector máximo en el eje.

3.2 PRUEBAS DDE TRACCIÓN DE LOS MATERIALES

3.2.1 INTRODUCCIÓN:

El ensayo de tracción permite obtener información sobre la capacidad de un material

para soportar la acción de cargas estáticas o cargas que varean lentamente a

temperaturas homogéneas inferiores a 0.5 (parámetros adimensional que se define como

coeficiente entre las temperaturas del ensayo y de fusión). Como los componentes

metálicos se proyectan en la mayoría de las ocasiones para trabajas en estas condiciones,

probablemente este es el más popular entre los ensayos que permiten caracterizar el

comportamiento mecánico de un material metálico.

El ensayo se realiza alargando una probeta de geometría normalizada (ASTM E8M-09),

con una longitud inicial Lo, que se ha amarrado entre las mordazas de la maquina

(ZWIC/ROELL Z 050). La máquina dispone de un sistema de medida, células de carga

y extensómetros, que permiten registrar la fuerza aplicada y la deformación producida

mientras las mordazas se están

83

3.2.2 OBJETIVO:

Realizar e interpretar valores obtenidos en los ensayos de tracción

3.2.3 HERRAMIENTAS:

Máquina de ensayo de Materiales ZWIC/ROELL Z 050 (rango de aplicación de 0

a 50 kN)

3.2.4 MATERIALES:

Probetas de ABS

Probetas de Acrílico

3.2.5 FUNDAMENTO TEORICO:

Para conocer las cargas que pueden soportar los materiales, se efectúan ensayos para

medir su comportamiento en distintas situaciones. El ensayo destructivo más importante

es el ensayo de tracción, en donde se coloca una probeta en una máquina de ensayo

consistente de dos mordazas, una fija y otra móvil. Se procede a medir la carga mientras

se aplica el desplazamiento de la mordaza móvil. Un esquema de la máquina de ensayo

de tracción se muestra en la figura 1.

Máquina de ensayo de tracción Zwick/Roell Z 050

Cuando la probeta se

encuentra bajo un

esfuerzo estático de

tracción simple a medida

que aumenta la carga, se

estudia esta en relación

con las deformaciones

que produce. Estos

gráficos, permiten

deducir sus puntos y

84

zonas características revisten gran importancia, dicho gráfico se obtiene

directamente de la máquina.

Las curvas tienen una primera parte lineal llamada zona elástica, en donde la probeta

se comporta como un resorte: si se quita la carga en esa zona, la probeta regresa a su

longitud inicial.

Se tiene entonces que en la zona elástica se cumple:

F=K (L−L0)

F: fuerza

85

K: cte del resorte

L: longitud bajo carga

L0: longitud inicial

Cuando la curva se desvía de la recta inicial, el material alcanza el punto de fluencia,

desde aquí el material comienza a adquirir una deformación permanente. A partir de

este punto, si se quita la carga la probeta quedaría más larga que al principio. Deja

de ser válida nuestra fórmula F = K (L - L0) y se define que ha comenzado la zona

plástica del ensayo de tracción. El valor límite entre la zona elástica y la zona

plástica es el punto de fluencia (yield point) y la fuerza que lo produjo la designamos

como:

F = Fyp (yield point)

Luego de la fluencia sigue una parte inestable, que depende de cada acero, para

llegar a un máximo en F = Fmáx. Entre F = Fyp y F = Fmáx la probeta se alarga en

forma permanente y repartida, a lo largo de toda su longitud. En F = Fmáx la probeta

muestra su punto débil, concentrando la deformación en una zona en la cual se

forma un cuello.

La deformación se concentra en la zona del cuello, provocando que la carga deje de

subir. Al adelgazarse la probeta la carga queda aplicada en menor área, provocando

la ruptura.

Para expresar la resistencia en términos independientes del tamaño de la probeta, se

dividen las cargas por la sección transversal inicial Ao , obteniéndose:

Resistencia a la fluencia:

σ yp=F yp

A0

Resistencia a la tracción:

σ ult=Fmax

A0

Unidades: Kg/mm2 o Mpa o Ksi

Considerando una probeta cilíndrica*

A0=π D0

2

4

86

La siguiente figura ilustra una probeta y sus medidas al inicio del ensayo indicando

las medidas iniciales necesarias.

*t=6mm para el ABS

*t=5mm para el Acrílico (debido a que la plancha viene de ese ancho)

Estos parámetros se expresan como porcentaje de reducción de área %RA y

porcentaje de alargamiento entre marcas % ∆L:

% R A=A0−A t

A0

∗100 % Δ L=Lf −L0

L0

∗100

Ambos parámetros son las medidas normalizadas que definen la ductilidad del

material, que es la capacidad para fluir, es decir, la capacidad para alcanzar grandes

deformaciones sin romperse. La fragilidad se define como la negación de la

ductilidad. Un material poco dúctil es frágil. La Figura permite visualizar estos dos

conceptos gráficamente.

87

El área bajo la curva fuerza - desplazamiento (F versus D L) representa la energía

disipada durante el ensayo, es decir la cantidad de energía que la probeta alcanzó a

resistir. A mayor energía, el material es más tenaz.

A partir de los valores obtenidos en el gráfico Fuerza-Desplazamiento, se puede

obtener la curva Esfuerzo-Deformación σ - ε. El esfuerzo ε, que tiene unidades de

fuerza partido por área, ha sido definido anteriormente, la deformación

unidimensional:

En la

zona

elástica se

cumple:

σ=E∗ε

E

(Modulo de elasticidad)= 2.1 x 106 (kg/cm2)

3.2.6 PROCEDIMIENTO:

Las probetas normalizadas pueden ser planas o cilíndricas para obtener resultados

comparables entre diferentes materiales, la forma y tamaño de las probetas esta

unificado (ASTM E8M-09).

*t=5mm para el Acrílico (debido a que la plancha viene de ese ancho)

*t=6mm para el ABS

88

Al finalizar el ensayo se presentan las siguientes roturas características

Acrílico, rotura frágil..

