Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

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DISENO Y CONSTRUCCION DE UNA MAQUINA PARA HACER HOJAS PARAALBUM. Trabajo de grado presentado como requisito parcial para optar el título de INGENIERO MECANICO. Director : Julian Portocarrero. -.:; --; -- --J ! **",*".j*1'::l..'..,'-'. . -. 03233? CALI CORPORACION UNIVERSITARIA AUTONOMA DE OCCIDENTE DIVISION DE INGENIERIAS PROGRAMA DE INGENIERIA MECANICA r999 l9f "ÉrhiÉto rY- ililllltütuzurllruru|üilil

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Page 1: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

DISENO Y CONSTRUCCION DE UNA MAQUINA PARA HACER HOJAS

PARAALBUM.

Trabajo de grado presentado como requisito parcial para optar el título de

INGENIERO MECANICO.

Director : Julian Portocarrero.

-.:; --; -- --J!

**",*".j*1'::l..'..,'-'. . -.

03233?

CALI

CORPORACION UNIVERSITARIA AUTONOMA DE OCCIDENTE

DIVISION DE INGENIERIAS

PROGRAMA DE INGENIERIA MECANICA

r999

l9f "ÉrhiÉtorY-

ililllltütuzurllruru|üilil

Page 2: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

DISENO Y CONSTRUCCION DE UNA MAQUINA PARA HACER HOJAS

PARAALBUM.

RENATO PISCIOTTI CUBILLOS

CALI

CORPORACION UNIVERSTTARIA AUTONOMA DE OCCIDENTE

DIVISION DE INGENIERIAS

PROGRAMA DE INGENIERIA MECANICA

1999

Page 3: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

T6zt-?ts? ("¡záo'a

AGRADECIMIENTOS

A la Corporación Universitara Autonoma de Occidente.

A nuestro director de tesis, ingeniero Julian Portocarrero.

A la empresa Pisciotti Ltda, especialmente a mi tio Victor Pisciotti

por su apoyo y confianza para llevar a cabo este proyecto.

A todas aquellas personas y amigos que de una u otra forma

nos colaboraron y apoyaron para terminar el presente trabajo.

No nos queda más que decirles, gracias , muchas gracias.

Page 4: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

DEDICATORIA

A mis padres Edith Cubillos y Gustavo Pisciotti , a mis hermanos

Doménico, Gustavo Carlo y Lorena. Los cuales me dieron su apoyo y

seguridad cuando decidí realizar mis estudios por fuera de mi tierra .

También quiero dedicarle este logro a mi tio Victor Pisciotti y su familia

que me acogieron en su casa como un hijo más y conte

incondicionalmente con su ayuda para todo lo que pude necesitar en mi

carrera como ingeniero mecánico.

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NOTA DE ACEPTACION

Aprobado por el comité de trabajo de grado

en cumplimiento de los requisitos exigidos

por la Corporación Universitaria Autónoma

de Occidente para optar al título de

INGENIERO MECANICO.

.P

Cali, julio de 1999.

Page 6: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

l.

TABLA DE CONTENIDO

INTRODUCCION.

Descripción del proceso de fabricación de la hoja para

album.

hediseño de la máquina.

Descripción de la máquina.

Eje portarrollo.

Frenado de rodillos tensores de plástico.

Rodillos de alimentación.

Rodillos engomadores.

Horno.

Troquel.

Guías y mesa para la hoja.

CALCULO DETORNILLOS.

Clllculo de tornillos para la base del horno.

CÍilculo de tornillos para la base de la engomadora.

CALCULO DE LA SOLDADURA.

l.l.

1.2.

t.2.1.

1.2.2.

1.2.3.

1.2.4.

r.2.5.

r.2.6.

1.2.7.

2.

2.t.

2.2.

3.

2

2

3

3

5

5

6

6

7

8

8

t4

l8

Page 7: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

3.1.

3.2.

4.

4.t.

4.1.2.

4.1.3.

4.t.4.

4.1.5.

4.t.6.

5.

Cálculo de la soldadura en la base de la engomadora.

Cálculo de la soldadura en la estructura principal.

DISEÑO DEL SISTEMA DE TRANSMISION DEPOTENCIA DE LA MAQI.JINA.

Dimensionamiento de las cadenas y sus respectivospiñones.

Determinación de la potencia de diseño.

Diámetros de los piñones.

Comprobación por resistencia de la cadena.

Fallas en la cadena por estática.

Fallas en la cadena por fatiga.

DIMENSIONAMIENTO DE LA PAREDAISLANTE DEL HORNO.

CALCI.JLO DE EIES.

Cálculo del diámetro del eje.

Cálculo del esfuerzo alterno.

Cálculo del límite de fatiga.

Diagrama de momento y cortante del eje delrollo de plástico.

Cálculo del diámetro.

Cálculo del límite de fatiga.

Comprobación de los ángulos de la estructurasometidos a flexión.

l8

22

2t

3l

3l

32

33

35

36

37

40

4l

4

45

6.

6.1.

6.1.1.

6.1.2.

6.2.

6.2.1.

6.2.2.

6.3.

49

50

50

53

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7.

7 .1.

7.t.t.

7.2.

7.2.t.

7.2.2.

8.

8.1.

8.1.1.

8.1.2.

9.

9.r

9.1.2.

DIMENSIONAMIENTO DE LOS ENGRANAJES.

Cálculo del piñón recto.

