Analisis DE UN Bastidor DE Maquina PDF

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diseño de uniones empernadas y soldadas de un bastidor de maquina...

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA, ELECTRÓNICA, INFORMÁTICA Y MECÁNICA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA MECANICA

ANALISIS DE LAS UNIONES EMPERNADAS Y/O SOLDADAS DE UN BASTIDOR DE UNA MAQUINA PROYECTO 001-2019

INFORME UNIONES EMPERNADAS Y/O SOLDADAS Rev.01-2019 APROBADO POR: Docente

Ing. Jesús Eusebio Chancatuma Huamán

Alumnos

Darwin Flores Muñoz Brizel Th. Negron Cabrera Poul Dannyel Farfán Mora Julio Cesar Atauchi Valencia

Revisió

Hecho Por

Descripción

Fecha

Revisado

n 1

D. Flores M.

Software

27/12/201

D. Flores M.

2

B. Negron

Cálculos

9 27/12/201

B. Negron

3

C. P. Farfán M.

Cálculos

9 27/12/201

C. P. Farfán M.

Remisión y

9 27/12/201

J. Atauchi V.

4

Aprobad o

J. Atauchi V.

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planos

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9

INDICE OBJETIVO ANTECEDENTES (descripción de la maquina soportada en el bastidor) METRADOS (dimensiones, detalles geométricos, y descripción de elementos del vastidor) MEMORIA DE CALCULO (análisis de cargas en uniones roscadas o soldadas SUIMULACION CONCLUISONES RECOMENDACIONES ANEXOS ( diagramas, planos, registro fotográfico, evidencia de la experiencia realizada

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INFORME BASTIDOR 1. OBJETIVO 

Realizar el análisis de uniones empernadas y/o soldadas de una maquina mezcladora de hormigón.

2. LIMITANTES El análisis en la maquina mezcladora de hormigón se limitará solamente al análisis de uniones empernadas, mas no se tocarán las uniones soldadas presentes en la estructura soporte. 3. ANTECEDENTES Una maquina mezcladora de hormigón es una pieza de importancia en el rubro de la construcción. Su principal función consiste en sustituir el amasado manual del cemento, agua y arena para así formar concreto homogéneo y de mejor calidad. Esta máquina viene dotada de un chasis reforzado de acero estructural A36 terminando en la última parte con unos neumáticos y llantas de acero, lleva un motor eléctrico de la marca WEG con 3 HP de potencia. El Sistema de transmisión, lleva una polea de un canal en V. El sistema de volteo se realiza mediante engranajes rectos 4. METRADOS Se realizó la respectiva toma de datos de la maquina mezcladora de concreto, los planos que muestran los componentes de la maquinas se mostraran detallados en los anexos.

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5. MEMORIA DE CALCULO Análisis estático como una viga con apoyos simplemente apoyados en ambos extremos de la barra que une y soporta el trompo con el sistema de trasmisión y el sistema de engranajes. Cálculos de fuerzas y reacciones en todo el sistema. Plano YZ

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Fig. 01. Diagrama de fuerza cortante y momento flector en el plano YZ. Fuente elaboración propia

∑ M A =0 2228.644∗( 25 )−3856.978∗( 442.02 ) +B∗( 884.08) −( 50 + 884.08 )∗716.118 =0 B Z =2621.999 N ↑

∑ F Z =0 −A + 2228.644−3856.978 + 2621.999−716.118 = 0 A Z =278.547 N ↓ Plano YX

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884.08 + 50 =0 B X =323.797 N ↑

∑ F X =0 A−6123.15+ 323.797−142.565=0 A X =5941.918 N ↑



CALCULO DE LAS FUERZAS EN EL SISTEMA DE TRANSMISIÓN POR FAJAS EN V TIPO A Datos Iniciales: NOMBRE

REPRESENTACION

Potencia del motor eléctrico Velocidad de giro del motor eléctrico Diámetro de la polea mayor Diámetro de la polea menor Distancia entre centros de poleas

VALOR

UNIDA

P

3

D HP

η

1750

RPM

D d c

13.7795 3.1495 12.5984

Pulgadas Pulgadas Pulgadas

Velocidad en la polea de diámetro menor. V=

π∗ d∗η 12

V =1442.9887

pie min

Ángulo de contacto en la polea de diámetro menor ∅=θ d=π−2∗sin−1 θd =2.270567 rad

( D−d 2∗c )

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Ángulo de contacto en la polea diámetro mayor

( D−d 2∗c )

−1

θ D=π +2∗sin

La tensión centrifuga FC FC =K C∗ Donde K C

(

V 1000

esta dada por

)

2

se obtiene de la tabla 01. Revisar Anexos.