ABS, rotura frágil.

3.2.7 CÁLCULOS

a. Cálculo de la deformación máxima del acrílico Ɛ%:

Datos:

Lo=40.6 mm

Lf =40 mm

Lf −LO=0.6 mm

Dónde:

Lo: Longitud inicial en mm.

Lf: Longitud final en mm.

Ɛ%max: Deformación máxima permanente al esfuerzo de ruptura

Ɛ %max=L f−Lo

Lo

=40.6 mm−40 mm40 mm

=0.640

x 100 %=1.5 %

b. Cálculo de la deformación máxima del ABS Ɛ%:

Datos:

Lo=41.7 mm

Lf =40 mm

Lf −LO=1.7 mm

Dónde:

Lo: Longitud inicial en mm.

Lf: Longitud final en mm.

Ɛ%max: Deformación máxima permanente al esfuerzo de ruptura

Ɛ %max=L f−Lo

Lo

=41.7 mm−40 mm40 mm

=1.740

x100 %=4.25 %

Deformación máxima Ɛ%

Long. Inicial

(mm)

Long. Final

(mm)

Lf-Lo

(mm)

Ɛ

%max

Acrílico 40 40.6 0.6 1.50%

89

ABS 40 41.7 1.7 4.25%

3.2.8 ESFUERZO DE ROTURA MÁXIMA DEL ACRÍLICO ΣMAX:

Datos:

Fmax=1886.97 N

Ao=30 mm2

Dónde:

Fmax: Carga máxima de tracción en N.

Ao: Área inicial en mm2.

σmax: Esfuerzo de rotura máximo N/mm2

σ max=Fmax

Ao

=1886.67 N

30 mm2=62.89

N

mm2

3.2.9 ESFUERZO DE ROTURA MÁXIMA DEL ABS ΣMAX:

Datos:

Fmax=656.33 N

Ao=36 mm2

Dónde:

Fmax: Carga máxima de tracción en N.


σmax: Esfuerzo de rotura máximo N/mm2

σ max=Fmax

Ao

=656.33 N

36 mm2=18.23

N

mm2

Esfuerzo de rotura máximo σmax

Carga

máxima (N)

Area Inicial

(mm2)

σmax

(N

mm2 )

Acrílico 1886.97 30 62.89

90

ABS 656.33 36 18.23

3.2.10 MÓDULO DE ELASTICIDAD O MODULO DE YOUNG E EN ACRÍLICO:

Datos:

F=1830 N

Ao=30 mm2

Ɛ% =1.5%

Dónde:

F: Carga de tracción en la zona elástica en N.

Ɛ%: Deformación porcentual donde actúa F en %.


σ: Esfuerzo del punto de la zona elástica en N/mm2.

Ε: Módulo de elasticidad o de Young en N/mm2.

ε= ε %100

= 1.5100

=0.015

σ= FAo

Ε=σε

Entonces:

Ε= FAO ε

= 1830 N

30 mm2∗0.015=4066.67

N

mm2

3.2.11 MÓDULO DE ELASTICIDAD O MODULO DE YOUNG E EN ABS:

Datos:

F=564 N

Ao=36 mm2

Ɛ% =4 .25%

Dónde:

F: Carga de tracción en la zona elástica en N.

Ɛ%: Deformación porcentual donde actúa F en %.


σ: Esfuerzo del punto de la zona elástica en N/mm2.

Ε: Módulo de elasticidad o de Young en N/mm2.

91

ε= ε %100

=4.25100

=0.0425

σ= FAo

Ε=σε

Entonces:

Ε= FAO ε

= 564 N

36 mm2∗0.0425=368.63

N

mm2

Resultado final de los cálculos se muestra en la siguiente tabla resumen, el

compendio que final que nos servirá para la siguiente etapa de análisis de resultados.

Símbolo Unidades Acrílico ABS

Esfuerzo máximo σmaxσ ( N

mm2)

62.89 18.23

Esfuerzo elástico σσ ( N

mm2)

4066.67 368.63

Deformación máxima % εmax % 1.5 4.25

Deformación

permanente Lf-Lo (mm) 0.6 1.7

Módulo de Young Eσ ( N

mm2)

4066.67 368.63

3.2.12 INTERPRETACIÓN DE LA DEFORMACIÓN MÁXIMA Ɛ%:

92

Acrílico ABS0.00%0.50%1.00%1.50%2.00%2.50%3.00%3.50%4.00%4.50%

Ɛ%max

Ɛ%max

Grafica del porcentaje de deformación máxima para cada probeta (grafica de Ɛ

%max).

El ABS es un material más elástico que el acrílico, pero el acrílico es mucho más

duro y a la vez más frágil.

3.2.13 Interpretación de rotura máxima σmax:

Ahora vamos a analizar es la Esfuerzo de rotura máximo de las probetas (gráfica

σmax):

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Acrílico

ABS

AcrílicoABS

Prueba acrílico:

93

Prueba ABS:

El esfuerzo de rotura máximo indica que probeta ha soportado mejor las cargas de

tracción.

El Acrilico (σmax 62.98 N

mm2 ) es mejor material que el ABS porque soporta

mejor las cargas por unidad de sección, es decir se requiere mayor fuerza

para romperlo, tiene una mejor resistencia mecánica.

94

El ABS brinda (σmax 18.23 N

mm2 )

La resistencia mecánica es la oposición al cambio de forma o separación,

sometido a fuerzas de tracción, compresión, flexión, corte y torsión.

3.2.14 INTERPRETACIÓN DE ELASTICIDAD O MÓDULO DE YOUNG Ε:

10

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

AcrílicoABS

El módulo de Young explica la capacidad del material de regresar a su estado inicial

sin deformarse, es decir que tan elástico es un material.

El Acrílico (Ε 4066.N

mm2 ) es un material más elástico, es decir que puede

soportar tensión de deformación por mayor unidad de longitud que los

demás.

El ABS es el menos elástico por mucho con respecto al Acrílico.