Determinación de la carga tangencial de los rodillosalimentadores.

Comprobación de los engranajes para que no fallenpor flexión ni por picadura segrin la AGMA.

Esfuerzo por flexión.

Esfuerzo por picado.

DrsEÑo DEL TROQUEL.

Selección del cilindro neumático

Consumo de aire del cilindro.

Selección del compresor y depósito

SELECCION DEL MOTOR ELECTRICO.

Cálculo del momento de inercia de cada elemento.

Cillculo del la masa , velocidad y aceleración de lacadena.

Clllculo del torque del sistema.

Selección del motor.

56

56

57

58

60

6l

u66

66

68

70

70

80

83

90

9.2.

9.3.

Page 9: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

INTRODUCCION

Dada la actual situación del país, donde la tasa de desempleo es alta, y donde la

creación de nuevas fuentes de trab:rjo son dificiles, la construcción de esta máquina

para hacer hojas para albunes contribuyó al menos para la generación de cuatro

nuevos empleos para laelaboración de albunes fotográficos; que aunque no es una

cifra considerable de nuevos empleos, aporta un granito de arena para esta dura

situación en que seencuentrael país.

La construcción de esta máquina permite agilizar la elaboración de las hojas para

álbum, lo cual repercute en el precio y calidad de dicha hoja. Permitiendo de esta

rnaneraentraral mercadocon un buen precio.

Page 10: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

RESUMEN

Este proyecto se llevó a cabó gracias al patrocinio de la empresa Piscioni

Ltda , y? que dicha máquina era para la empresa

Destacando en este trabajo el hecho de que la mríquina permitió generar en

un inicio 6 nuevos empleos , aportando así un granito de arena en la

generación de estos nuevos empleos , dada la acnral siuación del país.

La importancia de esta máquina radíca en que el proceso anterior para fabricar

la hoja para album era lento . Con la corrrt occión de esta miíquina donde se

hacen los procesos de engomado, secado , plastificado

troquelado y corte se hacen en un solo paso; permitiendo así el aumento

de la producción de dichas hojas a un menor costo y buena calidad.

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l. Descripción del pnoceso de fabricación de la hoja para álbum.

Este proyecto consiste en diseñar un conjunto de aparatos unidos en uno solo para

poder producir hojas para álbum.

El proyecto consta en tomar una bobina de papel bristol 250 grs haciéndola pasar

por unas engomadoras , las cuales engoman el papel por ambas caras ,

posteriormente este papel se hace pasar atravez de un horno el cual seca

parcialmente el pegante, antes de que el papel engomado llegue a dos rodillos de

caucho en donde se le adhieren por ambas caras una cubierta de plástico (polipro-

pileno ), estas hojas pasan finalmente a un troquel neumático que perfora y corta

al tamarlo determinado.

Con base en lo anterior se necesita diseñar y construir una serie de elementos,

como son la engomadora , el horno, el troquel, la estructura principal y el

portabobina ; y así poder conformar la máquina para producir hojas de álbum.

Page 12: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

1.1. Prediseño de la máquina.

Para el prediseño de la máquina se tiene en cuenta los procesos que se llevan a cabo

para hacer una hoja para album, como era hacer las lineas de engomado en la hoja por

ambas caras; el secado de esta goma una vez aplicada al papel, luego crear la manera

de aplicar la cubierta de plástico por arnbas caras, y por último cortar y perforar estas

hojas.

Todo esto con el fin de lograr un proceso automático sencillo, pero con un gran

rendimiento a la hora de producir dichas hojas para albunes.

1.2. Descripción de la máquina.

L,a máquina se compone de ciertos elementos que van desempeñando cada uno una función

especific4 para asl procesar y producir la hoja para album. Ios principales elementos que

comlronen la máquina son: El eje portanollo, la engomadora encargada de aplicar el pegante

por ambas caras al papel, el homo parael secado, los rodillosde alinrentación encargados de

adherir el plástico y finalmente está el troquel, cuya función

es perforar y cortar la hoja al t¿mario establecido.

2

Page 13: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

1.2.1. Eje portarrollo.

Es el encargado de cargar la bobina de papel bristol, cuyo eje va montado sobrc ¡odamientos

en sus extremos tal como aparece en la fig 2. Estos rodamientos estan en

una pequeña caja hecha en ángulo, lo cual facilita el montaje y desmontaje del rcllo.

flolott""tt\o=,

6c5s hrÁo .". ün1o\s(

FIG No 2

1.2.2. Rodillos tensores del plástico y frenado del rollo de papel.

L¡s rodillos tensores del plástico son los que se encuentran en la fig 3. y están encargados

como su nombre lo dice, de tener el plástico tensionado y a la vez alineado

conel papel antesdeadherirseaeste. Paraayudarambién atenerelplifsticotensionado, se

tiene en los ejes que cargan el rollo de plástico unas bandas las cuales van

ftrenando el eje y asf impedir la desenvoltura del rollo.

I

Page 14: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

-- Rollo üe 0túbl', co

Rot.tlo'Tensor

R"Jillo Tcntror

Fig No 3. Rodillos tensores.

El frenado del papel se hace por medio de una abrazadera recubierta en felpa

(verfig4 ).

Fig No4. frenado dcl eje

I

-o BonJc

Page 15: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

1.2.3. Rodillos de alimentación. ( eie f y 2 )

Son dos rodillos recubiertos en neopreno que hacen contacto entre sí, tiran del Papel y

hace que este sea desenrollado alavezque lo conducen a la flltima etapa del proceso

(perforado-corte). Esos rodillos serfln fabricados con unabarraperforaday recubiertos

en ncopreno para que garantice el arrastre. (ver fig 5).