( )

2

FC =0.561∗

V =1.16812lbf 1000

La potencia de diseño H d =H nom∗K S∗n d Donde Potencianominal : H nom Factor de servicio: K S Factor de diseño , nd : 1 El factor de servicio se obtiene de la tabla 02. Revisar anexos. H d =3∗1.3∗1 H d =3.9 HP La potencia que se trasmite por banda se basa en ∆ F=F 1−F2 , donde 63025∗H d Nb ∆ F= η∗d 2 N b :1

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∆ F=89.18955 lbf

Entonces la tensión mayor F1 , resulta F1=F C +

∆ F∗e f ∗ϕ =130.85116 lbf f ∗ϕ e −1

F2 =F 1−∆ F

Y luego se obtiene F2 F2 =41.66161lbf Ambos valores se transforman a Newtons F1=582.0549 N F2 =185.32 N FY =F 1∗cos 21.06+¿ F2∗cos 21.06=716.1178 N ∑¿ F X = F 1∗sin 21.06−¿ F 2∗sin21.06=142.564 N ∑¿

Fig. 03. Distribución de las fuerzas en polea. Calculo de esfuerzos en uniones por pernos

Corte Puro

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Fx

F S 1=

4

F S 1=35.64118 N θ=tan−1

( 8070 )

θ=48.81°

Torsión M =850 C1 =106.3014 C2 =106.3014 C3 =106.3014 C 4=106.3014

∑ C2i =45200 F S 2=

T∗Ci

∑ C2i

F S 2=

F x∗170∗5∗106.3014 45200

F S 2=57.1659 N Flexión C ' 1 =156.5 C '2 =16.5 C ' 3 =156.5 C ' 4=16.5

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∑ C2i =49 529 FT 1 =

F Y ∗170∗5∗W motor∗63∗156.5 49529

FT 1 max=318.1748 N FT 1 min=33.6022 N

C ' ' 1 =174 C ' ' 2=174 C ' ' 3 =14 C ' ' 4=14

∑ C2i =60 944

Ft 2 =

F X∗100∗174 60944

Ft 2 max=40.70337 N Ft 2 min=3.27498 N

Ft 3 =

FY 4

Ft 3=179.0295 N

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Fig. 04. Diagrama de fuerzas en base motor.

Perno más cargado: 2 2 F5 =√ F 3 t + F S 2+2∗ F t 3∗ F S 2∗cos 48.81

F5 =84.9812 N

Ft =F t 1 + Ft 2+ F t 3 =538.44535 N

Análisis de selección de pernos. 

Ajuste Adecuado

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Fe ≥ F t +

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Fs μ

Con μ=0.25 Fe ≥878.37 N Fe ≤0.6∗S y∗A s Se escogeun A 307 M 8 x 1, S y =36 ksi=248.211

N mm2

Fe ≤0.6∗248.211∗36.6 Fe ≤5450.7136



Ajuste Inadecuado Fe = √ F t + 3∗F S 2

2

Fe =558.20149 N

Fe = √ F t +4∗F S 2

2

Fe =564.6331 N

As=

(

152.4∗F e Sy

)

2 3



A s =48.97448 mm



A s =49.3489 mm2

2

Se selecciona  

M 10 x 1.5 A s=58 mm

2

M 10 x 1.25 A s=61.2 mm2

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

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CALCULO DE FUERZAS EN EL SISTEMA DE TRANSMISIÓN POR ENGRANAJES Coordenadas de ubicación del punto de rotación y centro de gravedad del trompo C . G :Centro de Gravedad P . R : Punto de rotacion

Fig. 05. Distribución de masa dentro del tambor.