95

CAPÍTULO IVELABORACIÓN DE DETALLES PROYECTO

4.1 PLAN DE FABRICACIÓN Y MONTAJE

4.1.1 PLAN DE FABRICACIÓN:

FECHA ACTIVIDAD Y ELABORACIÓN OBSERVACIONES

19/8/15 Recolección de ideas, recopilación de

información para el diseño de la pistola

En esta parte el grupo se encargó

de la recolección de información

para escoger el modelo de la

pistola

17/9/15 Elaboración de boceto y primeros planos

de prueba, la realización de los planos a

mano y libretas de block

Se elaboraron los primeros

planos a mano, se pudo observar

que muchos modelos no

cumplían con las exigencias del

grupo

23/9/15 Toma de medidas para el diseño y

elaboración del primer modelo de prueba

y selección del modelo fijo

Se escoge el primer modelo base

( el diseño seleccionado tiene que

adecuarse a la forma de una

96

pistola neumática)se toman

medidas y dimensiones

1/10/15 Primera Fabricación y elaboración de

primer modelo de prueba, recopilación

de información para realizar las

modificaciones deseadas.

se empieza la fabricación usando

la cortadora laser y la impresora

3D para elaborar las diferentes

piezas

10/10/15 Reestructuración del modelo inicial y

modificación de medidas.

Se reestructura los diseños

debido a complicaciones con las

medidas de tolerancias que se

encuentran en la cortadora y la

impresora

24/10/15 Segunda fabricación del modelo de

prueba y recopilación de medidas para

reestructuración del modelo

seleccionado

En la segunda fabricación se

pudo observar que el material

utilizado para la fabricación

MDF no cumple con los

requerimientos

29/10/15 Reestructuración del diseño base y

última modificación para elaboración y

fabricación de la pistola

Ultima toma de datos para el

diseño de la pistola se recalculo

las medidas y se modificó el

diseño de la pistola por un mareal

más resistente ACRILICO Y

ABS

1/11/15 Tercera fabricación del diseño modelo

pistola y engranajes

Fabricación oficial de la pistola

todas las piezas fueron cortadas e

impresas

13/11/15 Ajuste y correcciones de los últimos

detalles para el ensamble de la pistola-

engranajes

Ensamblaje de la pistola y de los

engranajes, también se acoplo

motor neumático y el acople

para dados

20/11/15 Fabricación de piezas de respaldo o de

repuesto para la pistola-engranajes

Fabricación de piezas de

prepuesto

23/11/15 Prueba, ensamblaje final y presentación

de la pistola neumática

Se presentó la pistola y sustento

él porque del modelo

seleccionado.

97

4.1.2 DISEÑO DE PAQUETES DE ENGRANAJES PLANETARIOS:A) Reconocimiento de piezas:

PIEZA IMAGEN UBICACIÓN DE ARCHIVO (anexo)

CORONA

CAPETA: Pistola neumática

SUBCARPETAS: Planos Diseño y dibujo

La ubicación de los planos y el dibujo se encontrara en las carpetas ya indicada con el respectivo nombre de la pieza CORONA

PORTA-PLANETARIO



La ubicación de los planos y el dibujo se encontrara en las carpetas ya indicada con el respectivo nombre de la pieza PORTA-PLANETARIO

SOLAR



La ubicación de los planos y el dibujo se encontrara en las carpetas ya indicada con el respectivo nombre de la pieza PORTAPALNETARIO

APOYO ENTRE CORONAS



La ubicación de los planos y el dibujo se encontrara en las carpetas ya indicada con el respectivo nombre de la pieza APOYO

98

ENTRE CORONAS

PLANETAS



La ubicación de los planos y el dibujo se encontrara en las carpetas ya indicada con el respectivo nombre de la pieza PLANETAS

APOYO PARA PLANETAS



La ubicación de los planos y el dibujo se encontrara en las carpetas ya indicada con el respectivo nombre de la pieza APOYO PARA PLANETAS

EJE ENTRE PLANETAS Y PORTAPLANETAS



La ubicación de los planos y el dibujo se encontrara en las carpetas ya indicada con el respectivo nombre de la pieza EJE ENTRE PLANETAS Y PORTAPLANETAS

EJE ACOPLADO



La ubicación de los planos y el dibujo se encontrara en las carpetas ya indicada con el respectivo nombre de la pieza EJE ACOPLADO

B) Ensamblaje:

99

Ensamblaje pistola INTERIOR


SUBCARPETAS: EnsamblajeLa ubicación del se encontrara en las carpetas ya indicada con el respectivo nombre de la pieza ENSAMBLAJE PISTOLA INTERIOR

4.1.3 DISEÑO DE PISTOLA 100

C) Reconocimiento de piezas:

PIEZA IMAGEN UBICACIÓN DE ARCHIVO

ANILLO PARA PATITA



La ubicación de los planos y el dibujo se encontrara en las carpetas ya indicada con el respectivo nombre de la pieza ANILLO PARA PATITA

CASCARON1



La ubicación de los planos y el dibujo se encontrara en las carpetas ya indicada con el respectivo nombre de la pieza CASCARON 1

TAPA TRASERA 1



La ubicación de los planos y el dibujo se encontrara en las carpetas ya indicada con el respectivo nombre de la pieza TAPA TRASERA 1

TAPA DELANTERA



La ubicación de los planos y el dibujo se encontrara en las carpetas ya indicada con el respectivo nombre de la TAPA DELANTERA

101

TAPA CUADRADA



La ubicación de los planos y el dibujo se encontrara en las carpetas ya indicada con el respectivo nombre de la pieza TAPA CUADRADA

PATITA 1



La ubicación de los planos y el dibujo se encontrara en las carpetas ya indicada con el respectivo nombre de la pieza PATITA 1

PATITA 2



La ubicación de los planos y el dibujo se encontrara en las carpetas ya indicada con el respectivo nombre de la pieza PATITA 2

MOTOR



La ubicación de los planos y el dibujo se encontrara en las carpetas ya indicada con el respectivo nombre de la pieza EJE MOTOR