3..ñd'¡*'"\o¡SGo f 'C'Fo

R.to\e '- 'o'rt\ ¡lü:,oge cn€

Fig 5. Rodillosde alimentación.

1.2.4. Rodillos engomadores. Estos rodillos son los encargados de aplicar el

pegante a la hoja por ambas caras; van montados sobrc rodamientos, los cuales a su vez

están acoplados a un sistema que posee para graduar el paso de pegante entre los

rodillos (verfig6).

FigNo. 6 Rodillosengomadores

g

=

Page 16: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

1.2.5. Horno. Esunhomodercnrperanrnaconboladaelcual debe poscerdosr€sistencias

eléctricas, asf como su tennocupla y pirometro que son los elementos que pueden

controlar Ia temperatura que sc desea denro del horno. (ver fig 7).

Fig7. Horno.

!.2.6. Iboquel. Encargado de perforar y cortar la hoja del álbum; el cual se

compone de tres piezas fundamentates, las cuales son: El Portapunzones y cuchilla, la.s

guias de punzones y el dado matriz. En la fig 8 se ven estas partes y el cilindro

neumático cn la partc superior del troquel.

La carrera de entrada y salida del cilindro se controlan con una válvula solenoide y un

microintem¡ptor que controla dicha válvula para que abra y cierre intermitentemente.

6.

üntr rliü¡.s

Page 17: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

_t__:

Fig 8. Troquel.

1,2.7, Guías y mesa para la hoja. Esta.s guías van colocadas en la estructura

principal, con el fin de mantener la hoja guíada desde que sale del horno h¿tsta que entra

a los rodillos alimentado¡es.

La mesa que va después de los rodillos alimentadores también Posee unas guías

fabricadas en ángulo para que de esta tbrma la hoja entre siempre al troquel

correctamente, y así las perforaciones de dichas hojas concuerden por el lado de las

gr¡fas.(verfig 9).

Fig 9. Gufas y mesa

z

,, n rl [-j'' Po'\* co.\'\\o'

co"r,'.\\s. u : E*6u.$5

.- jl-o"-\-.c7=' | ^: llr','rvrr s

Page 18: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

2. Cálculo de tornillos.

Estos cálculos nos permitcn conoborar si los tornillos que se van a utilizar panr sostener

labascdcl hornoy qgarrarlabascde laengomadora,están contctarrpnrc seleccionados.

2.1. Cólculo dc tornillos p¡r¡ la b¡se del horno. En lafiguraNo 10. se muestra

un esquema de la base del horno y las fuerzas que aparecen sobre esta junta.

C7

Fig 10. Base parael horno.

Como son dos tornillos en el punto E , la carga por cada tornillo será de Ft2.

EMc=0

FZN*25cm -7cm+Ex=0

Ex=4.900N/cm = 700N7cm

Iw

3"lz NI Js"nü- E¡¡

t

Page 19: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

F=E(=

Peso aproximado del horno.

Fuerua horizontal que soporta el grupo de tornillos superiores en el punto E

Se hizo el cálculo para el tornillo de arriba que es el que soportará mas carga. Dado el

efecto de momento que causael peso del horno.

Como se uüliza¡on dos tornillos, la fi¡erza sobre un tornillo será:

FE = 700N/2

350 N

Los tornillos sorietidos a tensión y cortante se pueden calcular con la siguiente formula

que aplicael criterio de Von Mises.

sp)

Por tanto la ecuación queda:

Exf2FE

FE

Sp> Fi 12 At + C*Fe*FS)2

2At

Donde el esfuerzo para dos tornillos es:

3 ( F*FS )2

4At

2

Page 20: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

ox = gi- + c*IiE*FSzfut zfut

Yel esfuenocortante O(y es dividiendolacafgaen loscuatrotornillos.

txY = F*F.S4At

Donde:

Fe = Cargaexternasobre lajunta.

C = Constantedelajunta.

H = Carga de apriete sobre el tornillo.

FS = Factorde servicio ( veranexo 3 ).

At = Área re.sistente a t€nsión del tornillo.

La constante de la junta será entonces:

C = Kb/(Kb+Kc)

Donde:

Kb = Constante derigidezdeltornillo.

Kc = Constante derigidezdelajunta.

f = Fspesordelajunta,3.lT5mm(ánguloslEpul).

la

Page 21: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

Como el tornillo es roscado hasta la cabeza, se tomo el valor de Kb = (At*Eac)l Lt.

Donde:

Eac = Módulo de elasticidad del acero (Eac = 2.07x10r' N/m, ).

It = Longitud roscadadelomilloenel interiordelajunta( l/4pul).

Tornillos de l/4- LJNC x 3/4 pulg ( diámetro de 6,35 mm rosca ordina¡ia ).

Según tabla 8.2 Shigley V edi.

At = 0,0318pu12

Entones:

Ar = 0,0318pu12 = 0,ü)002m2

Kb = 0,00002m2*2,07xl0rrN/m2 = 65l,9MPa

0,00635m2

a

Page 22: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

Kc se puede hallar mediante el método rápido tomado de Shigley V edic. pag 140.

