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Drsnño y coNsrRuccróN DE rrNA nnieunn coRTN)oRA DE
SEMTLLA nn clñ¡, DE AzucAR
JoHN Jl'rRo muñoz r{aYoRerrrN
lhtu¡ldrd Auttrnr d¡ OccllrbsEccr0f{ Sl8tlorEcA
025281",Siuóito"o
| il|{lltütüttrilu]üillilüü ilr
CORPORACION AU'I'ONOIUA DE OCCIIDENITX'ACT]LTN) DE INGENIERÍA MECIINICA
SA¡ITIAG'O DE CALI19D7
Drsnño y coNsrRuccróN DE UNA rwieunu coRTADoRA DE
SEMILLT\ nn ctñl DE AzucAR
JoHN JNRo nruñoz ruAYoReurN
Informe presentado al programa de :
Inge'niería mecánica"como requisito para obtener
el título de ingeniero mecánico.
DirestorJULIO SINKO
Ingeniero Mec¡inico
X'ACITLTN) DE INGENIERÍAPROGRAT{A DE INGEI\TIENÍ¡, NMOIXTCI
SANTIAGO DE CALI1997
il/- F/r ,hl ?//d
2./.h('\
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Nota de aceptación
Aprobado por el director de tesis escogido y el
jurado, en cumplimiento con los requisitos
exigidos por la universidad para obtener el
título de ingeniero mecánico.
Jurado :
Director :Ingeníero Julio Sinko.
Cali, 15 de mayo de 1997
II
DEDICATORIA
Por el apoyo que me han brindado en todos los proyectos que he emprendido a lo largo de
mi üda y especialmente por la orientación que me han dado en todo este tiempo, quiero
dedicar este trabajo de grado para optar por el título de ingeniero mecánico a toda mi
familia" especialmente a mis padres,
HUMBERTO MUÑOZ.
MARIA IGNACIA MAYORQUIN.
III
AGRADECIMIENTOS
El autor expresa sus agradecimientos a :
HUMBERTO MUÑOZ; por ser la persona que mayor orientación presentó para el
desarrollo de este proyecto,
JULIO SINKO y JULIAI'{ PORTOCARRERO, ingenieros mecánicos; por las a¡rdas y
apoyo prestado durante este trabajo.
LISIMACO KASALET Y CARLOS VIVEROS. Director de Cenicarla y Biólogo
respectivamente; por las a¡rdas técnicas y didacticas concedidas para el desarrollo de este
trabajo.
IV
CONTENIDO
INTRODUCCIÓN
l. sELEccróN ns BAr{DAs y poLEAs
I.I BANIDAS Y POLEAS.
1.1.2 Cáúcllo pote'ncia de diseño.
1.1,3 Selección de banda.
l.l,4 Selección de polea.
l. 1.5 Cálculos generales,
2. DISEÑO DE LOS EJES
2.1 A}IÁLISIS EsTÁTIco PoR FLE)0ÓN Y ToRSIÓN
2.1.2 Aniúisis por energía de distorsión.
2.1.3 Anáüsis de torsión por metodo gráfico.
3. SELECCIÓN DE RODAI\{IENTOS
3.I SELECCIÓN DE LOS RODAI\4IENTOS.
3.1.2 Calculo de la üda de trabajo de un rodamiento.
3.1.3 Calculo de la üda útil por fatiga.
3.1.4 Calculo de la üda útil por desgaste.
4. SELECCIÓN DE COJINETES
4.I SELECCIÓN DE COJINETES POR LUBRICACIÓhI TN,flTE
pág
l1
l8
l8
19
20
20
2l
26
26
29
30
32
33
39
39
42
43
45
5. MECA}.ISMO DE BIELA Y MANIVELA
5.I OBJETO Y TIPOS.
5,1.2 Mecanismo centrado de bielay manivela.
5.1.3 Obtención del desplazamiento del émbolo,
5.1.4 Relación entre las velocidades.
6. DrSEÑO y CONSTRUCCTÓN DE BOQUTLLAS DE CORTE
6.I PROCESO DE CEMENTACIÓN.
6.1.2 Mértodos usados para aumentu eloó de carbono
6.1,3 Carburación.
6,1,4 Nitruración.
6,1.5 Aceros de cementación.
7. SELECCIÓN Y ESPECIFICACIÓN DE OTROS ELEMENTOS
7.I SELECCIÓN DEL REDUCTOR DE VELOCIDADES.
7.1.2 Detalles de construcción,
8. SOPORTEESTRUCTURAL
9. PROCESO DE OPERACIÓN
IO.CONCLUSIONES
BIBLIOGRAFÍA
AI.IEXOS
48
48
50
52
53
59
60
6l
6l
6l
63
65
65
68
77
84
86
88
89
VI
LISTA DE TABLAS
Tabla, l7-l l.Factores de servicio zugeridos Ks para transmisiones de bandas en V.
Tabla. 17-6 .Secciones de bandas trapeciales estándares.
Tabla. l7-9 .Potencias nominales en hp de bandas trapeciales estánda¡es.
Tabla, l7-lO.Factor de corrección de longitud de banda k2.
Tabla.lT-7 .Circunferencias internas de bandas en V estánda¡.
Tabla.4l250. Factor de esfuerzo dinámico fl.
Tabla. 41250. Tianpo de funcionamiento a la fatiga para rodamientos de rodillos lh.
Tabla. 12-6 Pwáme/cros para seleccionar cojinetes,
Tabla, l2-7 .Coeficientes de servicio.
22
23
25
40
pag
l9
20
4l
45
66
VII
LISTA DE FIGURAS.
Figura I .Gráfico de semillas de caña de aztrcar.
Figura2 .Bosquejo generaliz,ado de cortadora neumática.
Figura3 .Bosquejo generahzado de la operación de corte,
Figura4 .Gráfico de eje.
Figura5 .Gráfico de cargas sobre el eje.
Figura6 .Gráfico de cargas en los rodamientos.
FiguraT ,Gráfico de boquilla de corte.
FiguraS .Mecanismo de soporte de los émbolos de corte.
Figura9 .Sisterna fijo de corte.
FiguralO.Sistema de transmisión de potencia.
Figurall.Mecanismo de corte móül,
Figural 2,Esquema general de cargas.
pag
t2
t4
16
26
28
33
64
68
7l
73
75
78
VIII
LISTA DE ANIEXOS
Apéndice l. Tablas y gráficas para la selección de rodamientos.
Apéndice 2. Tablas y gráficas parala selección de cojinetes.
Apéndice 3. Fotografias y planos de la estructura.
páry
90
9l
92
u.rrrrsrd¿d Autütomt dc OCcllffsEcctoN 8|8UoTECAIX
RESUMEN
El proyecto del diseño y consfiucción de la m^iquina cortadora de semilla de
cia de azirar,es hacer que la indusüia üncarera rnecanice el corte de la
semilla.
La senrilla que esta máquina corta es de conformación cilín&ica alugada ya
que la cuchilla de corte es en forma de cierra cop4 esta semilla se obtiene de
cada una de las llemas que tiene rur tallo de cda y la forrra de cortar la senrilla
es colocando el tallo de la ca]a en medio del sistema de corte que esta
conformado por un cuerpo fijo (cuchilla de corte) y un cuerpo móvil ( brazo de
ernpuje)segun gaficos.La máquina es operada por dos personas las cuales se
encargan de colocar el tallo, del cual sera cortada la semilla.I^a operación de la
máquina es de forma alternada segÍrn su movimiento (altemativo). Cada
operario cortara por minuto 2l lle,mas, que efi el dia de trabajo serán
aproximadamente I 5000 r¡nidades.
x
INTRODUCCION
El valle del cauca como es bien sabido, se caracteriza por la siembra de la caria de azúcu y
es por este cultivo por el que se lran alcaruado los mas grandes adelantos tecnológicos. Lo
mas importante es que a medida que se han mejorado los procesos industriales, de la misma
forma la tecnología de la región se ha modernizado.
Si se hiciera un recuento de la forma como se ha ido modificando el proceso de la siembra
de la caria de az6cu, de esta manera se observa¡ía cómo la industria azrrcarera se ha
modernizado.
Debido a que la caña de aztrcar es una especie que se desarrolla apartir de sus propias yemas
o semillas, hizo que las primeras formas de obtener semillas de las mismas fuera mediante el
corte de tramos o troncos, los cuales se obtienen de una forma totalmente manual,
posteriormente son sembrados sin ningun tipo de proceso.
Con el mejoramiento continuo de los procesos de obtención o corte de semilla de caña de
azicw, se empezó a mejorar en la calidad y posterior producción de las mismas.
t2
Primero se diseria¡on algunos equipos mecánicos en el Brasil; los cuales mejoraron la
producción de la semill4 sin embrago presentaban un problema : que le producían darlo
mecánico a la semilla en el proceso del corte. Esto se debía a que la forma como la máquina
cortaba la semilla era mediante cizalladura.
Cnl( TCO DE SEMILLA DE CAÑA DE AZUCAR
A= 22 mm
E=(30-50)mmdependiendo del tipo de cafia
Tomado : Del autor, gráfico numero I
Debido a esto se ernpezó a buscar la forma de obtener semillas de mejor calidad y
consecuentemente que se mejorara la calidad de los equipos mecánicos utilizados con tal
finalidad.
Fue así como un instituto que se encarga de la investigación y el desarrollo de la caria de
aziucar (Ce'nicaria), se intereso en implementar nuevos equipos y fue debido a esta necesidad
particular que se empezaron a hacer pruebas con nuevas tecnologías,
rAl
n-flll'u-*,
13
Primero se fabricó una máquina la cual era accionada neumáticamente y fue ésta la que
mostró muy buenas perspectivas en cuanto al mejoramiento de los anteriores equipos. Esta
máquina funcionaba en forma manual y en posición horizontal. Notando que se presentaban
algunos inconvenientes se decidió entonces diseriar un nuevo equipo y es así como se llega a
la maquina de operación vertical, con un solo tiernpo de trabajo y para dos operarios, los
cuales trabajaban simultáneamente.
t4
BOSQUEJO GENERALTZ,,ADO DE CORTN)ORA NEUMATTCA
232lr I l-l- ill------llli-- - --- Li-.- -- --ill-----
_:;==+JJ;==_-_+:Ji¡=_:_:_+*x+l:_:_:_:_;l'jJ L.I-' !l]
=------[Í---L=r__:+ff;=
r-lI l-r
---F+-F---.---i-i-1----I F"LJ
itr--------\tiL------- -l L-------J
| ¡oomm I
Tomado : Del autor, gfáfico número 2.
l.Linea de aire de expulsión de semilla cortada.
2.Rodamientos de eje.
3.Polea conducida.
4.Motor.
5.Boquilla de corte,
6.Compresor de aire.
15
Esta máquina llenó muchas de las expectativas generadas y fue en ella en la que se basó el
nuevo diseño y construcción de la cortadora de semilla de caria de aztrcu con la que se
cuenta en la actualidad.
La nuwa máquina pres€Nrta la ventaja de ser de movimiento alternativo con lo que se reduce
casi a la mitad el consumo de potencia durante el tiempo de trabajo y la calidad de la semilla
que corta es un 95% buena ya que ninguna de la semilla se pierde por dario mecánico. Esto
se debe a que el procedimiento de corte de la senrilla se realiza con una boquilla en forma de
sierra-copa, la cual está girando en el momento del corte. De esta forma la semilla es cortada
mediante el empuje de un émbolo sobre la boquilla y es este el procedimiento de corte mas
recome,ndado para evitar darios mecfuricos de la sernilla ya que ésta no sufre ninguna
astilladura o fractura lo que la haría defectuosa.
16
BoserrnJo cEr{ERALTzADo DE LA opnRAcrón DE coRrr
Embolo de corte 1
Eoquilla de coÉe 2-
Eje porta - boquilla 3 -F
Orificio salida semilla 4
Tomado : Del autor, gráfico número 3
Por ser la mriquina de movimiento alternativo; esto representa que en todo momento solo
habrá una boquilla realizando la operación de corte.
Descripción del proceso de corte :
El operario ubica un tallo de caña entre el émbolo de corte y la boquilla de corte teniendo
en cuenta que la sección a ser cortada es la que tiene la sernilla.
El enrbolo de corte bajay con ayuda de la boquilla giratori4 la semilla es cortada.
El émbolo regfesa a su posición inicial y mientras esto sucede, al lado contrario ya se está
efectuando la misma operación de corte.
Cuando la semilla es cortad4 ésta baja por el buje que soporta la boquilla de corte y es
recogida en la parte inferior del buje para posteriormente ser senrbrada.
o
o
Ittllllilllllllllilllllll ll ll llll ll ll llililllllll ll ll ll
t7
El presente diseño le permite a los ingenios azucareros obtener una mejor calidad de semilla
y así posteriorme,nte una mejor producción de cosecha ya que las perdidas van a ser
mínimas.
Es así entonces como se está adelantando un proyecto con el cual se desea dernostrar a la
agroindustriaazrrcüÍera que la tecnología producida por ingenieros de la región es tan buena
como la tecnología extranjera. Fomentando también el interés de las industrias azucarerar¡ en
apoyar a los estudiantes de Universidad para así contar con personal capacitado para la
solución de los problanas comtrnes que se presentan. Con el presente diseño se crean nuevas
expectativas de trabajo en la industria del corte de semilla de caria de azícu y especialmente
se le da adelantamiento a la tecnología ya presente con este fin.
l. sELEccróN ns BAITDAS Y PoLEAs
I.I BANIDAS Y POLEAS :
Para la selección de las poleas y las bandas se tomaron en cuenta datos que fueron obtenidos
de mediciones hechas en una maquina que se utilizaba en Cenicaria para el corte de las
semillas. Esta máquina corta la semilla con un sistema de corte de sierra-copa y presenta
algunas diferencias con relación a la máquina que aqui se diserla.