102

MANGO



La ubicación de los planos y el dibujo se encontrara en las carpetas ya indicada con el respectivo nombre de la pieza MANGO

CASCARA 4




CASCASRA 3




TAPA INTERMEDIA



La ubicación de los planos y el dibujo se encontrara en las carpetas ya indicada con el respectivo nombre de la pieza TAPA INTERMEDIA

103

CASCARON 5




DADO



La ubicación de los planos y el dibujo se encontrara en las carpetas ya indicada con el respectivo nombre de la pieza DADO

D) DIMENCIONES PISTOLA:

LAS SIMENCIONES QUE SE MUESTRAN ACONTINUACION SON LAS DIEMCIONES DE LA PISTOLA CUANDO ESTA SE ENCUENTRA ARMADA Y ENSAMBLADA EN SU TOTALIDA:

UBICACIÓN DEL ARCHIBO:

CAPETA:

Pistola neumática SUBCARPETAS:

Planos Diseño y dibujo

La ubicación de los planos y el dibujo se encontrara en las carpetas ya indicada con el respectivo nombre de la pieza PISTOLA OFICIAL

104

4.1.4 ENSAMBLAJE GENERAL

105

Ensamblaje PISTOLA OFICIAL


SUBCARPETAS: EnsamblajeLa ubicación del se encontrara en las carpetas ya indicada con el respectivo nombre del ensamblaje PISTOLA OFICIAL

4.2 PLANOS DE DESPIECE Y EMSAMBLE

106

4.3 ESQUEMA NEUMÁTICO

4.3.1 LISTA DE COMPONENTESEn vista que es un prototipo a escala real de este proyecto los componentes son los mismos excepto las válvulas neumáticas que controlan el giro del motor neumático, por tal motivo el esquema neumático será realizado en laboratorio con las válvulas existentes en dicho ambiente.

componente Imagen referencial

Motor neumático

Tren de engranajes planetarios

Valvula direccional 5/2

Manifold

107

Unidad de mantenimiento

Mangueras neumaticas

Llave de dado

4.3.2 SISTEMA NEUMÁTICO:

Imagen 3.1 circuito neumático del accionamiento del motor

108

1.0

1.1

5

denominación simbología

Toma de aire

Unidad de mantenimiento(filtro, válvula de alivio, manómetro)

manómetro

Válvula direccional 5/2

4 2

5

1

3

Motor neumático

4.3.3 DIAGRAMA DESPLAZAMIENTO-FASE

Accionamineto 1.1 (a)

Parada 1.1 (a)0

1Motor neumatico accionamiento horario

Motor neumatico accionamiento horario

109

Accionamineto 1.1 (b)

Parada 1.1 (b)0

1

Motor neumatico accionamiento antihorario

Motor neumatico accionamiento horario

4.3.4 EVALUACIÓN DEL MOTOR NEUMÁTICO a) Sentido horario

Presión (bar) RPM4 4055 9346 16997 23388 2451

b) sentido anti horario

Presión (bar) RPM4 3165 6296 11677 16358 2113

Los motores de paletas son el diseño más ampliamente usado hoy en día. Existen

motores de 4 y de 8 paletas.

Las aplicaciones comunes usan motores con 4 paletas. Los motores con 8 paletas son

elegidos cuando se necesita un control preciso de la velocidad a baja velocidad de giro

o cuando el motor opera en rangos cercanos al stalling.

El stalling es la inversión del giro con debido a la carga, es decir que la carga vence la

energía del motor y aun con carga lo hace girar en sentido inverso.

En un motor eléctrico es impensable, se quemaría. En los motores neumáticos no tiene

110

mayor consecuencia que no tener más energía para mover la carga.

Estos motores están disponibles en una gran gama de potencias y pueden operar en

cualquier posición. Los motores de paleta son una solución más compacta y económica

frente a los motores de pistón de una potencia similar. La potencia del motor es

función de la velocidad y torque del motor.

Los motores de paletas son utilizados en un sinnúmero de aplicaciones, las más

indicadas son para operación liviana a media a grandes velocidades de giro del eje.

Para bajas velocidades de giro con altos torques están disponibles una gran cantidad de

moto reductores. Las aplicaciones más típicas de los motores neumáticos de paletas

son:

– Equipos de mezcla y agitadores.

– Ventiladores

– Accionamiento de bombas

– Polipastos y aparejos

– Cintas transportadoras

– Mesas giratorias

– Maquinas de embalaje

– Minería

Existen aplicaciones con ambientes agresivos donde se necesitan elevadas potencias de

arranque y ese es el caso de uso de los motores a pistón. Las aplicaciones más típicas

de los motores neumáticos de pistón son grúas, unidades de bombas, en el mar y

aplicaciones de la minería.

En lo que respecta a la selección de los motores, hay unas reglas básicas de

aproximación en la selección de un motor neumático. Siempre debe respetarse los

parámetros especificados por el fabricante así como prestar atención a las curvas de

performance publicadas por los mismos. Desconfíe de equipos de los cuales los

fabricantes no suministran las curvas de rendimiento y operación.

Primero se debe elegir el tamaño de motor que produzca el par de arranque y la

potencia requerida utilizando alrededor de dos tercios de la presión de línea disponible.

111

La segunda regla general de un motor de aire, se refiere al arranque. Cuando los

motores no necesitan arrancar con carga (como unidades de un ventilador), la selección

puede hacerse utilizando un gráfico torque/velocidad.

Para nuestra selección no contamos con el nombre, la marca u otra especificación

masque las medidas del motor y sus rpm a determinadas presiones, por tal motivo

encontramos información de un fabricante de motores neumáticos que nos proporciona

graficas de comparación

Imagen 5.1. Grafica rpm vs torque

Imagen 5.2. Grafica rpm vs potencia

112

La máquina trabajara con a una presión de 6 bar entonces:

Horario

6 bar 1699 rpm

Anti horario

6 bar 1167 rpm

6

Aproximadamente el torque que genera es de 2.4 N.m

113

Aproximadamente la potencia es de 0.45 HP

La máquina tiene un consumo de aproximadamente 20 lt/s

4.3.5 RESUMEN DE LA EVALUACIÓN

Presión nominal 6 bar

Potencia 0.45 HP

rpm 1699 / 1167

torque 2.4

consumo 20 lt/s

114

4.4. MANUAL DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO

Introducción

Lea este manual detenidamente para aprender a utilizar un multiplicador de torque

neumático y realizar correctamente su mantenimiento. De lo contrario podrían producirse

lesiones personales o daños a la herramienta.