Kc

Kc

= (2n*dz*Erc,) I t

= 2*3,14 * (0,00635)2 * z.Wxl0tt = 1.299,96GPa

2(0,003175)

La carga inicial de apriete del tornillo será:

H

H

p5*ps*(t _ C )

1.2*350N*(l-0,0005)

419,79 N

Reemplazando en la ecuación de esfueno tenemos.

H=

Sp> ( 419,79 +z*-(óffiz)

0,0005*350*1,2)2

-zr'(0mt+ 3 (392* 1,2)2

4 *(0.0002)

Sp > 10.500.394,75Pa = 10,5 MPa

(651,9 +1.299.966MPa)

1,102582x10'a

n

Page 23: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

La resistencia lfmite a la tensión de un tornillo grado I ( anexo I ), es de 33.000 psi

que equival e a225 MPa aproximadamente, lo cual indica que el tornillo soportará dicha

carga satisfactoriamente.

ñrora calculando los tomillos por aplastamiento tenemos:

ob= P/t*dcoadm

o adm = 0,4 Sy para aceros. Sy = 2,07xl0rrPa

Donde:

ob = Esfuerzodeaplastamiento.

P = Fuerza(350N).

[ = Espesordelaplatina( l/8"=0,003175 m).

d = Dámetrodel tornillo (l/4'=0,00635m).

entonces:

ob = 350 = 17,36 MPa

(0,003175m * 0,00635m)

o adm = O,4* 2.üxlOrr Pa = 82,8 GPa

ob < oadm

Con esto demostramos también que los tornillos resistirán el esfuerzo de aplastamiento.

tt

Page 24: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

2.2. Cllculo de tornillos p¡ra la base de engomadora'

La engomadora se va a sost€ner con cuatro tornillos en su base , en la figura I I se

apreciaen la vista lateral en donde apaneoen las fuenas sobre la base de laengomadora.

I nal(Ancxo l4)

Tfn¡x = 6ó lbCpul r 30 cm'l¡Il2.5¡lcm

Tlnar = 779.5 lbsa\anffn

a.. o5gc€o{

ete?áor

iBLo"**madora

r\

g\.\.-r nlto 3[6

lhciendo sumatoriade momentos en B:

EMB=0

Fa*(12,75 pul) '¡ (26,97 Pul ) = 0

*" = 779.5Ib * (26.97 Pul)12,75 pul

Fa = 1648,87 lb = 7.334,5 N

Por tener dos tornillos en la parte A , la carga por tornillo va a ser:

Fe = Fal2 Fe = 7.334,5N12 Fe = 3.667'25N

Aplicando la ecr¡ación vista anteriormente :

(Fi t zltt+C * Fe * F.S )2 + 3 ( F{'F.S)2

2At 4AtSp>

a

Page 25: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

Donde:

Sp = Resistencia límite mínima a la tensión.

H = Cargamínimadeapriete.

Trnax = Tensión máxima del papel ( ver anexo 15 )

C = Constante delaunión

Fe = Fuerzaexternaporcadatomillo

At = Áreanansversaldeltornillo

F.S = Factordeseguridad

Kb = Constantederigidezdeltomillo

Kc = Constantede rigidez de lajunta

Paratornillo& 314" -LJNC x 1.5" ( 19,05 mmdediámetro)

Según tabla 8.2 de Shigley

At = 0,334pu12 = 0,00848 m2

Kb = At*EaceLt

donde:

Lt = Lnngitudroscadadeltomilloenelinteriordelajunta(0,0301m)

Eace = Constante de elasticidad del acero (2,Ulx l0r¡ Pa)

Kb = 049!1!* 2,07 *-Lo"

0,0301

Kb = 58,32 GPa

Page 26: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

Para la junta tenemos :

Kc = 2Jú * (d )2 * Eacer

donde:

espesorde lajunta.

Zfl* (0,01905)2 *2,07 x l0rr

0,0301

15,67 GPa

la constante de la junta sera:

Kb +Kc

58,32 + 15,67

lacarga inicial de apriete del omillo será:

!6

Page 27: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

F.S*Fe'r11-C)

1,2 * 3.667,25 * ( I - 0,789)

932,94 N

reemplazando en la ecuación de esfuerzo:

Sp> + 3 (7.334,5* 1,2)2

Sp>

Sp> 828.347,18Pa

El Sp de un tornillo grado I es de 33.000 psi ( ver anexo I ), que eqúivale a225MPalo

cual indica que el tornillo resistirá la carga sin ningrin problema.

( 932,94 +

-z{o,oog¿l

0,788 *3.667,25* 1,2)2

@

u

Page 28: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

3. Cálculo de l¡ soldedura.

3.1. Cólculo de l¡ sold¡dur¡ en la b¡se de la engomadora.

donde:

Tr¡ax

Dondc:

A=

El esfi¡crzo oort¡¡ntc primario rcbrc el cordon de rcldadura es :

t=V/A

A = l'4l h(b+d)

Tensión miiximadel papel ZOgn ( veranexo 14 )

Árca Oe garganta a soldar de las cotumnas.

d-- {"

En la figurr 12 sc apccia cl cordon dc soldadurr dc la basc dc la cngmrdoray las fucrzas que pnrducc el papel .

a

Page 29: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

V = Cargacortante

tr = Esfuerzocortanteprimario

b = Anchodelacolumna( I pul )

d = Largodelabasedelacolumna(4pul )

h = Espesor de lasoldadura

Tenemosque:

h = 3tl8 + paradiseñoporresistenciaal 50 ?o,dondetesel espesorde la

platina. (ver a¡rexo 20)

h = 3( I )/8 = 3/8pul

tr = 2*Tmax = 2*Tmax

l,4lh*(l+4) 7,05*(3/8)

tt = 2* (779,5lbs)