Esta nuáquina desplaza sus vástagos de corte mediante guías montadas e,n rodamientos. La
diferencia fundamental entre esta máquina y la que se esta diseñando; es el canrbio de dichas
guías por un mecanismo de biela- manivela con sus consecuentes canrbios en la selección de
otros elementos siendo el principal, el corte de la semilla de forma alternativa.
Dicha tnáquina es operada por dos personas las cuales realizan el corte de la semilla al
mismo tiempo.Teniendo esto presente y tomando en cuenta las condiciones de operación y
espacio de este equipo entonces se tomaron los siguientes datos puala posterior selección
de los diferentes mecanismos y elementos del nuevo diseño.
t9
Datos generales :
Revoluciones del motor 1750
Rwoluciones de boquillas de corte 1050
Tiempo de funcionamiento 8 horas
Potencia del motor 2.4tP
Diámetro de polea conducid¿ 5"
1.1.2 CÁTCUTO POTENCIA DE DISEÑO
Primero se procede a calcular la pote'ncia de diseño de acuerdo a la potencia nominal y el
factor Ks del motor segun latabla 17 .l I (*).
TABLA I7-,I 1
Factores de servicio sugeridos Ks para transmisiones de bandas en V
FUENTE DE POTENCIA MOTRIZ
CARACTERÍSTICADE MOMENTO MOMENTO TORSIONAL
TORSIONAL NORMAL ALTO O NO UNIFORMECARACTER¡STICADEL IMPULSO
Unil¡¡rnrcChoquc ligcroChoquc mcdiant¡Choquc lucrlc
¡.(l a 1.2
l.l a 1.3Ttir¡1.3 a 1.5
l.la 1.3
1.2 a 1.4
1.4 a 1.6
1.5 a l.li
(*) Tomado de : üseño de máquinas.
SHIGLEY, josep edward.MISCHKE, charles R.
Hp diseño: Hp nominal x Ks
Hp diseño =2.4x1.2
Hp diseño:2.9}Ip .
fiN¡rn|lrl tullnem¡ dr (lcllff,
20
I.I.3 SELECCION DE BANIDA
Ahora procederemos a seleccionar el tipo de banda en "\P' que se va a vtihzar. Esta
selección seraliza de acuerdo a la tabla 17,6 (*).
TABLA 17.óSecciones de bandas trapeciales (o en V) estándares
. ANCHOa. ESPESOR ó, - -DIAMETRO POTENCIAS PARA UNA
seccrótrl - -in- - -- -tñ - DE PoLEA, in o MÁs BAIIDAS, hP
r'-ill,44,,4
..il?L¡I]t\ tl :.1
t) | ¡ ¡
9.0 ls-l(xl13.0 50-25rr
1:. rl | 21.(r l0() o nruvor
(*) Tomado de : Diseño de máquinas.
SHIGLEY, josep edward.MISCHKE, charles R,
De acuerdo con esta tabla el tipo de banda en "\f' auttliz-ar será la del tipo ",{', por tener
un alto margen de límite superior que es l0 HP.
1.1.4 SELECCION DE POLEAS
A continuación se selecciona el diámetro de la polea conductora de acuerdo a las
revoluciones de operación requeridas y al diámetro de la polea conducida.
dlnl: d2tt2
dl :d2n2lnl
¡ i l¡ 3.0 i-lu
2l
Siendo:
dl Diárnetro de polea conductora
nl R.P.M. Polea conductora
d2 Diámetro polea conducida
rr2 R.P.M. Polea conducida
dl : 5" x 1050 R.P.M, I l75O R.P.M. :3"
Entonces el diámetro de la polea conductora es 3".Si verificamos este diámetro con el valor
del diámetro mínimo permitido para el tipo de banda que se esta usando según latabla 17.6
antes üsta se puede decir que se esta trabajando dentro del rango de operación permitido.
I.I.5 CALCI.JLOS GENERALES
ñrora procederemos a seleccionar el número de bandas requeridas de acuerdo a la potencia
de diseño, la velocidad de la banda y el dirímetro de poleas según la tabla l7.9 (*).
Velocidad de la banda:lfDN
D diámetro de la polea conductora
N R.P.M. de polea conductora
Vb : 3. 1416 x 0.0762 m x 1750 : 419 m / min : 137 4 ft / min
Tomando los valores de la tabla 17.9 y procediendo a interpolar se encuentra que :
HP/banda:1,62
22
TABLA,I7.9Potencias nominales en hp de bandas trapeciales (o en V) estándares
sEccrÓNDE BANDA
DÉMETRO DE
PASO DE POLEA. ¡n
VELOCIDAD DE LA BANDA, rvmin
2.63.03.43.84.2.r.6
5.0 o más
0.{7 0.610.66 l.0t0..s I l.3l0.93 t.55I .0-1 1.74l.l | 1.89l.t7 2.03
0. l50.93 0.38t.-53 l.t22.00 t.7 r
2.-18 t. t92.69 1.582.96 2.89
0.53l.l2L571.93
t.l0:.{-f1.6{
4.24.65.05.45.86.26.67.0 o nrfu
t.07t.27l.{4t.59t.72!.slt.922.01
t.-58
r.993.332.6?2.873.093.293.46
r.ó8l. r9:. s03.l43.61
-j.944.234.49
|.26 0.222.08 t.242.16 2. r03.34 i.823.85 3.{54.28 4.004.67 4.485.01 4.90
6.07.0E.09.0
¡0.0I r.012.0 o más
t.842.4E
2.963.343.ó43.884.09
2.ó63.944.90s.656.256.747. t5
?.i2 t.874.ó1 4.M 3.12ó.09 ó.36 -5.527.21 7.ft6 '1 .3.)
8.1 l 9.06 8.898.84 10.0 r0. I
9.46 10.9 | ¡.l
D 10.0r t.0r2.013.0t4.0r5.0ló.017.0 o más
4.t4 ó. I 3
5.00 ?.835.7t 9.266.31 10.5
6.83 I r.5?.27 12.47 .66 r 3.28.0r r3.9
ó.55 5.09 r.359.1 I 8.50 5.62ll.2 il.4 9. 18
13.0 r3.8 12.2¡4.6 t5.8 14.8r5.9 l'l .6 17.0
¡7.r r9.2 ¡9.0r 8. I 20.6 20.7
r 6.0r8.020.022.024.O
26.O
28.0 o más
8.ó8 r 4.09.92 16.7
10.9 t8.7| 1.7 20.3t2.4 2t.6| 3.0 22.8¡ 3.4 23.7
l8.t t5.323.0 2 r .5
26.9 26.4
30.2 30.532.9 33.83.5.1 36.737.1 :t9.1
17.5
2 r.224.226.628.630.33t.8
(*) Tomado de : üseño de maquinas.SHIGLEY, jesep edward.MISCHKE, charles R.
23
Se halla la potencia por banda corregida, afectando la potencia por los factores Kl,Kz
Hpconegida: Hpbanda x Kl x K2
Kl : se halla de la grátfica 17.7 puaun ángulo de 160' (*).
É o.c'l
t o.l?
z ^,1- -'-90 | 20 | 50 tEo
Ángulo <lc contacto 0
FIGURA 4 7.7Factor de corrección Kt para el ángulo de contacto. Se multiplica por esle laclor el valor depolencia nominal (en hp) para obtener la potencia corregida.
(*) Tomado de : Diserio de máquinas.SHIGLEY, josep edward.MISCHKE, charles R.
El valor Kl :0.91 que es el factor del ringulo de contacto.
El valor P#pfx}l?ode la tabta 17.10 (t).
(*) Tomado de : Diseño de maquinas.SHIGLEY, josep edwa¡d.MISCHKE, cha¡les R.
Factor de corrección de longitud de banda K2'
FACTOR LONGIIUD DE BANDA NOMINAL. in
DE LONGITUT' BANDAS
0. tl-i l-lasta .i5 Hasta 4ó Hasta 75 llasta | 280.90 -ilt-46 .t$-60 8l-96 144-162 Hasta 195
0.9-5 4tt-5-5 6l-7.1 105-li0 l?3-210 2lo-24or.0rl ó{)-75 . 78-97 t28-156 240 270-300r.0_5 78-90 10.5-120 ¡62-195 170-330 330-390| . t0 .96- I t: l.tlr- l4.t I t0-240 360--420 420-180L 15 120 o más l-iti- 180 270-300 480 540-600l.l0 195 o nrás 330 o más 540 o más 660
'l\lultipl¡quc por crtc f¡{ror cl ralo¡ dc polcncia nomina¡ cn hp por banda para obrcner l¡ polcnc¡a $rrcgida.
24
K2 es un factor de longitud para las bandas.
Para las bandas tipo ",{' , K2 :0.85 y su longitud es hasta 35" máximo. Entonces HP
corregido es igual :
HP corregido = |,62 x 0.91 x 0.85 : |.25 HP/ banda
Ahora determinamos el número de bandas:
N: HP diseño / HP banda
N:2.9 tP I 1.25 HP:2.3 bandas
N: Número de bandas
Se deben de utilizar dos (2) bandas tipo A-35 .
Ahora procedemos a calcula¡ la longitud de la banda ( Lp )
Lp:2C+((D+d)x r.57)+(D- af t+C¡¡
ElvalordeC:D+d ; D <C< 3(D+d)
Entonces C:3" * 5": 8" Por lo tanto LP es :
LP:(2x8 )+( 3 + 5 )x 1.57 )+( 3 - s)" / (ax 8 ))
LP : 16 + 12.56 + 0.125 = 29"
seleccionamos la banda normalizada rnas cercaria de la tabla l7.7 (*).
25
TABLA 17-7Circunferencias internas de bandas en V estándares
sEccroN CIRCUNFERENCIA. in
2ó. 3t. .i.1. 35. 38. 41. .+6. 4ll. 51. 5.3. 55. 57. (f). 61. (il. (16. 6ll, 71.
75.T. s0. 85. 90. 96. 105. ilt. r20. t2r
35. 38. {1. 46. 48. 5t. -53, 55. 57. 60. 62. ó4. 6.s. óó. 6tt. 71. 7-s. ?ti.79. 81. S.¡. tl-s. 90. e.1. 97. l(n. 103. lo-s. I12, l:tl. llti. l3l. l3(r.¡4J. lstr. t73. r80, 195. 2r0. 240. 270. 3(X)
51.60, ó$.75.8t.85.90.96. t05. ll2. 120. llS. 1.1(). 144. 158. l6l.¡?-r. t8(1. t95. lto, 240. 270. 3üt. 330. 360, 390.420
120. t28. 1,14. I58, ló1. 173. 180. 195, 210, 240.270. 300. 330. 3ó0.390.420. 480. 5.10. ó00. 66()
r80. l9s. 210. 240. 270, 300. 3.10. 3ó0. 390. 420.480. 540. ó00. ó60
(*) Tomado de : Diseño de máquinas.SHIGLEY, josep edward.MISCHKE, charles R.
Segun la tabla 17 .7 el valor LP es igual a A3l.
2.DISEÑO DE LOS EJES
Para el diseño de los ejes se procede a realiz,ar cáúculos por metodo de análisis estático .Se
deben de toma¡ en cuenta los siguientes pariímaros según las características del diseño.
Longitud de los ejes 12"
Acero 1045
cnÁrrco DE EJE
Tomado : Del autor, gráfico número 4
2.1 A}.IALIS$ ESTATICO POR FLE)trON Y TORSION
El valor del cortante máximo se obtiene de :
27
d : [( 32 xn) / (rrsy ) * ( M' + t' ¡\n
Primero se debe determina¡ ciertos valores como son el momento y el torque del eje. Este es
un eje apoyado en dos rodamientos, que tiene una polea justo en el medio, la cual soporta la
fuerzaproveniente de las bandas.
Esta fuerza se halla de la siguiente forma :
f :tld
f Fuerza proveniente de la banda
t Torque del motor
d Radio de la polea conducida
El torque del motor se halla según pruebas del fabricante de Siemens las cuales dicen que :
t max: 10.01 Nm x 2.7 :27.027
Entonces 27.027 Nm x (lKef / 9.81ü :2.76K9f xm
Por lo tanto la fuerzaprocedente del motor es:
f : 2.7 Kgfx m | 0.0762m : 35.5Kgf
28
Con este valor de la fuerza se puede determina¡ el momento que debe de soportar el eje.
Para hallar este momento, se realiza el siguiente cá{culo:
CN¿ffirCO DE CARGAS SOBRE EL EJE
Tomado : Del autor, gráfico número 5
Entonces M : - ( 0.15 x 35.5 ) : -5.325 KgFm
Con los anteriores valores procedemos a diseñar el eje tomando en cuenta que:
Sy: 66000 psi : Para un acero SAE 1045
n :2.0
Donde
entonces:
66000lb/pul'zx 0.0703 :4640 Kgfl cnfx 100 cm'z I nÍ:46.5 x td Kgflm'
(32x2.0)x (( -s.32s Ksfm f + 1zt .oztrgftnl)',1h
(3.r4r6x 46.5 x ld Kgf/ nt)d:I
d:I1.46x tOsXgf / m
x ( 28.35 Kgff+ 73o.5Kgfi1'hl'h
29
d: [ 4.38 x tdr rgf/ mrx ( 75s.85 Kgfin ).¿]'á
d : ( 4.38 x tó) rgfI nÍx27.S4Kgfrtt)'á
d: ( l.ZOGx ldsm ¡'rr
d: 0.023m Que es aproximadamente igual a 1"
2.1,2 A}{ÁUSIS PORENERGÍADE DISTORSIÓN
Procedemos a reconfirmar el cálculo del eje considerando el criterio de energía de
distorsión.
d : [ ( l6n /rrSy ) x ( 4mz x3t2l+7a
(16 x 2,0 )d:[( ----------:-- x(4x (-5.32sKsfm¡¿+3x (27.o27Kgtufl|r'(3.1416 x46.5 x loc Kgf / m'¡
d:I x ( rr3.4}Ksfm + 2r9r.s Kgfrü\Y'1.46x 108 Kgf / m"
6 : | 2.32x tdlrgf / m x ( 2305 Kgfin¡\'rt
6: (2.32x rótref I m x 48 )'/'
d: (l.llxl05m¡'/r
r¡rü.ilf lutürm¡ dr HlrbsEoHoñ ¡ltLlorEcA
3{t
d: 0,023 m Que es aproximadamente igual a l" .