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Fig. 06. Ubicación C.G

C . G=(−216.479,0,203.665 )

w=m∗g g=9.81

m s2

w=393.168 N

Fig. 07. Distribución de fuerzas en tambor giratorio

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Calculo del torque transmitido por los engranajes. 51.61 356.961∗cos ¿ T =w∗¿ T =201.619∗(3856.978 ) T =777640.05 N −mm

Engranajes Rectos Datos D p 1=10' ' =254 mm

D p 2=3' ' =76.2 m

Fig. 08. Engranajes

Ft z =Fuerza tangencial Fn z=Fuerza normal

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Fig. 09. Distribución de fuerza en engranajes

∑ M =0 T=

F t∗Dpi 2

Ft =6123.15 N

( 254 2 )

T =6123.15∗

T =777640.05 N-mm

Análisis Detalle A

Fig. 10. Vista en detalle A

M t=5941.918∗43.53 M t=258651.691 N−mm C j=122.5 mm

∑ C2i =15162.5 mm2

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Ft 2 =

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258651.691∗122.5 15162.5

Ft 2=2089.684 N

Análisis en el perno crítico/cargado: Perno 2

Fig. 11. Distribución de fuerzas

F H =F S 1=5941.918 N FV =F t 2 + F N FV =2089.684+ 278.547=2368.231 N

 Ajuste Adecuado Fe ≥ F t +

Fs μ

Con μ=0.25 Fe ≥2368.231+

5941.918 =26135.903 N 0.25

Fe ≥26135.903 N

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Se selecciona un perno clase 8.8 con y

∅ 12 con las siguientes características

A s =84.3

Fe ≤0.6∗660∗84.3 Fe ≤33382.8 N Cumple  Ajuste Inadecuado 2 2 Fe = √ F t + 3∗F S = √2368.231 +3∗5941.918 2

2

Fe =10560.667 N 2 2 Fe = √ F t + 4∗F S= √2368.231 +4∗5941.918 2

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2

Fe =12117.511 N Se selecciona el perno según el criterio más adecuado 

M 12 x 1.75

=6123.15 N

=2228.644 N

S y =660

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Fig. 12. Distribución de fuerzas

Calculo de esfuerzos en uniones por pernos Cortante puro F S 1=

2228.644 4

F S 1=557.161 N Flexión

Fig. 13. Distribución de fuerzas

M t 1=55716.6 N−mm C j=119 mm

∑ C2i =28 564 mm2 Ft 1 =

55716.6∗119 28564

Ft 1=232.120 N

Cortante puro F S 2=

3123.15 4

F S 2=1530.788 N Flexión M t 2=153078.75 N−mm C j=74 mm

∑ C2i =11240 mm 2

Fig. 14. Distribución de fuerzas

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Ft 2 =

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153078.75∗74 11240

Ft 2=1007.814 N Fuerza FT

equivalente:

FT =F t 1 + Ft 2 FT =1239.934 N

Fuerza F S

equivalente del sistema

F S= √ F s 1+F s 2 2

F S=1629.031 N Análisis de selección de pernos  Ajuste Adecuado Fe ≥ F t +

Fs μ

Con μ=0.25 Fe ≥7756.058 N Fe ≤0.6∗S y∗A s Fe ≤8352

Cumple  Ajuste Inadecuado Fe = √ F 2t + 3∗F2S Fe =3081.99 N

Fe = √ F 2t +4∗F2S Fe =3486.030 N

2

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(

152.4∗F e As= Sy

)

2 3

Se escogeun A 307 , S y =240 MPa



A s =58 mm

2

Se selecciona M 10 x 1.5 A s=58 mm2 

6. CONCLUSIONES

C 4.6 x M 10 x 1.5

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Tras la secuencia de cálculos realizada en la sección 5 se obtuvo lo siguiente: 

La selección de 4 pernos tipo M10 x 1.25 para la sujeción de la base del motor eléctrico de 3 HP con el bastidor. El paso fino se selecciona para evitar el desaflojamiento producido por efecto de las vibraciones.



La placa superior que transmite y soporta el torque del tambor contiene 2 pernos tipo M12 x 1.75, resultando así por el perno más cargado (perno 2).



La placa que contiene a los engranajes permite la selección de 4 pernos tipo M10 x 1.5.

7. RECOMENDACIONES 

Para una selección de pernos uniforme, el equipo de trabajo recomienda usar el tipo M12 x 1.5

ANEXOS

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Fotos de la maquina mezcladora

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Tabla 01. Parámetros de las fajas en V.

Tabla 02. Factores de servicio sugeridos Ks para transmisiones de bandas en V...