7,O5*(0,375)

tt' = 589,69 lbs /pul2

El esfuerzo cortante secundario producto dcl momento flectores :

tz = M*C/I

a

Page 30: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

Portantoz, queda :

Donde:

M = momentoflector

C = distanciadelafibramuerta

I = segundomomentodearea

I = Iu* 0,707h

[¡ = segundo mOmento unita¡io (pag¿f¿lf)shigtey Saedic. )

Í2 = M*C = pst

Iu * 0,707 h

(de lapag449 de Shigley Saedic.)

lr = d2l6*(3b+d) =pü13

[¡ = +16*(3'rl+4) = l8,66pul3

M = 14,17*Tmax+25,98*Tmax = 4O,lS*Tmax

M = 40,l5pult(779,5lbs) = 31.296,921bs-pul

remplazando la ecuación:

u

Page 31: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

31.296,92* 2

18,66 * O,1W ( 0,375 )

12.652,29psi

Los dos cortantes son perpendiculares entre sí , por lo tanto :

"=@= 12.666,62psi

Ahora segun shigley (tabla 9.5 - 5a edición) para junta a cortante t < 0,4 Sy

t <0,4Sy + Sy minimo = 12.666,6210,4

31.666,62 psiSyminimo

Por lo tanto podemos utilizar una soldadura E 6011 para soldar dicha base.

Dado que el E-601 I posee un Sy de 50 Kpsi ( 345 MPa) ( tabla 9.4 Shigley 5a edic.)

tz

t2

tr+T2 13 T

u

Page 32: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

3.2. Cllculo de soldadura para la estructura principal.

Se calcula la soldadura Pafa un ángulo de I .5 x I .5 x l/8 pulgadas, con la cual está

fabricada.la estructura; dicho cálculo se enfocará en la Parte superior de la

estructura, con juntas a tope somctidas a flexión.

Según( anexo 20 ) por ser soldadura a tope tomamos diseño al 100% de resistencia.

h=3t14 = 3(l/E).4

Area de garganta del cordón.

A= 0,707h(2b+d)

0,09375

A = O,7ü*(0,0468 ) * ( 2'I(1,5) + 1.5 )

40Ka=

A = 0,1488 pul2

2

Page 33: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

Donde:

V = Cargacortante o fuerzacortante ( 88 lbs ).

A = Area de garganta de la soldadura sometida a caxga cortante .

Entoncestenemos:

tt = V/A

rl = 88 lbs / 0,1488 = 591,39 lb/puP

Ml=M2 + M2=ry8

M2 = 8!lb*72po!- = 792lbpul

t2 = M*CIu * 0,707h

t, = Esfirerzocortanteprimario.

t2 = Esfuerzocortante secundario.

Ahora para hallar el esfuerzo secundario, se debe hallar el centroide de

la sección que se va ha soldar. Se puede observar a continuación como se hallan

estos centroides uno poruno.

n

Page 34: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

coRooN s0t. DADo RA

Xmm

0

0

-19,05

Ymm

38,1

19,05

0

Zmm

19,05

0

0

imm

0

0

-2.30/'2

)x-2.30/.,2

>l

y-mm

4.f)9,5

2.30/.,2

0

)v6.912,7

zmm

2.30/.,2

0

0

lz2.3M,2

Elcmcnto I A mmz

Ir |

120,eó

rr I

t20,e6

IIII 120,96

>A

362,9t

xx = >¡A ' X= I9=>A

.LMz

362,88

ó,35mm

1905mmT>A =

Z>A =

>fa , T )va = 6.9tzJt

>A 36¿,E8

fi-A= LW2z>iA ,

a

)a 362,E9

ó,35rm

Page 35: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

Entones:

-6,35 mm

19,05 mm

6,35 mm

-0,25 pul

0,75 pul

0,25 pul

xY

z

Tr*

Ír*

Por lo cual el t2 posee 2 componentes, uno en el eje x (t2x) y uno en el eje y (t2y)

Entonoes:

M*Cx

Iu * 0,707h

7921b-pul * 0,25 pul

1,52 * [ (3 r' 0,125) + 1 ,5 ]7

3.l93,YlUpuP

0,0620

tr, 7921b * 0,75 pul

o,0620

Í2* 198

Iu * 0,707h

tr, 9.580,64lblpul2

2-'

Page 36: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

Entonces:

-

Tt = \/ (Í + Í2)2 + Gr),v

Tt = \/ (591,39+9.580,64)2+(3.193,54)2v

Tt = l0.66l,56psi<0,4sy

Sy = 10.661,5610,4

SY = 26.654psi

se escoge una soldadura 6013, cuyo esfuerzo ( sy ) es de 50.000 psi, (tabla 9.4

Shigley 5a edición) por lo tanto nos soportará con dicho esfuerzo cálculado.

u

Page 37: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

4. Diseño de transmisión de potencia de la máquina'

g +EÉ=9tr@ É

@oo@ooo'oo

trÉtq

o*.1)*

ot G)

')

a

o

anft

$r+

qlca.oé.'totcÉ. riÉ('-l

"o

I

o@

Fig I l. Transmisión de la máquina.

u

Page 38: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

Para transmitir el movimiento a los rodillos de la engomadora, y a los rodillos que tiran

del papel que se encuentra enrollado, se utiliza un sistema de transmisión sencilla por

cadenas, el cual lleva el movimiento a los rodillos. Esta cadena transmite el

movimiento a un pequeño eje 3, este arrastra a otro pequeño eje 4, el cual es el encarga

do de darle movimiento a todos los rodillos de la engomadora. ( ver fig l0 ).