Este manual deberá considerarse como parte integral de la herramienta, y deberá

entregarla conjuntamente con ésta en caso de venta.

El diseño de esta máquina está basado en el sistema métrico decimal. Todas las unidades

que aparecen en este manual son métricas. Utilice exclusivamente materiales y herramientas

basados en el sistema métrico.

Un multiplicador de torque se pueden encontrar en toda industria en general; un fallo en el

mismo puede tener consecuencias desfavorables en los equipos y/ o personas. Las causas

principales de los posibles accidentes pueden ser múltiples y tener orígenes diversos: fallos

debidos a las condiciones de trabajo a las que están sometidas y que pueden dar lugar a

desgaste de las partes rotativas, fatiga de los materiales, daños y deformaciones en las partes

internas entre otras; desviaciones de las condiciones normales de operación; errores

humanos en la identificación de materiales, componentes, etc.

Antes de que estos aspectos afecten a la seguridad de la herramienta y a las personas es

necesario llevar a cabo una atención y mantenimiento de la misma. Así pues, es de suma

importancia que se lleve a cabo un programa de mantenimiento. El objetivo de este manual

de mantenimiento es dar a conocer algunos tipos de mantenimiento existentes, centrándonos

en el preventivo y dando pautas sobre las formas de realizarlo, medición y distribución de

los tiempos de mantenimiento, estrategias, administración, procedimientos, seguridad de los

trabajos y aspectos a tener en cuenta en cuanto al diseño para facilitar su mantenimiento.

Beneficios del mantenimiento preventivo planificado para un multiplicador de torque:

Entre los beneficios alcanzados al desarrollar un programa de MPP, por algún período de

tiempo se cuentan:

a) Prevención de fallas en el equipo, con lo que se evita paros y gastos imprevistos.

b) Reducción del reemplazo del equipo durante su vida útil.

c) Reducción de la cantidad de repuestos de reserva.

d) El buen estado del equipo durante su vida útil.

115

APRIETE CON TORQUE

¿Qué es el torque?

Es una medida de cuánta fuerza actuando sobre un objeto

causa que ese objeto gire.

¿Qué es el apriete con torque?

Es la aplicación de precarga a un elemento de sujeción

haciendo girar la tuerca del elemento de sujeción.

Apriete con torque y precarga

La magnitud de precarga creada al aplicar torque

depende en gran medida de los efectos de la fricción. En

lo fundamental, hay tres diferentes “componentes del

torque”:

• Torque para estirar el perno

• Torque para superar la fricción en las roscas del perno

y la tuerca

• Torque para superar la fricción en el refrentado de la

tuerca (superficie de contacto).

Procedimiento de torque

Al aplicar torque

es normal apretar

solamente un

116

perno a la vez, y esto puede causar carga puntual y dispersión de la carga. Para evitar esto,

el torque se aplica en etapas de acuerdo a un patrón predeterminado:

Paso 1 Apriete con llave garantizando que queden 2 – 3 pasos de rosca sobre la tuerca.

Paso 2 Apriete cada perno hasta un tercio del torque final requerido siguiendo el patrón

mostrado arriba.

Paso 3 Incremente el torque hasta dos tercios siguiendo el patrón mostrado arriba.

Paso 4 Incremente el torque hasta torque total siguiendo el patrón mostrado arriba.

Paso 5 Ejecute un pase final en cada perno trabajando en sentido de las agujas del reloj

desde el perno 1, hasta el torque completo final.

Especificaciones

Modelo AG 20157

117

Tipo de Multiplicador Neumático

Serie 381181

Presión y RPM’s

4bar -> 405 RPM – Reversa 316 RPM





Torque de Entrada 1.45 N.m

Torque de Salida 117.2 N.m

Relación de Transmisión (por cada

paquete)1:3

Relación de Transmisión (total) 1:81

Tipo de Adaptador Llave de dado

Cuenta con protección a sobrecarga Sí

Cuenta con protección anti golpes Sí

DimensionesLargo: 316mm

Alto: 131mm

Peso Aproximadamente 1Kg

AG 20157 INSTRUCCIONES DE OPERACIÓN

118

IMPORTANTE: NO UTILICE LA HERRAMIENTA ANTES DE LEER ESTAS

INSTRUCCIONES.

SI PRESENTA UNA AVERÍA, MAL FUNCIONAMIENTO O ALGÚN TIPO DE DAÑO

OCURRE, NO TRATE DE REPARAR, POR FAVOR PONERSE EN CONTACTO CON

EL FABRICANTE INMEDIATAMENTE.

El modelo MTN81-P1 es reversible, teniendo en cuenta que esta herramienta es de par de

apriete controlado y siempre debe ser operada bajo las siguientes condiciones:

• Suministro de aire limpio y seco con una presión mínima de 4 bar.

• Utilizar siempre la Unidad de Mantenimiento adecuada.

• Usar las llaves de caja (dados) adecuadas.

• Se requiere el uso de un brazo de reacción.

Cuando el uso previsto no está bajo las condiciones indicadas, la seguridad de la operación

debe ser evaluada y se deben tomar las precauciones adecuadas, los proveedores estarán

encantados de aconsejarle, en caso de tener alguna pregunta.

Estas herramientas contienen componentes de aleación que pueden causar un riesgo en

ciertos ambientes explosivos.

Por favor llame al proveedor para más información.

Ensamble

1) Soplar las mangueras antes de conectar.

2) Conecte la entrada de aire llave al lado de salida de la unidad de mantenimiento,

observando la dirección del flujo de aire.