Con estos calculos se puede llegar a la conclusión que el diárnetro mínimo requerido es de
una pulgada; lo que nos garantiza, según condiciones de diseño, QUo el eje de I V+ " a
ttilizar, cumple con las condiciones a las que es sometido.
2.I.3 A}.IÁLISIS DE TORSIÓN POR MÉTODO CNÁTICO
Mediante metodos gráficos se realiza una comprobación aproximada para determinar si el
dirimetro seleccionado para los ejes es el apropiado,
Datos:
Potencia del motor 2.4ÍtP
Revoluciones 1050 rpm
Diámetro del eje: Diámetro de gráfico x fso donde:
fs Factor de corrección.
fs : HP motor x RPM motor
fs:2,4HP x 1050 :2520
Segun gráfico fso es 1.339
Diámetro de eje: l" x 1.339:1.339" = | 318"
Que es un valor aproximado a los obtenidos anteriormente según gráúcas de FALK (*).
31
SHAFT DIAMETERS FOR TOR,SIONAL I.OADsRPI{t0 t5 20 ?t !o ¿t0 !o e0 to t00
60 70 8o t00
AND SHEAR STRESS OF óOOO IBS PER sQ. rN.RPM
loo .oo too 600 t00 1000 rtoo ¿000EE-rr500
!oo
HF
¿00
t5
HP
300 !00t !503 ¿c@
Shoh Oro = D;o {t?eñ cnq.ri ¡ Fo(iarEromplr: t5 HP ? lC? qP.q 5r = ?5@¡o<lor j I J3?. Chorr ¡-o-¡ ? ),o lcrut.2 . r.319 = 2.578. rj¡c 2¡.." O,'a
Eromple; 2C liP O 7t ¡PM Sr.= r?OOC'-¿ 79a C\c.t ¡¡o-¡ 2'¡ ),o. ?e¡¿i' '
¿5
2't t .7?t: I 985. -¡c 2" Dio
(*) Tomado de : Catálogo de FALK pitgntnSl4.
3. sELEccróN ns RoDAr\drENTos
Por condiciones de diseño y espacio, los rodamientos que se debe'n utiltzu son de rodillos
cónicos debido al ttpo de carga que soportan; las cuales son radiales y axiales. Las cargas
a¡riales las recibe debido al proceso de corte que se realiz.a en línea o paralelamente al eje de
trabajo. Las cargas radiales las soporta por la tensión de las bandas sobre la polea que recibe
el moümiento giratorio.
Estos rodamientos van instalados en la estructura de la maquina" en la parte conocida como
sistema fijo de corte del cual se trata en un capítulo posterior. Estos rodamientos van
montados en una carcüz¿ de cuatro huecos la cual es de flicil consecución en el mercado.
33
cnirrco DE caRGAs EN Los RoDAMTENToS
f*r*. de empuje
125 mm
125 mm
Tomado : Del autor, gráfico número 6
3.I SELECCIÓN DE LOS RODAI\{IENTOS
Primero que todo debemos determinar las cargas tanto de enrpuje, como las radiales . Segun
los cálculos hechos anteriormente, la carga radial tiene un valor de 36.2K9f, lo cual
pasándolo a las unidades de Newton se tiene entonces:
36.2Kgf x( lN/ e.8 Kgf ):3.7 N
El valor de la carga de empuje o a<ial se determinó con base en medidas eléctricas. De
acuerdo con éstas medidas esa carga de empuje se puede obtener con el conzumo de
potencia eléctrica durante la operación de corte que es 0.5 amperios, por lo tanto para pasar
u
estas unidades a valores o unidades de trabajo, se procede a realizar las siguientes
operaciones:
p :W/t : (F x d ) /t :F x V :F x rxw : T xw
Entonces T:P/w siendo:
P Potencia mecánica
W Trabajo
t Tiernpo
F Fuerza
d Distancia
V Velocidad tangencial
r Radio
w Velocidad angular
. T Torque.
Para poder determinar el valor de la carga axial en unidades de pote'ncia mecánica se
reahzanlas siguientes operaciones; considerando que se ttilizaun motor trifrsico:
p: vxIxl/l cosp
p potencia eléctrica
v voltaje
35
I corriente
I factor de potencia
p: 220vol x 0.5 amp x l4I x 0.8
p: l52watt
Apücando un factor de conversión :
P:ll?wattl(745wafilIIP): % YP x76Kg f-mls / lfIP:15.5 Kgf-m/s
Potencia mecánica: 15.5 Kgf-n/s
La velocidad angular es igual a :
w :2 x 3.1416 x f
f : nl6O Frecuencia
n RPM de trabajo
w: ( 2x3.l4l6x 1050 ) | 60: 110
Entonces :
T:P/w:15.5 Kgfm / s
= 0.141 Kgfm.110 /s
T : F x d donde d : 1" : 0.0254 m ; Que es el diámetro de la boquilla de corte.
36
Fa: T ld: (0.141 Kgfm 10.0254m):5.55Kgf:Fuerzaaxial.
Ahora se procede a presentar otros datos útiles como son :
Velocidad de trabajo 1050 R.P.M.
Diámetro del eje I ll4" ó 0.03175m
Se procede entonces a seleccionar los cojinetes de rodillos cónicos apropiados utiüzando un
factor de aplicación (fl ) de tres que se utiliz.a para equipos de trabajo con madera y con
plástico. Estos equipos son usados normalmente en el corte de tal forma que su operación es
similar al de la mriquina que se esta diseriando.
Esta selección se realiza por diseño dinámico que es la petición según condiciones de
trabajo.
Primero se determina P, que es la carga dinámica equivalente :
P: Xfr + Yfa (*).
X Factorradial
fr Carga radial
Y Factor a¡rial
fa Carga a,xial
(*) Tomado de :Catálogo de FAG 41250 SA. Para rodillos cónicos serie 302 según DIN
720,Pátg95
37
Para este caso los dos rodamientos son de las mismas medidas por tener las mismas cargas,
estar equidistantes y en un mismo ejg lo que conlleva a que con seleccionar un solo tipo de
rodamiento, se cumplan las condiciones del diseño.
Segun la tabla de FAG (*)
La carga axial que hay que tonrar para el cálculo de la carga equivalente. sc dcternrinacon ayuda de la siguiente tabla:
'"mi----;p=e" [---l' t
I
-.''. ).. -. ..
/\ il\'i-- F¡B Frn
Condiciones de carga
FTA F¡BY¡-Ys
F¡A FTB
Yl YB
Fa > 0,5 (i'i _ if)F¡A FTB
YA YB
F6 3 0,5 (i'l _ lf )
Carga axial a considerar en el cálculocle la carga equivalente
rodamiento A rodamiento B
r. * o,s. frQ
Fa + 0,5'
o,s.lrA-Fa
FrB
Ve
;l-
(*) Tomado de : Catalogo de FAG 41250 SA.Pán9249.
38
Se tiene que las condiciones de trabajo de rodamientos en')f'por lo tanto son:
fa A: fa + ( 0.5 frB / yB ) Donde faf! : 6.77 Kgn
pB:XfrB+yfaB
Donde fa | fr: 6.77 I 36.2: 0.187 e : 0.4 ó más
PA: XfrA+yfaB: ( 0.4 x36.2 ) + ( 1.4 x6.77 ):24Ky
fa: 36.2+ ( 0.5 + 36.2 ) I 1.4 : 49.1
Entonces PA:PB:24Ky
Segun sugerencias de técnicos y catá{ogos provistos por ellos mismos y tomando en cuenta
las condiciones de diseño y selección; se utiliza un rodamiento de rodillos cónicos de la serie
metrica 302 ó322 , que es similar o equivalente desde la serie 30205 hasta la serie 30208.
Para la serie 302 se puede utiliza¡ un rodamiento No. 30206 donde el diámetro interno es
30mm., el diámetro externo 62nwt. y el ancho l6mm. .
Ta¡nbien se puede utilizar un rodamiento de la wie322 donde el diámetro interno y el$erno
son semejantes al rodamiento de la serie 302 ,per:o el ancho del rodamiento es 20mm. .
Todos los datos anteriores son tomados de las siguientes tablas según apendice I
Tablasly2 ManuddeZKL
Tabla de rodamientos cónicos 'T-a Balinera".
39
3.1,2 CÁLCIJLO DE LA VIDA DE TRABAJO EN UN RODAMIENTO
La duración o üda útil de un cojinete en particular, se define como el número total de
revoluciones o el número de horas de giro a una velocidad constante dada de operación del
cojinete para que se desarrolle el tipo de falla a considerar. En condiciones ideales, la falla
por fatiga se constituirá en una astilladura ó descascarada de las superficies que soportan la
carga. La norma de la antifricción Bearing Manufactures Asociation AFBMA , indica que
el criterio de la falla es el primer indicio de aparición de la fatrga .
3,I.3 CÁTCWO DE LAVIDAÚTN PORFATIGA
( C / P ) * frr : ( Lh / s}O¡'tas
Este cáúculo es válido para los rodamientos seleccionados anteriormente.
C Capacidad de carga din¡,imica de cada tipo de rodamiento en Kg.
P Carga equivalente dinámica
fri Factor de velocidad. Producto de las revoluciones típicas Segun apéndice L
Lh fluración en horas o vida fundamental del rodamiento.
Primero se calcula C :
C: [(fl /(fnxfrD)*P Siendo:
urlill|ad luttnqn¡ d¡ &clfrb
40
fl Factor de esfuerzo dinámico (*).
Lugar dc montaio cSmposcartctorlslico!pa16 los condi-ciones ds seryicio
Mrqulnarle cn gener!lTrcn¡¡ dc InmlnrciónRod¡mlcntos de empuieprrr ba?co3nodamlento! dc eias propulrorer
do hóllce¡ de barco¡
Vontlledo?o¡ poquañor
Vontil¡dor¡¡ do tiDo morl¡oVenliladorcs grandesBombar cetrlfugas
ContrilugadorEsPol.a3 prra cables de crtracclónRo.lillos prrr c¡nla trrnsporlldora
Tnmhoros frrra cinlf, tr¡ngfrorta.lorñDrige do fueda de palolsr, lusda.lo palotss y lllvador
M¡ch¡c¡rlor¡s do piodroMolinos brtidorssC.ibas vibr¡torlasGrandor eplsonrdorar vibretorie3Excitodoros sxcénlricos,Apor¡tor vibrotoriosPfonses para briquctarGrandcs brtldorasMolino! do tubo3
Rodillos paro hornor girotoriorTorno¡, lrc¡¡dore¡ y trladrrdorufloctilicadolas,Volante!Maqulnaria de impr€nta
Máquin¡s para la fabricación de papclprlla hi¡modaprrt! do secadorofinocElsñdr¡a
Móqrrinns Írnra lrtl)tlar l¡ madoraHusillos do "lupis" y árbolosporlocuchillasSic¡r¡¡ de bastidorMóquinas psra trrbalalmadera y plásticos
Moqu¡naria toxtilMóquinas para
2.0,-2.62,9-3,6
> 6,0(condicióncoñ¡lruclivr)2,5-3.6
3,O-¡1.64,5-5,52.54,5
3,0-4,0¡1,6-5,0
3.O-¡1.5
4.5- 5.5> 6,0(condiclónconslructivr)
3.O..3,53.5-4,52,6-2,81,6-2.0
1.0-1.54,5-5,03,5-4,0 i
> 6,0(condlclón I
construct¡va)4.6-5.02,7-1,52,7-4,43,4-¡t,04,0-4,5
6,0-6,05,0-6,04,6-.5,04,0-4.5
3,0-4,0 r,5-32.8-3,3 3-4
_9,0-4,0 3-5
3.6-4.7 2-83,4-4,0 8-12
6-t 06-1 0
1 5-20
5-8aiullldo! por mrd¡o dc mu?ller
3-53-53-5
según cl n' dr revolucionés2-48-1 2
1 0-30sagún la velocidad do b c¡ñttt0 -15t2-15
B -124-6¡t-63-4
3--48-r 28-r 6
t2-t8I
12-180.5-1,5hssto 0,53-8
, t-n
r 7-10I ro-rs5-8
, ¡l-8
d-oc-dh-k
o-lr-g
lgc-do-tg-¡
c-l.-l
.-t
t-h
d-lc-dd-f
g-ia-gg-hl-g
l-9r-bc-dd-tr-b
c-f€-0e-f
t-le-l
b-c¡-bb-ca-b
(*) Tomado de : Catalogo de FAG 41250 SA. Pág 263
4l
fi Factor de dureza ( Producto de la temperatura de trabajo, según apendice I ).