Los rodillos alimentadores van conectados a la cadena que sale del piñón del eje del

moto-reductor, este sistema se penso así por que las velocidades a trabajar son pequeñas.

- Determinación del número de revoluciones. -

Como los rodillos engomadorcs deben girar a la mismas rpm que giran los dos rodillos

que halan el papel, para que así el engomado del papel que pasa por los rodillos de

engomado sea parejo en cuanto al espesor y grosor de las lineas de engome.

Como el moto-reductor es de corriente continua, al cual se le puede variar la velocidad

por medio de un potenciomeEo.

Se puede de esta forma determinar la relación de transmisión para los ejes con la veloci-

dad estimada para la producción. Cabe anotar que el moto-reductor está acoplado a un

reductor 5 : I , dando asf al final del eje una salida de 70 rpm cuando el motor opera a

350 rpm.

Determinando la relación de transmisión de los ejes con una revolución de 70 rpm

2E

Page 39: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

saliendo del eje I o motor, con un piñón deZ= 26 dientes se tiene entonces, que 23,A,

25,2:6, son de 26 dientes al igual queZl (pinon del motor ); por tanto sus velocidades

nl, n3, n4, n5 y n6 serlin iguales.

La velocidad de los rodillos alimentadores (nz) será igual a Ia velocidad de los rodillos

engomadores(nz hasta nl5),osea n2= n?-t5.

Donde:

n = Número de revoluciones de los piñones ( | ,2,3,4,5,6,7,8,9, 10, I 1,12,13,

14y 15).

Velocidad tangencial de los rodillos de laengomadora.

Vt = ¡{:p:x¡ Vt, = Vt,r",r, Paraqueelengomeseaparejo

Donde:

Vt = Velocidad tangencial de los rodillos de la engomadora.

Vt, = Velocidadtangencial de los rodillos alimentadores.

Vt,ro,r, = VelocidadtangencialdelospiñonesThasta 15.

D = Diámetro delrodilloconespondiente alpiñón.

n = Númeroderevoluciones.

Por espacio y construcción de la engomadora se trabajan con unos piñones de Z = 9

dientes (ver anexo 17 ),y diámetros para los rodillos de73 mm para cada rodillo. Por

lo tanto el número de dientes del piñón del eje 2 que tira del papel, también tiene que

ser de 9 dientes para conservar la relación de velocidad para ambos rodillos alimenta-

dores de caucho.

a

Page 40: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

Siendo asísetiene:

i, = Relación detansmisión del motorcon los rodillos alimentadores.

i, = "*d""t*conúrcido

i,=26dientes=2,88889dientes

\ = n. conductor = nrl n,

n. conducido

q = n,/i,

q=Zqgt=?A,23rpmdelosrodillosalimentadores2,gggg

Z, = Z, = Zs = Zn = Zu = 26 dientes

4= Zn,,r, = 9dientes

La velocidad tangencial de los rodillos alinrentadores será:

Vt, = fi*D*n,

il.

Page 41: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

vt, = 3,14* 73 mm *24,23rpm

Vb = 5.554 mm/min = 92,56 mm/seg = 9,256cmlseg

Con esta velocidad tangencial cada 2.5 segundos la máquina estará cortando dicha hoja de

álbum a un tamaño & 23,14 cm.

4.1. Dimensionamiento de la cadena y sus respectivos piñones.

Las cadenas lentas se cÍllculan por carga estática con base a la resistencia última, la carga

en las cadenas en general varía entre un valor mfnimo F2 = 0 en el ramal flojo, a un valor

má'rimo Fl en el ramal tenso.

Esta variación de lacargaademás de las cargas dinámicas o de aceleración determinan que

las cadenas estén sometidas a fatiga. Sin embargo, cuando las cadenas son lentas el ciclo

de carga se repite relativamente poco durante la vida de la cadena, las cargas de acelera-

ción son también bajas por lo que la falla en fatiga no tiene oportunidad de presentarse.

En cambio estas cadenas tienden a fallar por rotura estática de los eslabones cuando la

carga en el ramal tenso Fl sob'repasa cierto valor.

4.1.2. Determinación de la potencia de diseño.

HPd = FS*HP

Donde:

HPd = Potenciade.diseño.

3L

Page 42: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

FS = Factorde servicio.

HP = Potenciadelmotor.

Del anexo I 3 se tiene que para carga uniforme y máquina alimentada con motor eléctrico

el factor de servicio es uno ( FS = I ).

La potencia del motor es de 112 HP, por lo cual la potencia de diseño es:

HPd = FS *HP

HPd= l,O*ll2 = 0,5HP

Para la selección del número de dientes del piñón y paso de la cadena se hace con la

capacidad de diseño de las tablas de capacidades para diferentes pasos de cadena.

( veranexo l5 ).

Para una cadena estandar sencilla de rodillos No 40, con paso de l2pul y un piñón de 26

dientes que gire aM rpmla potencia admisible según (anexo I 5) es de 0.5 I 5 HP, lo cual

asegura que no fallará por rofira de eslabones.