3) Conecte el suministro de aire a la entrada lateral de la unidad de mantenimiento.

4) Coloque el brazo de reacción junto con el seguro con anillo de seguridad.

119

ADVERTENCIA: PARA EVITAR RIESGO DE LATIGAZOS EN LAS MANGUERAS

DE AIRE HACER TODAS LAS CONEXIONES A LA HERRAMIENTA ANTES DE

ENCENDER EL SUMINISTRO DE AIRE.

Cuando la herramienta está en funcionamiento el brazo de reacción gira en la dirección

opuesta a la salida y se debe permitir que descansar en ángulo recto contra un objeto sólido

o superficie adyacente al perno a ser apretado. (Ver figura 2)

ADVERTENCIA: MANTENGA SIEMPRE LAS MANOS ALEJADAS DEL BRAZO DE

REACCIÓN CUANDO LA HERRAMIENTA ESTÉ EN USO YA QUE PUEDEN

OCURRIR LESIONES GRAVES.

Ajuste el torque de la siguiente manera:

1) Establecer la presión de aire requerida utilizando el cuadro de apriete. Siempre con la

herramienta.

2) Ajuste el regulador hasta que se muestre la presión correcta en el manómetro.

NO EXCEDER EL MÁXIMO AJUSTE DE PRESIÓN DE AIRE.

IMPORTANTE: LA LLAVE DEBE SER DE CARRERA LIBRE MIENTRAS SE

AJUSTA LA PRESIÓN DE AIRE PARA DAR EL AJUSTE CORRECTO.

ADVERTENCIA: SUPERAR LA PRESIÓN MÁXIMA DE AIRE SOBRECARGARÁ LA

LLAVE Y PUEDE CAUSAR DAÑOS GRAVES.

Manejo de la Llave:

120

1) Colocar la llave con el dado de tamaño correcto para adaptarse al perno a ser apretado.

2) Gire el mango a una posición conveniente en relación con el brazo de reacción

3) Monte la herramienta en el perno a ser apretado con el brazo de reacción adyacente al

punto de reacción. (Ver figura 2)

Seguridad

La herramienta utiliza aire a presión para desarrollar grandes fuerzas para apretar y aflojar

rosca. Para su seguridad y la de los demás, las advertencias y etiquetas “Importante” y

“Advertencia” presentes en este Manual deben ser tomadas en cuenta.

ASEGÚRESE DE OBSERVAR LAS ETIQUETAS DE ADVERTENCIA EN TODO

MOMENTO.

La presente herramienta se ha diseñado pensando en la seguridad, sin embargo, como con

todas las herramientas se deben observar todas las prácticas de seguridad y específicamente

lo siguiente:

• Antes de utilizar la nueva herramienta, familiarizarse con todos sus accesorios y la forma

en que trabajo.

• Siempre use gafas de seguridad cuando la herramienta está en funcionamiento.

• Asegúrese de que el brazo de reacción está en contacto con un punto de contacto sólido

antes manejar la herramienta.

• Mantenga las partes del cuerpo alejadas del brazo de reacción y el punto de contacto.

• Ajuste la presión de aire mientras la herramienta está en funcionamiento.

• NUNCA exceda la máxima presión de aire recomendada.

• SIEMPRE use el regulador que se encuentra en la unidad de mantenimiento. El no hacer

esto anula la garantía y se puede colocar en peligro.

• Asegúrese de utilizar las mangueras adecuadas ya que esto permitirá el flujo de aire

adecuado.

Mantenimiento

Procedimiento general de las rutinas de MPP (Mantenimiento preventivo planeado)

121

Debido a la importancia del MPP en la prolongación de la vida útil del equipo, y en el

mantenimiento de su funcionamiento adecuado, se han determinado nueve pasos generales

que debe poseer una rutina de mantenimiento.

Estos pasos generales son los que constituyen la base de las rutinas para cada equipo; su

aplicabilidad es determinada por las características específicas de cada equipo. Estos pasos

son:

1. Inspección de condiciones ambientales

2. Limpieza integral externa

3. Inspección externa del equipo

4. Limpieza integral interna

5. Inspección interna

6. Lubricación y engrase

7. Reemplazo de partes intercambiables

8. Ajuste y calibración

9. Pruebas funcionales completas

1. Inspección de las condiciones ambientales en las que se encuentra el equipo:

Observar las condiciones del ambiente en las que se encuentra el equipo, ya sea en

funcionamiento o en almacenamiento. Los aspectos que se recomienda evaluar son:

Humedad, exposición a vibraciones mecánicas, presencia de polvo excesivo y temperatura.

Cualquier anormalidad o no cumplimiento de estas condiciones, debe ser notificado como

observación en la rutina.

122

Humedad: La humedad del ambiente en el que trabaja el equipo, no debe ser mayor a la que

especifica el fabricante. Si no se cuenta con esta información, o con los medio adecuados de

medición, se puede evaluar por sus efectos, por ejemplo oxidación de la carcasa.

NOTA: Este aspecto está relacionado con la inspección visual del equipo.

Vibraciones mecánicas: Las vibraciones mecánicas pueden ser causa de falta de calibración

mecánica.

Polvo: Se ve afectado en su funcionamiento y en la duración de su vida útil, por la presencia

de polvo en su sistema. Revise que no haya una presencia excesiva de polvo en el ambiente,

visualizando los alrededores del equipo, en el equipo mismo, o la existencia de zonas

cercanas donde se produzca el mismo.

Temperatura: La luz solar directa o la temperatura excesiva pueden dañar el equipo, o

alterar su funcionamiento. Verifique cual es la temperatura permitida por el fabricante, si

este dato no está disponible, corrobore que el equipo no esté en exposición directa al sol y

que la temperatura no sea mayor a la del ambiente.

2. Limpieza integral externa:

Eliminar cualquier rastro de suciedad, desechos, polvo, herrumbre quizás, etc., en las partes

externas que componen al equipo, mediante los métodos adecuados según corresponda.

Esto podría incluir:

• Limpieza de superficie externa utilizando limpiador de superficies líquido.