Entonces:
0.317C: -------- x26,5:2.8
3xl
En la tabla para tiempo de funcionamiento a la fatrga Lh para rodamientos de rodillo, se
encuentra que para el valor de C , la vida útil en horas es 15000 que es una duración
satisfactoria, ya que equivale a tener el rodamiento en uso, según condiciones de operación
durante tres arios según tablas (*).
to0 0.6r7rr0 0,635t20 0,652f30 0,668t¡t0 0,683
400 0,93s420 0,9.t9440 0,962460 0.975480 0.988
r,rso i zooor,160 i 22oor,rzo I z¿oor,reo I zooor,r8s | 2 8oo
I
1,190 | 3000
2,11 | r00002,13 i il 0002,r5 I 120002,r7 I 13000
i eoo: 820I Bio: 860| 880
1,51 5r,5601.6001,6401,675
1,7r 0r,7451,775r,8t 01.840
6 0006 2006 4006 6000 800
7 0007 2007 ¡100
7 6007 800
8 000I 2008 4008 6008 800
9 0009 2009 4009 6009 BOO
40 00042 000¡t4 00046 00048 000
50 000
3,723.783.833,883,93
3,98
2,462.532.592.062,72
2,772,832,882,932,98
3.123,¿18
3,553,613.67
| 9O0
| 920
, s.ro! 960
I seo
iro00t1 r00l1 200
¡roooir400
It soo
1f600irrootf800i1 900
500620540560680
600020640680680
700720740760780
150r60170180r90
200220240260280
300320340360380
0,6970,7too,7230,7360,748
0,7600,7820.8020,8220.840
0.8s8o,8750.8910.9060,92,|
|,000r,010|,0251.o351,046
1,0551,0651,075I,O851.095
I,r 051.1t51,125t,1 35t,t 46
1.2001,21O1.215
3 2003 4003 0003 8001,225
1,2301,270I,300t,330r,360
1,3901,4201,4451.4701.490
¡t000 1.8654 200 1,8954 400 r,9204 600 1,9454 800 1,970
z,rs I raoooI
2,2r | 1500O2,23 | 160002,24 | 17 0002.26 | 18o(X'2.28
i le0oo
2.30 i 200002,31 i 22 0OO
z,ar I z¿ooo2,35 | 26 0002.36
| 28 oo0
z.sa i eoooo2,40 I 320002.4r | 34 0002.43 | 360002,¿14
| 38000
3,023.t t3,t 9s,273,35
5 0005 2005 4005 6005 800
2,002,022,042,062,09
(*) Tomado de : Catalogo de FAG 41250 SA. Pág 266
42
3.r.4 cÁrcuro DE LA vrDA úrn poR DEscAsrE
Para el cálculo de la üda útil por desgaste, se utiüza un metodo gráfico; en el cual se utiliza
el factor de desgaste (fv) V diagramas para tiempo de funcionamiento. Entonces:
Para (fl) que es el factor de aplicación y que se ha tomado como tres el valor de (fv) esta
comprendido entre (1.5-3) y los campos característicos para la condición de servicio están
comprendidos entre ( e-f).Tabla mostrada anteriormente.
Segun estos parárnetros y de acuerdo al siguiente gr:átfico,la duración en horas de servicio
del rodamiento es de 8000 horas aproximadamente. Mostrando así que el rodamiento fallará
primero por desgaste que por fatiga según grafico (*).
ü!h9o dc luncionamicnlo [horas]
I
I
o
E
o
(*) Tomado de : Catálogo de FAG 41250 SA.Pá5267
4. sELEccróN os coJINETEs
Se debe mencionar que debido a las especificaciones de diserio, los diámetros seleccionados
para los cojinetes son de 1005 milésimas de pulgada internamente y 1250 milésimas de
pulgada externamente.
Para la selección de los cojinetes se debe de tener en cuenta que las gamas son tan amplias
como las necesidades tecnológicas, aunque en gtan número se utilizan en mecanismos de
moümiento rotativo.
Ta¡nbién se utiliz¿¡ cojinetes en mecanismos de movimiento alternativo rectilíneo, pero éstos
son utilizados en menor grado.
Los cojinetes tanrbién pueden variar su forma dependiendo del tipo de carga a la que son
sometidos. Por eso se pueden encontrar cojinetes para soportar cargas atriales, radiales o
cargas combinadas.
u
Como parárnetro importante para los cojinetes se debe de tener en cr¡enta que de acrrerdo a
las condiciones de diseño se encueNrtra una gran gama de modificaciones o ra¡ruras para un
mejor efecto de lubricación .
Se pueden obs€'rvar algunos tipos de ranr¡ras en los cojinetes segun las gráficas del apendice2.
De acuerdo a la clase de trabajo o condiciones de operación que presenta esta máquina,
considera que el tipo de lubricación más conveniente es la lubricación al llmite ya que
tienen los siguientes parámetros:
o Poca lubricación
Pocas tolerancias entre cojinetes y ejes
Baja velocidad en el cojinete (R.P.M.)
Baja üscosidad
Baja holgura radial.
En estos casos se trabaja con lubrica¡rtes de alta adherencia como mezclas de aceites
vegetales y minerales, así como ácidos grasos que no pernriten el contacto metal-metal por
str alta adherencia .
Los ácidos grasos se descomponen y pierden strs propiedades a temp€raturas zuperiores a
los l20oC, por lo cual después de estos rangos hay que usa¡ lubricantes de e¡rtrema presión
que son mezclas con aditivos químicos y cargas que permiteÍr una buena lubricación .
43
4.r sELEccróN DE coJINETES poR LUBRIcActóN rnnrs
Pa¡a estas clases de lubricación las nonnas de diserio son muy limitadas y se fundamentan en
la ocperimentación y practica. Uno de los metodos utilizados está basado en la capacidad
para disipar el calor gemerado que se enpresa así :
PxV=((Kx(tB -tA))/Fu Donde:
P Carga por unidad de área proyectada ( PSI )
V Velocidad periférica del muñón ( ft / min )
tA Temperatura ambiente ( "F )
Fu Coeficiente de fricción para la pelíc'ula
K Constante de la ecuación
tB Temperatura en la zuperficie interior del cojinae ( "F )
En la tabla (*).
rr¡Áxlvt¡MATERIAL psi
IEI./PE¡?ATURAvrÁxlvR
r
VELCCiDADvÁxltr¡¡
ípm
VALORPV
MAXIMO'
Bronce fundi<loBronce porosoHierro porosoFenólicosNilón (nr-lon)
50 000_{0 (n050 00015 0003 000I 000
l0 0002s 000
3 00015 000
15 000
Teflón 500Teflón reforzado 2 500Teflón en tcjido 60 000Dclrin l 000Carbono-grafito 60tlCaucho (hule) 50
Madera 2 000
4 5004 5008 0006m0l 000
I 500l 500
80025c0l 000
r00lm0
50I 0002 500r 0002 000
325r50t50100
2005(J()"-sot) i
, 5ooi180
zso ;
. t.so I
r50
.P = crrts, psi: f - rclocidad, flhin (fpm)
(*) Tomado de : Diseño de maquinas.
SHIGLEY, josep edwa¡d.MSCHKE, charles R.
6
El valor de coeficiente de fricción se puede leer de la gráfica 1235 (*).
En ¡ao
FIGURA 42-35
(*) Tomado de : Disetlo de maquinas.
SHIGLEY, josep edward.MISCHKE, charles R,
El valor 'Tu" e'n casos ortrernos se puede trabajar como Fu:0.2
El valor de '1C'depende de la capacidad para üsrpar el calor que presentan los diferentes
tipos de materiales utilizados para elaborar cojinetes .
A continuación se realizan los calculos de selección del cojinete.
PxV=((Kx(tB-tA))/F
El material utilizado para los cojinetes es bronce fundido, entonces :
Fux(PxV)mar
\ Porccltajc dÉ lubricsü(tn dc pcliNla mi$¡
K:(tB-tA)max
Donde:
47
tB 1040F
tA 86 "F
(pxV)mor 50000psiSm
Fu 0.12
K: (0.12 x 50000 ) | (325 - 86 ): 6000 | 239 :25.
Estos cálculos y selección son confiables ya que se trabajó con la rnáxima carga admisible
por el tipo de cojinete y con la máxima ternperatura admisible por el mismo. Lo que asegura
confiabilidad en su ur¡o ya que las condiciones de trabajo runca llegan hasta ese qrtremo.
Hay un factor muy importante que se debetomar en cuerita: el de la relación de longitud vs.
diámetro del cojinete. Cuando esta relación es pequeña, nos asegura que la liberación de
calor que presenta el cojinete será bue,na.
En nuestro caso ya que la relación es I / d = 1.25 ; esto nos garantiza que la liberación de
calor es eficiente y la selección del material es correcta .
5. MECAI.IISMO DE BIELA Y MANTVELA
5.I OBJETO Y TIPOS
Por medio de un mecanismo de biela y manivela debe transfomrarse un movimiento en otro,
generalmente de diferente tipo. Si un moümiento circular se transforma en otro alternativo
rotativo, se tiene el mecanismo de balancín según figura 4.35 ({').
-'..7==-jj"'-
Frc. 435. Mecanismo de bicla-balancirr
(*) Tomado de : Elementos de maquinas.FRATSCHNER.O.
Un tipo especial de mecanismo de biela -manivela lo constituye el de manivelas
paralelas segun figura 4.36 (*).
:.l-- -
49
Frc. Mccanismo dc n'¡a¡rivelasparalclas.
(*) Tomado de : Elementos de maquinas.FRATSCHNER.O.
Con el que se transrnite el movimiento rotativo de un eje a otro con el mismo radio de
manivela, como ejernplo en los ejes acoplados eri locomotoras. Si en los mecanismos
normales de biela y manivela el camino del &nbolo o eje director, pasa por el centro de giro
de la manivela se tiene el caso mas corriente de transformación centrada seglrn figura
4.37(*).
- rl-ta -ll It-<vuelto
Ftc. 437. Mecanismo de biela I'nranivela centrado.
(*) Tomado de : Elementos de máquinas.FRATSCHNER.O.
Si por el contrario el eje director está desplazado respecto al c¿ntro de giro de la manivela"
se obtie,ne la transmisión descentrado segun figura 4.38 ('l).
I U,l¡vrni{f.tí rr¡lAr{¡l,r ( ú ,-i,i¡.álr ¡
: .:1,¡.. .ü 'tiRi lrJl [l;. !: ..-..*.--.----:-l
5()
(t) Tomado de : Ele'memos de máquinas.FRATSCHNER.O.
Con r = Radio de la manivelq para transmisión centradq el recorrido del érrbolo es:
S : 2r , petro en mecanismos de centrado S f 2¡
En nuestro caso se considera el mecanismo de transformación centrada; por lo tanto rn¡estro
diseño y selección se enfoca e,n este tipo de elemento.
5.1.2 MECAI{ISMO CENTRADO DE BIELA Y T{ANT\¿ELA
Con¡iderecioncs fundemcnt¡lc¡ : El mecanismo de biela y manivela consta de la nianivela
con el gorrón de manivela" la biela y cruceta. En las máqufuns motrices, el movimiento
rectillneo de la cruceta se transforma en moümiento rotativo de la manivela;
por el contrario, en las m¡áquinas de trabajo, la energía procedente del á¡bol se cede en la
cruceta; o sea que se transforma un movimie,nto rotaüvo en otro restilíneo. Las posiciones
en que el eje longitudinal del brazo de manivela y el de la biela coinciderl se designa por
51
posiciones límites o muertas. Los gorrones de la manivela se encrre,lrtran entonces en los
puntos muertos. El que está del lado de la cn¡ceta es el punto muerto interior ó trasero Ko ;
el opuesto es el delantero Ko ' . Exterior e interior o zuperior e inferior ( para nláquinas
verticales como es nuestro caso ), delantero y trasero ( para máquinss horizont¡les ). En los
mecanismos centrados, los puntos muertos estan diametralmente opuestos; en los
descentrados no están situados simétricamente. El recorrido del errbolo de dentro a afi,rera
se llama "ida"; y el de fuga a dentro se llama'\¡uelta". Un mecanismo se dice que gira a la
derecha, cuando considerandolo en posición horizontal y üsto por el obserrrador; la
manivela en la semicircunferencia superior gira hacia la derecha estando la cruceta sih¡ada a
la izquierda segun figura 4.39 (*).
f---- ,.| - '', ==.-T*
=--=ff= I
/*r r_
de deslizanriento v carrera cn un nrecanismo centrado o des-centrado de biela ,¡'. nranivela.
i
Frc. 439. Presión
(t) Tomado de : Eleme,lrtos de máquinas.FRATSCHNER.O.
32
5.1.3 OBTENCIÓN DEL DESPLAZAI\4IENTO DEL EMBOLO
Si para una posición cualquiera de la manivela designamos por < el ángulo entre ésta y el
eje del camino del énrbolo ( ,ángulo de manivela ) ; y por a el angulo correspondiente de la
biela" se obüene el desplazamiento'k" del émbolo, segun grafica$a/aor'{41 (*)..l\lda
-'l
rcs. 440 ! Ul. Obtención del desplazamiento del énrbolo en un mecanisnro de bielanranivela centrado.
(*) Tomado de : Elemeritos de máquinas.FRATSCHNER.O.
Por intersección del círculo de radio igual a la longitud de la biela '1" y @ntro de la cnrceta
'B" e,on el eje del mecanismo del énrbolo, por medio de la distancia medida paralelamente al
camino del ánbolo, entre los puntos K y K' y los círcrrlos de radio "1" y centro sobre el
camino del ánbolo que pasan por Ko y Ko' Con ello se obüene para dos puntos
diametralmente opuestos, correspondientes al mismo angulo de biela p , diferentes
desplazamientos del enrbolo: Uno mayor 'k" para la ida y otro menor'k l" para la rnrelta.
En relación a la figua 440 se tiene para el camino de ida:
- | Y t,--.
tr lj
Vuelt a
53
x :r( 1- cos"()+l ( l- cos.6)
xl :r( l- cos<) -l( l-cosr)
Con lsen¿ =rseno( ,wtrto =r/s€fto( y
cos =ffi:\,¡'ilry setieneque:
x: r( 1 - cos<)j I t I -tfGnr*;Tt
Donde el signo * es pa¡a laida y el signo - es para la vuelta.
5.I.4 RELACIÓN ENTRE LAS VELOCIDADES
De acuerdo a la figura 4.43 (*).