4.1.3. Diámetro de los piñones.

Diámero del piñón se calcula como:

D=Psen (1802)

2

Page 43: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

Donde:

P = Pasodelpiñón.

Z = Númerodedientesdelpiñón.

Para el piñón conductor (Zl = 26 dientes )

Dl = P Dl = 0,5 = 4,l483pul

sen ( l80Zl ) sen ( 180/26 )

Diámero del piñón conducido ( 22 = 9 dientes )

V¿=P=0,5sen ( 18022 ) sen ( 180/9 )

ü¿ = l,46l9pul

4.1.4. Comprobación por resistenci¡ de las cadenas.

I¿s velocidades de las cadenas estádadaporla siguiente ecuación:

V = f*D*n12

gt

Page 44: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

Donde:

D = Diámefrodelpiñón.

n = Númeroderpmdelpiñón.

Vr = Velocidaddelpiñónde26dientes.

% = Velocidaddelpiñónde9dientes.

V, = ¡,t¿-+,t+g3pol-44ry. =47,76ft1minl2

V2 = 3,14* l,46l9pul * l6rpm = 6,l2ftlmin

12

En la tabla No 2 se puede ver las velocidades de las cadenas de acuerdo al número mfni-

mo de dientes. Las velocidades que hallamos para las cadenas están de acuerdo a las

especifi caciones de la t¿bla 2.

TABI-A No 2. velocidad de la cadena de acuerdo con el número mínimo de dientes.

Númeromlnimodedientes Velocidad(ff/min)

lt - 16 0 -50

r7 - 20 50-250

2l - 24 250 - 500

De diseño de máquinas y elementos tomo IIJorge Caicedo. pag. 1035

u

Page 45: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

4.1.5. Fallas en la cadena por esüÁtica.

Calculando lapotencia de la cadena :

HPadm= ry- = Fadm * v33.m0 33.m0

HPadm = Potencia o capacidad admisible que pueden fransmitir la cadena por

estática

Fl=Fadm = Fue,tzaadmisible.

Donde:

Fadm = Fu/FS

Rr = Rrcrzaúltima

FS = Factorde seguridad.

fu = 2.lOlbssegúnanexo 16.

FS = 6paraunavelocidadde4T,T6fflmin segúnanexo 17.

ReemplazandoFadm =2.lDl6 = 350lbs

HPadm =350*47,76 = 0,506HP

33.000

HPadm

Como la capacidad admisible es mayor que la capacidad de diseño, se concluye que laselección de la cadena por resistencia estática ha sido la adecuda.

35

Page 46: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

4.1.6. Fallas en l¡ caden¡ IxDr carga en fatiga.

Cálculo de lapotenciaadmisibleparalacadenaafatigasegún elementos de maquinalorge

Caycedo.

HPadnr= O,O@*(Z)I'0o * (n,)op * P (3-0'nP)

Donde:

HPadm = Capacidadadmisibleporcargaenfatiga.

Zt = Númerodedientesdelpiñón l.(26dientes)

P = Paso de la cadena ( 0,5 pul )

trr = Número de rpm del piñón I . ( 70 rpm )

HPadm= 0,0(X(26)t'ot * 440'e * 0,5 (3'0.07+os)

HPadm= 0,5209IIP

HPadm= HPdise.

0,5209 > 0,5

Como la capacidad admisible es mayor que la capacidad de diseño, la cadena no fallará

porcargaen fatiga.

Para hallar el número de cadenas que necesitarfamos aplicamos la siguiente formula:

m = Hpdise = -9l= 0,9

IIPadm 0,5209

In que indica que solo es necesario utilizar una cadena.

u

Page 47: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

5. Dimensionemiento de la pered aisl¡ntc del horno.

Sc vahaescogcrcl espesordcl aislanrc ( lanade vidrio ) del horno, paraque larcmpera-

n¡ra en la partc cxtcrior no exccda los 409C, siendo su temperatura en su intsrior alredcdor

dc los ls0qC. Esta temperatura de l5OrC se logra con dos rcsistcncias eléctricas cada

una dc l.üX) watios, controlando dicha rcmperatura con un pirometro y una tennocupla.

Fa¡acstc urálisis sc supondrá:

- Q¡é exisrcn condiciorcs dc estado estacionario.

- El ailanrc ücrc cqlúrctividad térmica constante.

- L-a codncción de calor atravez dc la pared as unidinpnsional.

-Et flujodccalor(q )qucpasaanavczdel aislanrcdebeserigual al flujo&calorque

llega a la supcrficic exerior.

-E++

,a

--lta1r

-+

9z

Krl.

I

. a'

LL.

a/f,,f- -- SOoc

.+ C,13

tj

Page 48: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

Datos:

LE = Espesordeláminadeacero(l,5mm).

KA = O,023Btu/h.ft."F,constanedeconductividaddel aislante.

TE = 4(rc=l04"F,temperaturaexterior.

T = l50oC= 302"F,temfreraturainterior.

KE = Constanteláminadeace¡o25Btu/h.ft."F.

LE = Se desprecia por ser tan pequeño su aporte ( espesor de la lámina )

ho = Coeficiente convectivo del aire. ( compendio p'rof. Leyver Alzate .)

ho = 2Btu/h,ft.$

Tamb = Temperaturaambiente,86"F = 30€

g r = Ftujo de calor en el interior del horno.

jz = Flujo de calor que atravieza las paredes del horno.

gr = Flujo de calor que sale del horno al aire.

condición en estado estacionario

9l=iz=91

Comoelflujodecalores: q= AT/>R

R = L/K

Donde:

R = Resistenciadeconducción.