• Limpieza de residuos virutas que puedan afectar los movimientos no visibles del equipo.

3. Inspección externa del equipo:

Examinar o reconocer atentamente el equipo, partes o accesorios que se encuentran a la

vista, sin necesidad de quitar partes, tapas, etc., tales como mangueras, conector de

alimentación, unidad de mantenimiento, impactos físicos, desgastes, sobrecalentamiento,

roturas, fugas, partes faltantes, o cualquier signo que obligue a sustituir las partes afectadas

o a tomar alguna acción pertinente al mantenimiento preventivo.

Esta actividad podría conllevar de ser necesario, la puesta en funcionamiento del equipo.

123

Actividades involucradas:

a) Revisión del aspecto físico general del equipo y sus componentes, para detectar posibles

impactos físicos, maltratos, corrosión en la carcasa o levantamiento de pintura, cualquier

otro daño físico. Esto incluye falta de componentes o accesorios.

b) Revisión de componentes mecánicos, para determinar falta de lubricación, desgaste de

piezas, sobrecalentamiento, roturas, etc. Esto incluye los sistemas neumáticos mecánicos en

los cuales también es necesario detectar fugas en el sistema.

4. Limpieza integral interna:

Eliminar cualquier rastro de suciedad, desechos, polvo, etc., en las partes internas que

componen al equipo, mediante los métodos adecuados según corresponda.

Esto podría incluir:

• Limpieza de superficie interna utilizando limpiador para superficies, aceites, lubricantes y

aditamentos especiales según lo especificado.

5. Inspección interna:

Examinar o reconocer atentamente las partes internas del equipo y sus componentes, para

detectar signos de corrosión, impactos físicos, desgastes, vibración, sobrecalentamiento,

roturas, fugas, partes faltantes, o cualquier signo que obligue a cambiar las partes afectadas

o a tomar alguna acción pertinente al mantenimiento preventivo.

Esta actividad podría conllevar de ser necesario, la puesta en funcionamiento de un equipo o

de una parte de éste, para comprobar los signos mencionados en el párrafo anterior.

Actividades involucradas:

a) Revisión general del aspecto físico de la parte interna del equipo y sus componentes, para

detectar posibles impactos físicos, maltratos, corrosión en la carcasa o cualquier otro daño

físico.

b) Revisión de componentes mecánicos, para determinar falta de lubricación, desgaste de

piezas, sobrecalentamiento, roturas, etc.

6. Lubricación y engrase:

124

Lubricar y/o engrasar ya sea en forma directa o a través de un depósito cualquier otro

mecanismo que lo necesite. Puede ser realizado en el momento de la inspección, y deben

utilizarse los lubricantes recomendados por el fabricante o sus equivalentes.

7. Reemplazo de ciertas partes:

La mayoría de los equipos tienen partes diseñadas para gastarse durante el funcionamiento

del equipo, de modo que prevengan el desgaste en otras partes o sistemas del mismo. El

reemplazo de estas partes es un paso esencial del mantenimiento preventivo, y puede ser

realizado en el momento de la inspección.

8. Ajuste y calibración:

En el mantenimiento preventivo es necesario ajustar y calibrar los equipos, ya sea ésta una

calibración o ajuste mecánico.

Para esto deberá tomarse en cuenta lo observado anteriormente en la inspección externa e

interna del equipo, y de ser necesario poner en funcionamiento el equipo y realizar

mediciones de los parámetros más importantes de éste, de modo que éste sea acorde a

normas técnicas establecidas, especificaciones del fabricante, o cualquier otra referencia

para detectar cualquier falta de ajuste y calibración.

Luego de esto debe realizarse la calibración o ajuste que se estime necesaria, poner en

funcionamiento el equipo y realizar la medición de los parámetros correspondientes, estas

dos actividades serán necesarias hasta lograr que el equipo no presente signos de desajuste o

falta de calibración.

9. Pruebas funcionales completas:

Además de las pruebas de funcionamiento realizadas en otras partes de la rutina, es

importante poner en funcionamiento el equipo en conjunto con el operador, en todos los

125

modos de funcionamiento que éste posea, lo cual además de detectar posibles fallas en el

equipo, promueve una mejor comunicación entre el técnico y el operador, con la

consecuente determinación de fallas en el proceso de operación por parte del operador o del

mismo técnico.

Instructivo de uso del formato de calendarización de mantenimiento a equipos

En este formato se pretende programar los mantenimientos de acuerdo a su uso y

necesidades de la máquina. Por lo tanto su llenado es de la siguiente manera:

1. HORA DE INICIO: Hora a la que inicia.

2. MES. Se anota el mes a efectuar el mantenimiento.

3. ÁREA. Especificar el área donde se trabaja y/o donde se realizara el mantenimiento.

4. RESPONSABLE. Nombre de la persona responsable del área.

5. CANTIDAD. Especificar el número de equipos.

6. DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO. Indicar una breve descripción del bien a dar

mantenimiento.

7. FECHA. Anotar la fecha.

Hora de Inicio

Mes Área Responsable Cantidad Descripción Fecha

Los formatos de mantenimiento se deben llenar con mucho cuidado, dando de esta manera

una explicación simple y detallada, pues así no se descuidan detalles que hacen al

mantenimiento preventivo programado más efectivo. Para que de esta manera cualquiera

pueda entenderlo y llevar la continuación del servicio preventivo de los equipos.

Con el programa ya establecido se pretende hacer el mantenimiento a los equipos en tiempo

y forma. Para esto se deberá llenar otro mantenimiento que conste del mantenimiento

realizado a la máquina.

A continuación se describe el llenado del formato del mantenimiento de equipos

1. No. SERVICIO. Indicar el número de servicio

2. TIPO DE MANTENIMIENTO. Especificar el tipo de mantenimiento correctivo o

preventivo.