(*) Tomado de : Elernentos de maquinas.FRATSCHNER.O.
':KT ¡:.' i \,¡,:----: i17-f'-'-----------_li_ -\{-.-'¡;: :'.i:'! ! ;i:
---------4 '.'u=-, .i':\.. _-i_'-*:-----4,
i'. -j--' ¿'-.'
vuel l ¿
54
En la figr¡ra 443 puede tomarse el movimiento instantáneo de la biela como un grro
alrededor del punto "O". Así pues, las velocidades instantáneas de los puntos (6R"
(crucetas) y 'I(" (gonón de manivela) , están en la misma relación que sus distancias al
centro de giro'0" . Si designamos por '.C" la velocidad instantanea de la cruceta que es
rgual a la velocidad instantánea del enrbolo, perpendicular a ÓE; pot 'b" la velocidad
instantánea tangencial del mufrón de manivet4 perpendicular a ffi, se tiene que:
C lv= óE¡OR
O sea que la velocidad instantánea del muñón es:
C=vx (O-B/OR)
Adernás, segun lafrgwa 443 :
OB /OR =ffi /ffi ; Tanrbiénpues
C:vx(m/ffi)con iR:r y v:rxw entonces
C= (vxwxtD) /¡=wxffii
Si elegimos una escala de velocidades tal que ffi: r = v, se tiene que ñiD representa la
velocidad C del ánbolo, correspondiente a un¿ velocidad uniforme v de la manivela. El
valor efectivo de C se tiene, teniendo en cuerita el valor de la escala multiplicando la
longitud ñID por la velocidad angular w , €!ilonces:
55
C:ffixw
Con los conceptos estudiados anteriormente y las condiciones de diseño y construcción del
equipo segun medidas ya establecidas, se procede a determinar la longitud de la carrera"
tanto a la ida '1C'como a la welta 'kl" y la relación de velocidades entre biela y manivela .
La potencia que consr¡me esta maquina es relativamente pequa:ia" lo que simplifica la
selección de los materiales a utilizar, ya que los esfuerzos igualmente son pequuios.
Es por esta raán que se utiliza una manivela constn¡ida en lámina de Yz " de acero 1045
CR. y una biela en acero estructural de I Yz" por 1" calibre 16 que es aproximadamente
llg* .
A continuación se presentan las constantes o va¡iables de trabajo:
o Velocidad de giro constante 21 R.P.M.
r Longitud de la biela 0.6 m.
o Diámetro de la manivela 0.2m.
r R¿dio de manivela 0.1m.
o Relación biela vs. radio = r I l= 0.1 10.6 : 0.16
56
Entonces:
Carrera de ida cuando : 45o y por función trigonomerica : 5.31o
x= r ( l- coso() + I t f -Vf - t r,,l *,"'ylx:o.l(1-0.707 )+0.6t.I -y1-(0.1 lO.$)¿ 1
x= ( 0.1 x0.2e3 )+0.6 ( 1 -'\f0355 )
x: 0.0293 + 0.6 ( I -\re:943 )
x: 0,0293 + ( 0.6 x 0.028 )
x: 0.0293 + 0.0168
x: 0.046 m. Para la ida cuando vale 45o
Procedemos ahora a calcular la distancia xl para la rnrelta" cuando = 45" y = 5.31"
xl = r( I - cos.() - I f t - V t +lt senql"l
xl : 0,1 ( I - cos45 ) - 0.6 t t - /l -Io7o¡¡T I
xl :(0.1 x0.293 ) - 0.6 1 t - Vffi ¡
xr = 0.0293 - 0.6 ( I -y'0.945 )
xl = 0.0293 - ( 0.6 x 0.028 )
xl :0.0293 - 0.0168
xl : 0.0125 m. Que equivale al reconido para la rn¡elta cuando vale 45o .
37
Mostrando así las diferencias en el recorrido de un mecanismo biela-manivela y
consecuentemente el moümiento del émbolo para los recoridos de trabajo del mismo (ida y
rnrelta) .
Procedernos ahora a calcular la velocidad del enrbolo para una posición oralquiera del
mecanismo biela-manivela .
La velocidad uniforme para la manivela es : n = 2l R.P.M. entonces :
v :2tt r . n | 60 Donde v : Velocidad instantanea tangencial del muñón :
v= (2ttxo.lx2l)/60
v:0.22m1s y
w = Velocidad u¡gulu .
w= vl¡
w= ( O.22ml s) | 0.1 m =2.2 I s Cuando el gorróndelamanivelaestáen K.
C: w.ffi
C: 2.2x0.065 : 0.143 m/s.
Que es la velocidad con la que es cortada la semilla o yema de la car'ia por la máquina.
5E
Con los valores de desplazamiento del enrbolo tanto para la ida'1f'como para la rruelta'kl"
se puede determinar la geometría de la rnáquina en el lugar de trabajo donde est¿ ubicada la
boquilla de corte y a su vez servirá para determinar la longitud que debe de tener la boquilla
de corte.
Con los datos anteriormente obtenidos se elrcuentra la longitud de la boquilla que es:
Longitud de boquilla 0b) = 2x '\{'
'k" desplazamiento del enrbolo a la ida
lb=2x 46mm:92mm.
La distancia que debe de haber en el lugar de corte debe ser dos veces el radio de la
manivela.
Espacio de corte (S)
S:2xr
r radio de manivela
S:2 x l00mm:200mm.
Distancia que se puede obse,nrar en las üstas de la maquina ubicadas en el apendice 3.
6, DrSEÑO y CONSTRUCCTóN DE BOQIjTLLAS DE CORTE
Las boquillas de corte son el elemento encargado de cortar la yema o semilla de caria de
azúcw.El calibre utilizado para la fabricación de las boquillas es Cal 20, eue en miümetros
seria un espesor de pared de lmm.
Debido a las dimensiones de la boquilla y al calibre de ésta, no es de consecución comercial
con contenidos de ca¡bono por encima del0.2%.
Es por esta razón que se utiliza tubo de lamina Calz} CR con un contenido de carbono
promedio de O.l5o/o.El cual es sometido a una serie de procesos térmicos los cuales se dan a
conocer posteriormente; con los que se aumenta el contenido de carbono aun0.4Yo, enla,
superficie con el que será templado,
Estas están construidas en acero de O.lSYo de carbono y sus medidas son variables ya que
está distribuida en tramo circula¡ y otro cónico.
U¡l¡aid¡rt Autú|on. rtc occllrbsfccl0N ElBl,l0TEcr
60
El tramo circular tiene como diámetro l" y zu longitud es de 1.5". El siguiente tramo tiene
una conicidad de 5o y su longitud es de I ?/t".E{ta conicidad se emplea con el fin de que la
semilla pueda ser desprendida facilmente de la boquilla.
En el entremo o punta de la boquilla se encuentran unos dientes de corte, los cuales son
construidos a lima y el número de dientes en promedio debe de ser 30, los cuales
gararrtizaráirnuna mejor operación de corte.
Como ya nrencionamos anteriormente el porcentaje de carbón de la boquilla es muy bajo, lo
que hace necesa¡io que dicho elemento sea sometido a procesos terrnicos de cementado para
añadir carbono a zu superficie y posteriormente lograr una rnayor dweza que debe ser
aproximadamente 43 Rowell C mediante el temple, con esta dureza se gorantiza una rnayor
dr¡rabiüdad de la boquilla y una eficiencia o rendimiento que alcanza entre 150.000 y
200.000 unidades de semilla durante la üda útil de la boquilla de corte.
6.I PROCESO DE CEMENTACIÓN
'?ara templar el acero de bajo carbono es necesario aumentar el contenido de carbono de la
superficie del acero, o sea que una capa erú€rior delgada puede templarse por calennamie,lrto
del acero a la temperatura de temple y después enfriamiento zubito. El procedimiento, sin
ernbargo, supone dos etapas distintas. La primera es la operación de carburizar, por
saturación de la capa superficial con suficiente carbono. La segunda representa el
6l
tratamiento termico de las piezas carburadas, püo obtener una capa srú€rior dura y al mismo
tiempo dar al núcleo las propiedades fisicas requeridas. La palabra inglesa "casehardening"
se enrplea ordinariame¡rte para indicar el procedimiento completo de carburizar y te'nrplar."
6.1,2 UÉTONOS USADOS PARAAI.JMENTAREL % CARBONO
6.I.3 CARBI.JRACIÓN
'Es el restiltado de calentar hierro o acero a r¡na temperatura inferior a su punto de fusión en
presencia de un sólido, líquido o gas el cual se descompone, liberando carbono al ser
calentado a la temperatura usada. Así es posible obtene,r, por una perietraciórL difusión o
absorción gradual del carbono por el acero, una " z.om 6 cascara" de nr¡ás alto contenido de
carbono en su superficie que eri zu interior. Cuando un ac€ro carbr¡rado se enfría
rápidamente en agua, salmuer4 aceite, etc.; desde la temperatura adecuad4 ésta cascara se
vuelve dur4 dejando zu interior blando, pero de gran tenacidad."
6.1.4 MIRIJRACION
'Es un procedimiento para endr¡recer las zuperficies de ciertos aceros aleados, calefitáridolos
eri una atmósfera de nitrógeno (gas amoníaco) aproximadamente a 510oC. .
62
Luego el acero se enfría lentamente. Las superficies mecanizadas y acabadas, e'ndurecidas
por nitruració4 suften la mínima distorsión. Las propiedades fisicas tales como tenacidad,
resistencia al impacto fuertg etc. , puede,n conferirse al núcleo por tratamientos térmicos
prwios y no rezultan afectadas por las temp€raturas de revenido hasta 5l0oC. . Los aceros
'Trlitralloy'' convenientes para este procedimie,nto pueden maquinarsen bien, tanto tratados
térmicamente como recosidos, y se forjan tan facilmente como los aceros aleados del mismo
contenido de carbono. Ciertos tratamientos ternricos debe,n aplicarse antes de la nitruraciórg
ante todo el recosido, pata anular las te,nsiones del laminado, forjado ó maquinado. Las
partes que no requieren tratamiento térmico deben maquinarse o rectificarse a las
dimensiones oractas deseadas. Deben aplicarse tolerancias justas en el acabado, pero se
daran las concesiones para el aumento debido a la absorción del nitrógeno, que €,!r general
importan aproximadamente 0.0l27mm.para una cáscara de 0.508mm. . Las piezas que
necesitan tratamiento térmico para obtener unas propiedades fisicas definidas, son forjadas o
cortadas e,n estado de recosido; luego reciben el trat¿miento térmico para las propiedades
fisicas deseadas, son desbastadas a máquin4 normalizadas y acabadas a mráquina. Si las
piezas templadas y rorenidas se normalizan después, las temperaturas de rwenido y
normalizado deben ser iguales. La temperatura de normalización puede ser inferior, pero
nunca zuperior a la de reve,nido."
63
6.1.5 ACEROS DE CEMENTACIÓN
"Todo acero de bajo carbono, por ejemplo de 0.15 a 0.2ú/o, se presta a la cementación.
Tarnbien los aceros aleados con bajo carbono pueden cemeritarse, y los metales de aleación
les confieren las mismas propiedades ve,ntajosa que a las otras clases de acetro."
En la siguiarte página vemos el grafico en el cual se puede,n obserrrar las medidas generales
de la boquilla de corte en unidades de milímetros.
Podemos notar la conicidad de corte y la parte cillndrica la cual es snrjetada por el
portacuchilla." (*).
(*) Tonado de Manual universal de la tecnica mecánic4Barcelon4Editorial labor, páginas1824 a1826
il
GRÁIICO DE BOQUTLTI\ DE CORTE
NOTA: t-A BOAUILIA ES FAERICADA EN TUEO
DE 25.4 MMY CON PAFIED DE CALIBRE 2O
?F4mmfi
EZmmfl
IIII
tII
Tomado : Del autor, gráfico número 7
7. sELEccróN y EspEcrFrcAcIoNEs DE orRos ELEMENTos
En este capítulo se mencionan eleÍientos que hacen parte de la estructur¿ como son el
sistema fijo y móvil de corte, el sistema de transmisión de potencia, el mecanismo de soporte
de los émbolos de corte así como tambien el proceso de selección del reductor de
velocidades.
7,1 SELECCIÓN DEL REDUCTOR DE TVELOCIDADES
Para el proceso de selección de este elemento se debe de tener en cuenta la potencia
consumida por la mríquina en la operación de corte y la relación de reducción requerida
según la operación de corte que presente la máquina .
Enseguida se presentan los cálculos hechos con base en los factores de seguridad
estandarizados para tal proceso con el fin de selecciona¡ adecuadamente el reductor de
velocidades.
6ó
fsl
fs?
Pdiseño = Preal x fsl x fs2
Factor de seguridad para car9a,con choque y tiempo de trabajo de 8 horas (*).
Factor de seguridad por numero de arrancadas (*).
COEFICIENTES DE SERVICIO
S..*u;irlrrbdo-:
irt:;'iilr+6'lO':
. ;. ,...24
Cargaunilormc
0.8-1.0r.0-f.21 .2-1.4
Cargavarl¡ble
1.0-1.21.2-1.4f.5-1.E
Cergacon choque
1.5-1.E1.8-2.12.O-2-4
trr¡nquo¡hora
525
100500
1000
coel.1.01-21.41.6r.8
Debo tomarse el coeficiente más elevado de entre las dos tablas.CARACTERISTICAS DE POTENCIA MAXIMA lFactor Servicio = 1l
Tabla de dl$ens¡ones
Tomado de : Catálogo de selección de reductores de velocidad. CONIESCO. Tabla l2-7.
R.lslónR:l'F l'n-¡rPm . Tamaño 4tl''KwlcvlNm
'' T¡maño60Kwl Cv lNm
T¡ma¡'lo8OKwl Cv I N.
Temaño 9O
Kw I Cvll{nr
;50,...':GOl'
il!I;:''
:.10.g};:=2O;5¿
;tS..lriii¡o':'11s",,,G0;';i¡e.';
1718t@at3C3025.1
0.50.a0.¡l0,30.3o.20.1
o.70.60.50,5 -0.40,3o.2.
2434353E37302A
120.90.Eo.70.00.¿l
0.3
1.61.21.11.00.80.5 .
0.4
5l71
879a67625E
221.9LEf.51.1
1.00.8
3.02.O
2.12.O
1.51.3t.l
1071632ü210191171l6a
{13.42.72.31.71.512
5.61.O
3.13.f2.32.O
1.6
N31535t305361
35E
3r¡5
67
Pdis = 2.4YíP xl x2.l= 5 HP.
Con este valor se seleccionó el reductor de velocidad de actrerdo a la pote,lrcia que es
realmente consumida por la ÍIáquina.
Otro fastor que se debe tener en q¡erita es la reducción de velocidades que se desea obtener
ya que cada boquilla debe cortar 2l semillas por minuto. Para hac€r esto, se debe tomar en
cuenta las rwoluciones del motor que son 1750 R.P.M. .
o Rwoluciones de entrada al redustor de velocidad 1750 RP.M.
o Rwoluciones de salida del redustor de velocidad 2l R.P.M.
La escala del redustor de velocidades es :
Escala :1750l2l
Escala=80:l
Por lo tanto las condiciones tecnicas de selección del reductor de velocidad son :
r Potencia 5 IIP.
o Escala 80 : I
6E
7.1.2 DETALLES DE CONSTRUCCIÓN
Mec¡nismo dc soporte de los émbolos de corte : El siguiente es el gráfico del mecanismo
utilizado para los vástagos o enrbolos de corte'
MECANISMO DE SOPORTE DE LOS ÉNNNOT,OS DE CORTT
250 mm mm - l- 1[X] mm
DE I.A MANIBEI.A
Tomado : Del autor, gráfico número 8
69
o
o
Este mecanismo funcion¿ con 4 vástagos; dos de los cuales presentan movilidad los qnles
!¡on encargados de realizarr el corte de la senrilla junto con la boquitla de corte. Los restantes
son fijos y son los encargados de fuircionar como guías para el mecanismo.
Todos los vástagos son de acero 1045 y zus medidas son:
Vástagos fijos 0.35 m. de longitud x t/¿" de diámetro.
Vástagos móüles 0.5 m. de longitud x Tt" de diámetro.
Los brazos de apoyo le brindan soporte a la biela y éstos estfur construidos en aoero 1045 y
sus medidas son :
r Brazo de apoyo 0.2m. de longitud x 1" de diámetro.
Todos los bujes que se muestran son f¿rbricados en aoero 1045 y sus medidas son :
Bujes de soporte | %* de diámeho erúerno x l" de di¿f,metro interno xT' delongitud.
Bujes de vastago 1" de diámetro e:rteflio x 3/t" de diámetro interno x2" delongitud.
La estrustura de soporte es fabricada en "[-l' de 4" la cr¡al por teri€r buefia resistencia a
soportar cargas y esfuerzos fue seleccionada para dicho soporte. Las medidas del soporte
son:
Uti-ni¿r¿ At;til'(! !,f úd ltli:lia¡t¡
a
o
..t. ..i,.\,ri,.::..r(llliiÉ
70
o Longitud I m.
o Ancho 0.25 m.
Todos los anteriores elementos han demostrado ser los apropiado$ para dicho mecanismo ya
que cumplen perfestarn€nte con las conüciones de diseño y selección requeridas.
Sistcme lijo dc corte : El siguiente es el esquema de el mecanismo utilizado para el soporte
de los ejes porta boquillas de corte.
7l
SISITIT{A FX'O DE CORTE
BOGUILTA DE CORTE
TUERCA DE SUJECCION
_POLEA
RODAMIENTOS CTURA DE SOPORTEEUJE SOFORTE
t-J
F-l
Tomado : Del autor, gráfico número 9
72
Este esquema de uno de los mecanismos de la maquina representa los eleme,lrtos de apoyo y
corte respectivamente.
En primer lugar se consideran 4 rodamientos para soportes de cargas combinadas (axiales y
radiales), los cuales tienen r¡n diámetro interno de | % *. Ta¡nbie,n se observan dos poleas
tipo'8", las cr¡ales son de un solo canal, su mat€rial de construcción es fundición gris y el
diámetro de la misma es 5".
Otro elemento muy importante son los ejes de soporte que son los eircargados de zujetar las
boquillas de corte. Estos bujes son fabricados €n aoero 1045 y zus dime'nsiones son :
r Inngitud 0.3 m.
o Diámetro exterior I Y1"
o Diámetro interior l"
La estructura de soporte está construida en perfil Acerco golvanizado de 10", el cual se
encarga de soportar los elemefitos ya mencionados. Sus medidas son :
o Longitud I m.
o fuicho O.25 m
Todos estos elementos se adquieren frcilmente en el mercado y st¡s ca¡acterísücas o
propiedades mecánicas son las más apropiadas para este tipo de trabajo.
73
Sisteme de tr¡nsmisión de potcncie : En el siguiente gafico se muestran los elementos
utilizados para transmitir la potencia procedente del motor hacia las boquillas de corte.
SISTEIUA DE TRANSMSIÓN DE POTENCIA
Tomado : Del autor, gráfico número 10
El sistema de transmisión de potencia con$ta de dos poleas de 5" de diámetro las cuales son
construidas en fundición grrs y que reciben el movimiento y potencia entregado por el motor
mediante las bandas. Estas poleas son üpo'8" de rm solo canal.
Otro elemento del sistefin a considerar son las bandas, las cuales son de 41"
74
Debido a las condiciones de espacio que se preseritan se optó por utilizar bandas del tipo
oB",las cuales ormplen con las condiciones de potencia requerida.
Por ultimo se considera la polea encargada de entregar la potorcia a la banda, la cual es una
polea tipo '8" de 3", construida en fundición gfrs y de tres can¿les. Los diámetros de los
ejes de trabajo de éstas poleas son :
Polea de 5" Diámetro del eje I Yl"
Polea de 3" Diámetro del eje 1 1/8 *
REDUCTOR DE VELOCIDADES Y SISITMA MÓVIL DE CORTE : En el siguiente
gráfico se puede observar como está acoplado el reductor de velocidades media¡rte el
mecanismo biela-manivela al sisterna móvil de corte. Lo que en realidad constituye un solo
mecanismo.
75
MEcANrsMo DE coRTE uórm,
EJE FIJO AL CI-IASIS
\- REDUCTOR DE VELOCTDAD
\r\H
Tomado : Del ar¡tor, gráfico rnimeroll
76
Este sistema de mecanismos de la rüáquina está constituido por :
o Reductor de velocidades de 5 HP. y escala de 80 : I
o Mecanismobiela-manivela.
o Vástagos fijos y móviles.
El reductor de velocidades es r¡n elemento prwiamente seleccionado, el onl está encargado
de proporcionar movimiento al mecanismo biela-manivela.
El mecanismo biela-manivela está encargado de proporcionar movimierito longitudinal a los
vástagos de corte. La carrera de desplazamiento longitudinal equivale a O.2m, espacio
suficierite para una buena operación de los vástagos e,lr el corte de la semilla.
Todos los anteriores mecanismos y elementos ya han sido seleccionados y diserilados
prwiame'nte.
8. SOPORTE ESTRUCTIJRAL
Esta parte se encarga de soportar todos los elementos que constituyen la máquina.
Está construido en perfil de tubo cuadrado de I y2* CR calibre 14 y conforma la estructura
general de la maquina, La'AJ" estructural que soporta los rodamientos es de 10" calibre 14
y es de material galvanizado. La estructura superior que es la e'ncargada de soportar los
vástagos de corte es construida en 'tI" de 4" HR Los elementos anteriormente
mencionados se presentan en el apendicé 3.
Todos los materiales empleados para esta estructura pertenecen a la norma A36 de ASTM.
Lo que nos garantiza la perfecta operación de los mismos, ya que la estrucúura no está
sometida a ningun tipo de cargaexterna.
Enseguida se presentan algunos cálculos con los cuales se comprueba que el material
seleccionado es el apropiado.
78
La estructura soporta un peso de 200 lb Que es el resultado de la suma del peso de todos los
elemefitos mecánicos que van ensarnblados en ella como es el motor, reductor de
velocidades, mecanismo biela manivela" rodamientos, poleas, bandas y demás elernentos.
Los siguiantes $)n los parámetros de selección:
E
cqv
Modulo de elasticidad
Esfuerzo al limite de fluencia
30 x l0 lb/pul.
36000 lb/pul.
ESQUETUA GENERAL DE CARGAS
Tomado : Del autor, gráfico número 12
Como la estructura esta conformada por cuatro soportes (patas) las cuales reciben la carga
€lrtonces por cada soporte se tiene F/4.
Fl4:50 lb.
Carga real = 50 lb x fs
fs Factor de seguridad (e'nhe 2 - 3 que es apropiado para la selección)
Carga real : 50 lb x 3 : 150 lb.
PARIE INFERIOR ESTRUCTURAL
79
El diseño se hizo como si fuera una columna larga entonces :
Pcrit:(dxnhEx D I Le'
Y Momento de inercia
Pcrit Carga real
n Número de nodos
Le Longitud efectiva
L longitud del soporte
Le:0.5L
Le : 0.5 x 0.9m: 0.45m: 18 pul
I : @critxLe¿)/ (n.x r.l4to¿xE )
¡ = (1501b x tt$ul') / (t x 3.1416¿x 30xl06 b/pul )
I : l.64xlO "pt
Si comparamos este valor del momento de inercia con el mínimo que se puede encontrar en
tablas se puede llegar a la conclusión que la carga a la que es sometida la estructura es
despreciable con respecto a la carga que el m¿terial escogido puede soportar.Ver apendice3.
-I trots¡l.c lullneina dt ihci¡fllr Ii tta^l(tl¡ l¡tFt tf,t ECr I
t0
Toda esta estructura al estar ya la máquina lista para trabajar se enq¡entra cubierta con
lámina CR. calibre 20, con el fin de proteger a las personas que trabajan en la maquina
contra cualesquier daño o accidente. A diferencia de la estn¡ctura que está sotdada, la
cubie'rta de lámina se atornilla a la estructr¡ra con tornillos de 5/16" x l" NC. grado 2; con
lo que se permite que en caso de oralquier reparación se pueda faciütar la operación de
desmonte de las piezas.
En los gráficos se muestran dealladamente los cornponentes estructurales de la máquina
según el apendice 3.
Enseguida se presentan tablas en las cuales se enumeran los elementos estructr¡rales de la
máquina y las piezas o materiales utilizados para su construcción.
E1
LISTA DE ELEMENTOS DE CONSTRUCCIÓN
Material
Tubo cuadrado de I l/2" calibre 16 CR
Tubo cuadrado de I ll2" calibre 16 CR
Tubo cuadrado de I ll2" calibre 16 CR
Tubo cuadrado de 1 l/2" calibre 16 CR
Tubo cuad¡ado de I ll2" calibre 16 CR
Tubo cuadrado de I l/2" calib,re 16 CR
Tubo cuadrado de I ll2" calibre 16 CR
Tubo cuadrado de I l/2" calibre 16 CR
eogoto de}" x 3/16" CR
"I-l' estructural de 10" g;alvanizaÁa
"LJ" de 4" CR
*LI" de 4" CR
'oll'de 4" CR
Medide
0.86 m
0.6 m
0.65 m
0.68 m
0.61 m
0.3 m
0.64 m
0.25 m
0.9 m
1.0 m
0.21m
0.25 m
1.0 m
Unidades
4
3
2
I
2
2
2
2
2
2
2
2
2
82
TABLA GENERALIZAT' A DE ELEMENTOS DE CONSTRUCCIÓTT
Descripción
Tubo cuadrado de I l/2 calibne 16 CR
"I-P'de 4" CR
Perfil galvanizado de l0" calibre 16
Áog,rto de 2" x l/4"
eog.rto de I l/2- x l/8"
Barilla cuadrada de l/2"
Tornillo de 5/16 x314"
Tornillos de I ll2" x l/2"
Tornillos de l" x318"
Prisioneros hallen de l/2" x318"
Lamina calibre 20 CR
Eje de 314" ae,ero 1045
Tuerca para tubo de l"
Buje de I 3/8" x l" acetro 1045
Buje de l" x3/4" acero 1045
Soldadura 6013 x l/8"
Unidad
óm
6m
6m
6m
6m
6m
Unidades
Unidades
Unidades
Unidades
(ax8)ft
0.5m
Unidades
Unidades
Unidades
KG
Cantidad
2
I
I
I
I
I
50
24
32
30
2
2
2
4
8
3
E3
Arrancador siemens trifásico
Rodamientos de I l/4"
Polea tipo "'\P'de 5" de un canal
Polea tipo "V" de 3" de fres canales
Polea tipo "'\P' de 4" de un canal
Pintura anticorrosiva
Pintrra azul rnartillado l4l4
Unidades
Unidades
Unidades
Unidades
Unidades
Galón
Galón
4
2
1
I
U2
%
9. PROCESO DE OPERACION
Esta máquina recibe zu energía de una fuente de 220Y. de corriente alterna y su operación
es mediante un motor trifrsico.
Después de estar conectada la máquina, inmediatamente se puede poner en operación
mediante el accionamiento de un a¡rancador eléctrico, Cuando la maquina ya esté
funcionando, se observa cómo los vástagos empiezan a subir y bajar en forma alternada,
permitiendo así que la operación de corte se realice de forma indepe'ndiente para cada uno
de los trabajadores.