126

3. FECHA/HORA DE INICIO. Especificar la fecha de inicio del servicio.

4. FECHA/HORA DE FIN. Especificar la fecha de inicio del servicio.

5. NOMBRE DEL SOLICITANTE. Escribir el nombre del solicitante del servicio.

6. AREA. Indicar el área para la que se realiza el servicio.

7. CANTIDAD. Anotar la cantidad de equipos.

8. DESCRIPCIÓN DEL BIEN. Describir el equipo en cuestión.

9. No. DE INVENTARIO SERIE O MODELO. Escribir el número de inventario del bien.

10. TRASLADO. Indicar si el bien será reparado fuera de la empresa.

11. OBSERVACIONES DE ENTRADA. Indicar las características físicas del bien al

momento de regresar.

12. DESCRIPCIÓN DEL SERVICIO O FALLA. Describir la falla o el servicio a realizar.

13. DIAGNOSTICO FINAL DEL REPORTE. Describir el diagnóstico final.

14. DESCRIPCIÓN DEL SERVICIO. Describir la falla o servicio a realizar.

15. OBSERVACIONES DE SALIDA. Indicar las características físicas del bien al

momento de salir.

16. FIRMA RESPONSABLE. El responsable de dar mantenimiento firmará el documento.

17. FIRMA USUARIO. EL solicitante del mantenimiento firmará de conformidad.

18. OBSERVACIONES FINALES. Cualquier imprevisto que surgiera en la realización del

mantenimiento.

No.

Servicio

Tipo de Mantenimiento Preventivo Correctivo

Fecha/Hora Inicio: Fecha/Hora Final:

Nombre de Solicitante Área:

Descripción

Cantidad DescripciónNo. De

Inventario

Traslad

o

Si No

127

Observaciones de Entrada

Descripción del Servicio o Falla

Diagnostico final del Reporte

Descripción del Servicio

Observaciones de Salida

Observaciones Finales

Firma del Responsable Firma Usuario

Costos

Componente del Costo de Mantenimiento

Relación entre el costo total del mantenimiento y el costo total de la producción.

CCMN=CTMNCTPR

x 100

El costo total de la producción incluye gastos directos e indirectos de ambas

dependencias (operación y mantenimiento), inclusive los respectivos lucros.

Costo Relativo con Material

Relación entre los gastos con material y el costo total del área de mantenimiento en

el periodo considerado

CRMT =Σ CMATCTMN

x100

Trabajo en Mantenimiento Programado

128

Relación entre las horas hombre gastadas en trabajos programados y las horas

hombre disponible, se entiende por “horas hombres disponible” aquellas presentes

en la instalación y físicamente posibilitados de desempeñar los trabajos requeridos.

TBMP= Σ HHMPΣ HHDP

x 100

Trabajo en Mantenimiento Correctivo

Relación entre las horas hombre gastadas en reparaciones correctivas (reparación de

fallas) y las horas hombre disponible.

TBMC=Σ HHMCΣ HHDP

x 100

Desarrollo de Costos


Preventivo 1: Se realiza cada 3 meses, visita de un Técnico, certificando ciertos

parámetros en la herramienta.

Preventivo 2: Se realiza cada 6 meses, visita de un Técnico, certificando ciertos

parámetros en la herramienta, descartando fallas comunes.

Correctivo 1: Se realiza la visita de un Técnico, corrigiendo problemas simples,

reemplazando partes comunes.

Correctivo 2: Se realiza la visita de un Técnico, corrigiendo problemas físicos

externos, sobre todo a causa de Impactos.

Correctivo 3: Se realiza la visita de un Técnico, corrigiendo problemas internos,

exclusivamente del paquete de engranajes y/o impactos severos.


Costo de Mantenimiento Costo de la Producción

Preventivo 1 S/. 35.00 Planchas S/. 180.00

Preventivo 2 S/. 50.00 Transporte S/. 20.00

Correctivo 1 S/. 65.00 Tornillos ajuste S/. 40.00

Correctivo 2 S/. 85.00 Arandelas S/. 10.00

Correctivo 3 S/. 100.00 Carcaza S/. 50.00

TOTAL(*) S/. 135.00 TOTAL S/. 300.00

(*) Se considera el Preventivo 1 y el Correctivo 3.

129

CCMN=CTMNCTPR

x 100

CCMN=135300

x 100

CCMN=45 %

Relación entre el costo total del mantenimiento y el costo total de la producción.



Gastos con Material Costo del área de Mantenimiento

Planchas S/. 180.00 Servicios Básicos S/. 100.00

Tornillos ajuste S/. 40.00 Mano de Obra S/. 150.00

Arandelas S/. 10.00 Mantenimiento de

HerramientasS/. 200.00

Carcaza S/. 50.00 - -

TOTAL S/. 280.00 TOTAL S/. 450.00

CRMT =Σ CMATCTMN

x100

CRMT=280450

x 100

CRMT=62 %

Relación entre los gastos con material y el costo total del área de mantenimiento en

el periodo considerado


Considerando que el Mantenimiento se realiza eficientemente en 2 horas, teniendo

en cuenta que las horas hombres disponibles son aquellas donde están presentes en

la instalación y físicamente posibilitados de desempeñar los trabajos requeridos


130

Horas Hombre Gastadas (Trabajos

Programados)Horas Hombre Disponible

Preventivo 1 2 horasHoras Disponibles 8 horas al día

Preventivo 2 2 horas

TOTAL 2 horas TOTAL 8 horas

TBMP= Σ HHMPΣ HHDP

x 100

TBMP=29

x100

TBMP=22%

Relación entre las horas hombre gastadas en trabajos programados y las horas hombre

disponible



Horas Hombre Gastadas (Reparaciones

Correctivas)Horas Hombre Disponible

Correctivo 1 2 – 3 horas

Horas Disponibles 8 horas al díaCorrectivo 2 3 – 4 horas

Correctivo 3 4 – 5 horas

TOTAL(*) 5 horas TOTAL 8 horas

(*) Se utiliza en mayor tiempo.

TBMC=Σ HHMCΣ HHDP

x 100

TBMC=59

x 100

TBMC=56 %

Relación entre las horas hombre gastadas en reparaciones correctivas y las horas

hombre disponible.

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Proyecto Final

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