En el proceso de zubir y bajar el vástago, éste pasa por €n medio de la boquilla de corte la
cual está girando, permitiendo así que se realice el corte de las yemas o semillas.
Parala operación de corte se situan dos operarios a cada extremo de la mriquina. Estas dos
personas se elrcueritran sentadas tomando tramos largos de cu'ia y colocándolos entre la
boquilla de corte y el vastago. Tomando en cuenta que lo que se debe de cortar es cada una
de las yemas de la caria.
85
La forma de las yemas después del corte es circular y alargada. Estas semillas salen
expulsadas por la parte inferior de la boquilla de corte y son recogidas en baldes o caneoas.
Posteriormente las semillas son llevadas a el laboratorio donde son esterilizadas,
inmunizadas y después presenrbradas en un invernadero hast¿ el momento de su siembm a
campo abierto.
Cuando ya han sido cortadas muchas yemas, enton@$ las boquillas de corte pierden el filo
de sus die,mes y es este el momento cr¡ando se procede a rectificar el filo con r¡na lima
triangular. Después de haber realiza¡lo esta openación durante varias ocasiones, entonces es
cambiada la boquilla por una nueva,
La forma de cambiar la boquilla es desmontando la guards de lámin¿ y aflojando la tuerca
que mantiene fija la boquilla contra el eje que le permite girar durante la operación de corte.
En seguida se monta la boquilla nueva de la misma forma ; ésta es una operación sencilla.
Cualquier otra operación de ajuste o reparación se puede realizar de rm¿ forma facil ya que
todas las piezas o mecanismos de la máquina, son desmontables, excepfuando claro está la
estructur4 la cual está soldada.
IO. CONCLUSIONES
10.1. Después de haber realizado varias pruebas y ensayos a la calidad de la semilla, se
determinó que el tipo de operación de corte mediante boquillas giratorias, es el más
adecuado, ya que no causa ningun tipo de dario mecrinico y esto se debe al angulo o
conicidad de 5o que presenta la boquilla, el cual es suficiente para permitir el fácil desalojo
de las semillas cuando ya han sido cortadas.
f0.2. Las pruebas realizadas en la medición del consumo de potencia eléctrica, mostraron
que el coru¡umo de energía por cada HP. de potencia, es equivalente a 3A.; con este
resultado se pueden realnar las operaciones pertinentes a la selección y diseño de los
diferentes elementos de la maquina.
10.3. Después de haber hecho algunas pruebas durante la operación de corte, se llegó a la
conclusión de que 2l Ciclos, es la velocidad de trabajo apropiada; ya que cuando se
aumentaba esta velocidad, los operarios perdían va¡ias oportunidades de realizar cortes y
cuando se disminuía mucho la velocidad, entonces el rendimiento era mínimo y no
compensaba la producción y operatMdad requerida,
8il
Con estos 2l Ciclos por minuto se obtuvo una producción promedio de 15000 unidades de
sernilla por día.
10.4. El proceso de la obtención de senrilla de caña de azúcar a partir de métodos
industriales, es relativamente nuevo en Colombia, ya que éste enrpezo a surgir a partir de
1990 con la introducción de tecnología brasilera. ñrora que se está adelantando en el
desarrollo de tecnología nacional; se puede llegar al punto de no solo industrializar el corte
de semillq sino tanrbien la siembra de la plántula ( aI transcunir un mes de germinacion ) de
la cari¿ de azúcar.
10.5. Debido a que las cargas y esfuerzos que soporta el eje de apoyo de las boquillas de
corte son mínimas, pues la rnayor cargq actúa sobre la parte rnás distante al centro de
simetría, entonces se calculó dicho elemento como un ejg arin cr¡ando zu verdadera forma es
de buje alargado.
10.6. Un aspecto importante que se considero, es la dr¡reza de las boquillas de corte, l¿ cual
debe de estar entre 40 y 45 Rowell C. ; dtreza que permite un rnayor rendimiento en cuanto
a unidades cortadas se re,fiere.
1O.7. Las boquillas por ser fabricadas en un aoero para manufactura de0.l5o/o de carbono,
debieron ser sometidas a un tratamiento de cementación y posteriormente al temple con el
cual se obtiene la dr¡rez¿ requerida.
?F
BIBLIOGRAFÍA
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Catalogo LA BALINERA, Rodamientos rodillos cónicos, Editado en Cali, Páginas 23-24.
ANEXOS
¿,pÉxotcE I
T¡bl¡s y gráficas para la selección de rod¡mientos
Factor do volocirlnd fn pñrn rodnnrionto¡ da r(rrtillos
nfnlnal
it.D.m. ¡ t.D.m.+ln-
| n r¡
" ¡ t'P'm'n
?. f¡. m,
n
r. p. m.
l¡f6
t 0 1,43512 t,369 j
1¡¡ 1,297t t t,2¡¡e.r8 1,203
20 1,16622 t,r33 -24 l,t 0¡[26 r,0772g f,064
30 " r,03232 1.0r 2
34 0.99436 0,97138 0.962
0.9470,9330,9?00.9080,89t
0,8860,87¡0,8050,86C0,847
60 0,838a2 0.8306a 0,82260 0.8r 508 . 0,807
70 0.80072 0,79¡[,1 0.78776 0.7817A 0,775
0,7c90,7630,7580,7530,717
0.712o,7370,733o,7280,721
100 .0.719f05 0,709lro 0-,699It5 0,690r 20 0.68r
125 0,s73r30 0,605l3s 0,657140 0,650to: 0,6¡13
150 0,637155 0,631 .160 0.625165 0,6191?0 0,0r 3 -
178 0.608 '180 0,803185 0,598190. 0,É93195 0,589
0.5840,t760,6680.6G00,553
o,5460,5400,63¡l0,5280,t23.
o.5170,5r 20,5070,5030,498
360 0,1gtl360 0.490
.370 0,486380 0,¡¡82390 0,478
400 0,475410 0,47r12O 0,¡167¡f30 0.46¡l140 0.461
450 0,458460 . O,¡t55470 0,452480 0.440.90 0,447
2 100 0,2892200 0,2852 300 0.28r2 4o0 0,2772 500 0.274
2 600 0.27t2 7oO 0.2682 800 0.2652 900 0.2623 000 0.259
3 r 00 0.257. 3 200 0.254
3 300 0.2t2'3 400 0,2503 500 0.248
3 600 0,2463 700 0.2¿13
3 800 0,2423 90O 0.?¡10¡t 000 0,238
4 r00 0.2364 200. 0.23¡l4 300 0,2334 400 , 0,2314 500 0.230
4 600 0.2284 700 0,227¡l 800 0,225¡f 900 0.2215 000 0,222
a20o. - 0,2205 400 0.2175 600 0,2155 800 0,2t36 000 0,2t I
6 200 0,209I 400 0.20t6 600 0,2056 800 0,2037 000 0,201
7 200 0.1997 ¡100 0.1987 000 0.t967 800 0.t95I O00 0,1 93
8 200 0.192.8 400 0.t90I GOo 0.t89-.iUO ' U,tE89 900 o.t87
9 200 0.t859 400 0,t 849 600 0.183
' g 8oo 0,182r0000 0,t81
10 500 0.1 78rr 000 . 0,176rr 500 0.t73r2000 0,r71r 3 000 0,t6t
r4 000 0.t6315 09O 0.r60r6000 0.t57t ? o00 0,15¡l18000 0,r52
19 000 c,t4920 000 O,ltt7
?65 | FrE
900920940960
- 980
I O00I O50
1 toot 150I 200
I 300t 400I 500
.1 600I 700
t 800I 8501 900t 9502 000
0,4440,4390.434o.4290,425
o,aio0.4160.4t20.4080,405..
o.4010,3980,3950,3910,388
0.385o3830.380o,3770,375
o,3610,3s50.3500,3460,341
0,3330.3?60,3t 90,3r 30,307
500620540560680
600620640660680
700720740760780
q00820840000880
t.
200
. 2t0, ?2oi 230' 240
I
2áO
| 200' 270
, 280- 290
: 300. 3r0
i 320330
:- 310
404211r¡€¡18
50á254EO
58
8082848088
9092949098
o,3720.3700.3670,3650,qp3 -
0,3020,3000.2970.2950.293
Itiwrsidart lilt{tnom¡ du CicciiúbSl i':,i ir ," rj' rii' liCA
L¡ Industri¡ chccosfovtcr dc rod¡mlenrcs produce el más vari¡do surrldo de rlpos y tameñosde rodamienros normales y esapaclales, gue corre¡ponden a lo¡ empleados en li mayoríade paíser del mundo entero.Lo¡ rodamlen¡os ZKL se aplican para el ilojimienrc en una variedad de producros de lalndustria magulnaria checoslovaca, tales como las mundialmenrc conocidas máquinas herra-mient¡¡ o ¡utomóvlles, motoclcletas, máguinas ?grícql¡s, bombas, ventlladores, locomo¡or¡seléctrlca¡. instelaciones de l¡minación etc.El ¡urtldo de rod¡mlentos normallzados ZKL, dado por un sumerio en la presenre publica-ción, et cl gud basta ¡uficlentemente para el constructor, casí en todos lós casos ie alo¡a-mlento.Todos los rodamientos ZKL ¡ndicados en el prés€nre catálogo, con excepción de algunostamaño¡ dc una sola hllera de bolas d_e_tipo E, se fabrican en áimensiones iorrespondientesal plrn de dlmenslones Internaclonal lSO. Los rodainienros ZKL ¡on fabrlcados de iceros pararodamlcntos, blen acredltados.Después de una conclsa descripción sobre el cálculo de la vida fund¡menral, del factor deseguridad estátlco y del resumen de denomin¡cione¡ fundamenr¡les y suplemenmria¡ de lo¡rod¡mlcn¡o¡ ZKL, c¡¡c c.tlloto Prcscnt¡ cuadros sinóprlcos dc dlmén¡lóncs prtnclpalcs, devalores fundamencalés de capacidad de carga dinámica y estárica y de pesos de rodamienros.
-En lo¡ casos de alolamientos más exigentes, el Servicio de Consuhas de la Empresa ZKL
facillt¡rá ¡ todo¡ lo¡ Intere¡¡dos Infoimcs ¡obre la ercogidr adccuad¡ dc ¡od¡micnro¡, dclaloja-mtento, montale y de la lubricaclón, correspondien¡é.
Cálculo de carga equ¡val€nte dinámica de rodamientos ZKLLe crr¡r egulvrlentc dinámlca de cualguier rodamiánto ¡e c¡lcul¡ por lr si¡ulenrá ccu.cióngcncnl:
P: XVF¡ * YF.en donde
P - cargr eguívrlente dinámica (kp)F, - cargr radlal exlstcnre (kp)F. - carga axial existence (kp)V - coeficlente de roeciónX - coeficience de carga radialY - cocfclcntc de carga axlal
Los valores de coeficien¡es V, X. Y s9 dan en las nblas 1 y 2.
Goclclcnte ddrot¡clón V
I Con crrgr pcriférice I Con c¡rtt por
T¡ble I
T¡io dG rodrmicnto
Rod¡ml¡ntoc d¡ r¡dlllo¡ r rótl¡leRodrml¡nro¡ rl¡ldor dr ua¡ ¡olr hlbn d¡ boh¡ du.nont¡blc¡Rod¡mi¿nto¡ ¡xlrlc¡ dc bolu y dc búrll.tc¡
Lo¡ dcml¡ ¡od¡ni¡nto¡ ,
dll 1ro intGrior i puntor del ero Int¿rior
Cocflclcntc¡ X c Y T¡bl¡ 2
Tipo dc rodrmicntos
Fil
vF,--t.
i-Y-
fr="
iod¡mientá¡ rigidos dc un. '
! - O,Of4' ¡ol¡ hilcr¡ dc bolr¡ del tipo EL, r-r¡ 0.026. R, lÚo, .60, ao N, óo NR,-ó2, O,O5ó0,064
. 0,f10
2,ó'1,*)1,71r,5t1,451,3f1,15f .0¿r,00
0,r90,220,26o,2E0,300.340,360.420,u
i o io,¡c0 0,5ó0 0,5ó0 0,5ó
. 0 0,5ó0 0.5ó0 '
0,5ó0 , 0.5ó0 0.5ó
62 Z).62 22. ó2 N, 62 NR,522N, 62 2ZN, ó2 ZNR,622ZNR. 63,6?2,6t 22, ót N, ó3 NR,.' 6:t zN, 63 2ZN, ót ZNi,63 zZNR. 64, ó¿ N, ó¿ NR
I o,t70 I' 0,260 l.0.ó20 1
0,5óo f
' 2,50ii 0.20I
Rod¡miGñro3'rí¡ldos de unt¡ol¡ hilcn dc bol¡¡ de¡mon-trbl.¡ drl rlpo E 0,50I
Rod¡¡ni¡mo¡ de un¡ ¡ol¡ hilcr¡do bolu con contrcto ln¡ulerdcf tipo [ ?il I o,11.1 . 0,E7
Rodemlcnró¡ dc dos hilcr¡ de l3lt0G-f 3lD4 |
bolu dcl tipo t33 (mtrociónrnütu¡) 11 l2K, Xl, Xl 9,, t r2G-1203f3,-f3K,2:',23K i iwiffi' f 20L-1269
121É1212121*1222
. 1222-1230
0,3i¡
0.3r0,270.23o,?10,f I0,17o.20
oJo9370,310,20o,26o,2E
0,340.2E0,25o,23
0.ó0o,520,450,¿t0,37
i
I
I
I
I
I
2,9
3,t3,ó1,24,65,2s,74,9
2,02,63,t3,53,83,5 '
2,93,53.?1,2
t,ó1,92,22,42,6
I
i
0,ó50,ó50,ó50,ó50,ó50.ó50,ó5
0,ó50.ó50.650,ó50.ó50,ó5
0,ó50,ó50ó50,ó5
0,ó50,ó50,ó50.ó50,ó5
!
I
2,02,32,73,03.1; !,2
" 3'2
. 1.3' 1.7
; 2,0: 2.3| 2.¿i 2,3
: I,E. 2,22,5'. 2,E
1
I
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1
I
1
1
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I
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1,9 : 0,ó5¡
220É220¿2205-2207220&+2299221822132211,-22292221-2222
r30Lt30i¡. f 301-13¡5
130Lt309131L1322
23f)1' 2 2-29¿2305-23082W-2312
, 231*2322
f,01,21,41,51,7
@lCocficicntc¡ X e^ Y
I
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II
II
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Rod¡micnto¡ dc do¡ hllcre¡ dc -bol¡s_con conncto rn¡ulrr tioo31 33
Tipo dc rodemicntor
i,,E,S.
XY-
o,ó2 i t.fl io.a¿
-i_!_
1 ' 0,73
Rod¡m¡cnt de do¡ hllor¡s dcbfr?lhtGr, tfpo 230, 2tO K,?l!. 23f K. ,4
'¿oK, 2t¿
t3r K, 223. ¡23 K
2&2L2fi72 12307ó-230/500 l.
23122-2312E23r30-23U500
2220'-22?p,7 ,
2220L¡22m9 1
2221É22211-2221*22222
'2222¿-ZZZU ,
2321*2322023222-23264
2,1' 2,9
2,22.1
2.12,62,62,62,3
2,0I,E
f,óf,E2,O
0.67 4,00,67 4,6
9,67 | 3.20,67 3.f
:0,67 . 3.10,67 i 3,90,67 : 4,20,ó7 : 3.9o,ó7 ;' 3.5
i o,r'0,23
0.67 , 3,00,67- 2,7
2,L2,73.0
o,67o,670,67
0.3r0.32
0,320.26o.21o,26. 0,29 .
0,3¿0.37
0,t20.37o,u
¡
0.3¿0.37o,42o,u
0.37o.410,4¡ ..
-0,290,3r0,34
0,8tt
0,300.3¿
1,151,ó0I,tñ1,35
'1,&1,(5t,ó0
2,101.901,75
o,72.
2,001,75
Rod¡micnro¡ dc rodtllo¡ .¿n¡. i soeB-.3020¿ i
co¡. ripo 302, 322, 3o3, 3t3, i #pJ:!i 30224-30230
;0
io¡0
r¡1,2 | ; Condición:' Y-l.i F,ÉO,SjF.
con rod¡micnos üi¡td dc bol¡¡ F¡ -.o (c¡to¡ rodrmi¡nco¡ no sr purdln c¡rtrr.n rntldo redirl) | y ¡ l.,"9r1 'ji.'n"..¡ dc un¡ hilon d¡ ri'dilbi;mnd;rc;il'ñ' r,lr.-i ¿. ,üi¡lrii iliii'¡¡iJi'y dc e¡uies F. - e
3220ó-3220E3220',-3221t3221L32224
30302--303053030L3030730308-3032¿
31305-3131¿
32304-32¡53230L32324
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,0;0'0:0I
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Rodrmi.ñto¡ rxlrlc¡ d. b¡rrt.h.r, rtpo ¡t¡. ¡?t. ¡t¡ .
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RODAMIENTOS DE RODILLOS CONICOS '
Series métricas 3O2 y 322
I
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I
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.-I-Serie 302
Para mayor inf0rm¡-c¡ón consulte a La Balinera. Tel. 803492, Fax: g96502
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Serie 322
23
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Fotl¡mi¡ntoNúmero
Dlmensionesen milimelros
B.
'3020"?
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30212
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302f 4
30215
30216
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30218
30219
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30221
392.2
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21
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25
26
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I34 136 138 1
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RodamrentoHumero
Dimsnsiones en mllímetros
D
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32209
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32,11
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31
31
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46
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58
I :t.
RODAMIENTOS DE RODITLOS CONICOSSeries métricas 303 Y 313
r-T-
Para mryor lnformeclón consulle a La Balinera. Tel..803492' Fax: 896602.
- C.i
RodrnllnloNúmcro
Dlmm¡¡ona¡ 3n mllímctro¡
B.d. D.
30002
30303
30304
3030t
30306
30307
30308
30309
303f0
3(Bf I30312
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30311
3031 5
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30318
15
17
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30
35
40
45
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150
160
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21
23
25
27
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33
35'37
39
11
43
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Serie 313
RodrmltntoNúmso
Dimen¡ionr¡ ¡n mllimetros
d. D. B.
31 305
31306
31307
3130E
31309
31310
3f3l f
313f2
31313
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31316
3f317
3f3r8
25
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23
25
27
29
31
33
3s
37
394l43
APENDICE2
Tablas y gráficas para Ia selección de cojinetes
58ó Diseño de elemenlos mecánicos
FIGURA 42.29Coiinetes de tipo buje.
matcriaf de revcstirniento o sin é1. Una pieza aseguradora fija cl cojinete en posición e impide elmovimiento axial o rotatorio en su alojamiento.
En la figura l2-31 se dan algunas formas comunes dé ranuras para lubricación. En general,puede introducirse el lubricante desde el e.\tremo del buje, a través del eje, o bien a trávés delpropio cojinete. El fluj.o pucde ser intermitentc o coririnuo. La práctica habi¡uat es suminis¡ra¡
. 'el
aceite por el centro del buje, de manera que escurra hacia ambos extremos, aumenrando asi elflujo y la acción enfri'adora.
/Fr tF-t ,tl\Z.- I \,, . COJINETES DE EMPUJE 1
Esrc capitulo cs¡á dedicado al estudio de ta rnecánica de la lubricación y su aplibación al diseñoy análisis de los cojinetes de carga radial o sopor¡es de muñón. El diseño y el análisis de los coji.netes de empuje o carga axial es también una importante aplicación de la teoria de la lubrica-. ción.'No se iniluye aqui irn esrudio deralladó deios cojine¡es de empuje, porque no aportarianada significativamenle distinto y además por tas limitaciones de espacio. Despuis de haüer esru.-diado este capítulo no será dificil comprender la información p-ublicada aceica de los cojineresde empuje y aplicar esos conocimien¡os a easos reales de diseño.
Third Avc., lrr.r.v¡ l'o¡1. Nl' 100::. l9ó?. CBBI. lJ6ü) Delroit Are.. Clevet¿n<t. OX,.t+tOZ. tgOZ.
. t!, Cotr brJdi$
FIGURA 12-30.€oiinetes o buies de dos rié¿as,
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t¡t Sin bri.¡ar
lD) Eujc con rcvcs¡imicnro
CoJineres.cfecontoctodeil¡zonley'tubr¡cdción Sg7
wt7ñ1, (¿,
tt(.1
FIGURA 12.31
(bt
Nll)
IilÑI(d)
N.WTq/r)
vrs¡as desariolladas de tas conhguracrones trprcas de ranuras. lCorlesra cte Clevetande'ephite Brcnze Company, Divis¡ón de C,evite Corporaiion,l
La figura 12'32 ilustra un coj¡nete de empuje que básicamenre es un disco rorarorio quedesliza sobre qna corona fija. El lubricante es srrastrado a las ranuras radiales e impulsado a iosespacios en tbrma de cuña pqr el movimien¡o del disco. La lubricación hidrodinámica 1o de pelicu-la complea) se obti€ne si la velocidad del disco es continua y suficienremenle alra, si el lubrican¡etiene la viscosidad coffecta y si el suministro del mismo es en canridad suficienre. La figura l2-33ilus¡ra la distiibución de la presión én condiciones de lubricación de pelicula roral.
Se debe obs€rvar que freiuentemente tos cojinetes se fabrican p.oul,o, de una brida, comose ve en la figura 12'34. La brida o resalto fija la posición del cojinere eniu alojamienro. y ab-sorbé también carga a.rial' Sin embargo, aun cuando esré ranurada y renga li¡ lubricaciórr adc-cuada, este dispositivo no es un cojinete de empuje con lubricación niaroa-inarrr,i.". Lo a"i..i"tse debe a que el espacio de holgura no es currciforme o de cuña, sino que rjene cspesor unilbrme.un r-azonamiento sjmilar se aplicaria a diversos diseños de arandetas de empuje.
FIGURA 42-32Co¡¡n€l€ d€ enrpui€ con almohac,illas liiasl lCortasia cte lhe wesringhouse Cor)orat,on Re.searcn Labontoiles.l
),i\'J.'\)
588 Diseño de elemenlos In€cÓnicos
FIGURA IZ.SACot¡rtele tle bu¡e con brrcta, cgpaz cte-soportür cJrgas radial y ¡xial'
FIGURA ,I2.33. D¡strlbuc¡On d. l¡ presión d6l tubricant€ en un co¡in€t€ do empuie. laütcsl. d. @Pp't nt'
search Coryo/,a',ionJ t
42- 4 6 coJtNErEs coN LuBRlcAcÉN At t¡MrE
Cuundo drrs superticies sóliclas clesli¿¡¡¡¡ u¡ra.sobrc otra, cor¡ sólo u.ia pelicula parcial de lubrica¡¡'
i. .rr,i..ir.r, ,i d¡.. quiii.n.n lubricación at límite. Esta lubricación por pélicula delgada o mi'
ninla se produce.n au¡in*,.., lubricuclos lridrodilá¡¡¡ic¡¡rtrctllrj cuattdr,r se ilriciu cl lt¡ovitt¡ic¡tto o
termina éste, cuando aunrenia la carga, cüand.o decrece el suministro dc lubricación o sicmpre
qu. o"urrun-can¡bios en ta operac¡Onl Desde lüego, hay.. un gran número de casos de diseño en
los que deben urilizarselcojinttes con lubricación at limire debido al tipo de aplicación o a la si'
tuación comPetitiva.- El cocficienre de fricciÓn para superficies lubricadas con peliüula delgada puede reducirse
sonsiderablemenle por medio -dc
aceiles aninrales o vegctales nrezclados con grasa o aceite m-ine-
ral. A los ácidos grasos, conlo él esteárico, el palnriricó o el oleico, o a varios de éstos, que figu'
ran en la* grasas aninraies o uegenles, se les llama ageares de uceitosidad. Estos ácidos reducen'
"l ,"r"*"i,o por su fuerre ai¡n¡aaa cor ciefras superficieq mctálicas, o pori¡ue tbrman una pe'
licula jabonosa que se adhiere a las superficies nrátálicas por reacción qqimica' Por tanto' las
APÉI\IDICE 3
Fotografías y planos de l¡ estructur¡
l'
il".ll I-S.Apóndic¡ C. Propirdrdu dr prrfilo ü¡ ¡e¡ro
lUnid¡ór¡ ¡ngt.rrdAr¡ulocL¡ó6 ¡gurl.t
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COJINETE
NOTA: COJINEÍE DEBRONCEFOSFORADO
FIRMA :JHON JAIRO MUNOS
INCRIPCIONADICIONAL:TOLERANCIAMEDIDA LIBREr 0.3
MEDIDA:
MM
DESIGNACION:COJINETE MOVIL
I
TITULO:DISENO Y CONSTRUCCION DE MAQUINA CORTADORADE SEMILIA DE CANA DE AZUCAR
I,LIE.N IE.:PROYECTO DE GRADO
No.: MT 02
D 1et
INCRADtCtOTOLEMNCIAMEDIDA LIBRE* 0.3
L--rr-J
MEDIDA:
MM
DIBUJOCANTIDAD:
DESIGNACION:BIETA
oDISENO Y CONSTRUCCTON DE MAQUINA CORTADORADE SEMILI.A DE CANA DE
ULIE.N IE:PROYECTO DE GRADO
ESCAI.A:
1:1
JHON JAIRO MUNOS
TITULO:DISENO Y CONSTRUCCION DE MAQUINA CORTADORADE SEMILI.A DE CANA DE AZUCAR
DIBUJO ADICIONAL:CANTIDAD:
DIBUJO: J-MUNOS CLIENTE:PROYECTO DE GRADO
FIRMA :JHON JAIRO MUNOS?FVISO: J.SINK(
NORMA: DIN 6782INCRIPCIONADICIONAL:TOLERANCIAMEDIDA LIBREr 0.3
ESCAI.A: DESIGNACION:POLEA DE REDUCTOR
DIBUJO No.: MT 041:1
MEDIDA:
MM
ORDEN :FECHA : ABRIL 1997SUSTITUYEPROCEDENCIA :
DESIGNACION:POLEA DEL NIPLE
PRTSTONERO 1/4i 20UNC
MUNOSJAIROJHON
INCRIPCIONADICIONALTOLERANCIAMEDIDA LIBREt 0.3
MEDIDA:
MM
t... | .r'\r-r,----l--I
\.t' '
---'----J---l
\ | /
DISENO Y CONSTRUCCION DE MAQUINA CORTADORADE SEMILIá DE CANA DE AZUCAR
PROYECTO DE GRADO
ESCAI.A:
1:1 DE CORTEDIBUJO 05
1 0lo¿
DISENO Y CONSTRUCCION DE MAQUINA CORTADORA CANTIDAD:
JHON JAIRO MUNOSULIE.N IE.:PROYECTO DE GRADO
FECHA : ABRIL 1997
DESIGNACION:MANIVEI.A
TOLERANCIAMEDIDA LIBREr 0.3
MEDIDA:I f I ¡
DESIGNACION:
POLFA DEL MOTOR
1 /( 2oUNC
DIBUJOCANTIDAD:
JHON JAIRO MUNOS _
INCRIPCIONADICIONAL:TOLERANCIAMEDIDA LIBREi 0.5
MEDIDA:
MM
22"r"a
TITULO:DISENO Y CONSTRUGCION DE MAQUINA CORTADOMDE SEMIL1A DE CANA DE AZUCAR
PROYECTO DE GRADO
DIBUJO No.: MT
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