L = Espesordel aislante.

K = Constante deconductividad.

RE = Resistencia térmica de la lámina de acero. ( 0 , por no ser tan pequeña )

3E

Page 49: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

RA = Resistenciatérmicadel aislante. LIK = L/0,023 Btuh.ft.T

Rcr = Resistenciaconvectivadelaire l/ho = l/2 Btu

h.fe.'F

Entonces el flujo de calor será:

302T - l04T = 104"F - 86"FLI

0,023 Btu/h.ft"F 2Btu lh.ft2.oF

l98"F * 0,023 Btu = 18 * 2"F

L r'h.ft.T h.ft2."F

L=O,126ft=38lmm=39mm

El espesor del aislante ( lana de vidrio ) debe ser de 39 mm para recubrir las paredes del

homo.

:!é5.ft = L36

32

Page 50: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

6. Cálculo y diseño de ejes.

Los ejes son elementos de máquinas sometidos aflexión solamente, se hallarán primero

sus momentos y cortantes para cada respectivo eje, y así proceder a calcular seguidamente

su diámetro mediante las formulas que mas adelante se verá.

&.

Page 51: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

M = R*L2

6.1. Cálculo del diámetro del eje.

Se tiene la carga producida por el peso del rollo y sus r€spectivas reacciones en los

apoyos ; como se puede ver en la fig. No 18 , por tanto este es un eje sometido

unicamente a flexión , al cual se le calcula¡á el esfuerzo alternante y se comparará con el

esfuerzo admisible a fatiga.

Donde:

R = l00kgdereacciónen cadaapoyo.

L = 50cm , distanciaenffe apoyos.

Reemplazando:

M = l(X) kg * O,SOl2m

M = 25 kg-m

Por el égimen de trabajo a que está sometido el eje, se considerara el diseno bajo los

parámetros de carga dinámica y uso frecuente. Se disena con el criterio de Goodman.

4

Page 52: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

zoo K5

¡llrl

:

'a É rf >ilo<rn 3Ocr4 locm

RA=loo (Sfoo ñ5=Re

V

- too K3

25K5-n

M

Fig. No | 7. Diagrama de momento y cortantc del eje del mllo de papel.

&.

Page 53: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

Esquema dcl esfr¡crz¡ invertido para una

prrticulaen tru:ción y compresión

ECI,JACION DEDISENO

| = Oa +OlIl ( Shigley . Mc Graw Hill, 1985. p.340 )

F.S Sn Sy

dondc:

F.S = Facor dc scguridad (2) , por considerarsc trabajo suave.

oa = E$rzoaltcrno.

om = Esñszornedio.

6a = ggs_- (ffil2

lsmaxl = lsmin I

oa = 2tn¡f,2

oa = o¡nax

4i

Page 54: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

om = oma)( +(-omin)2

lomaxl =lomiñ

Om = 0

Sn = Límitedefatigadelmaterialdelejeenflexión.

Sy = Lfmiedeflr¡enciadelmaterialdeleje.

Sy = 34 x 106 kg/m2 ( tomado del catálogo Reydin sección aceros al

carbono, p.2. )

6.1.1. Cálculo del esfuerzo alterno (o a)

oa = 32Mnd

Donde:

M = Momentoflexionanteeneleje ( 25 kg-m).

d = Diámetrodeleje.

Reemplazando:

oa = 32* 25

¡¡ d3

oa = 254,771 dt

4.

Page 55: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

6.1.2. C¡Élculo del límite de fatiga (Sn).

Sn = 0.5Su*Ka*Kt*Ks*Kc*Kt

(diseño de elementos de máquina U.V. pag 189 . Jorge Caycedo )

Donde:

Su = Esfi¡erzotiltimo.

Su = 6()x lff kg/m2(paraacero lM5 deSidelpasegrÉncatálogoReydin, p.2.)

Ka = 0,87 factor de acabado para un acero maquinado en torno (fig l8 ).

Kt = factor de tamano se considera un ta¡nano no mayor a 2pul (fig l9).

Ks = 1.0 para este acero y por la experiencia en la fabricación.

Kc = 1.0 factor de reducción por concentración , por no tener escalas o

diámetros diferentes al calcularlo.

Kt = 1.0 Factor de temperatura , por trabajar a temperatura ambiente.

Reemplazando:

Sn = 0,5*(60xIff)*(0,89)*(0,75).

Sn = 19,5 x lff kg/m2

4t

Page 56: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

Ahora reemplazando en la ecuación de diseno.

| = Oa

F.S Sn

2s4!lll2 = d3

19,5 x lff

despejandoel diámetno

d3 = 2* 254,77

19,5 x lff

r-rd = [o,mooz6tm3

d = 0,0269m = I,l6pul

Escogiendo un diámetro normalizado por encima del diámetro hallado , el eje

serfa de un diámetro de 1,25 pul en acero SAE 1045 calibrado.

Page 57: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

BH}I

o8ot-

to'|,'-oooo

RESISTEIICI.A If,TITA

FiguraNo 18. factorde acabado superficial.

{2

Page 58: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

It'r PuLoADAs

KT*

Figura No I 9. factor de tamario.

no l!n.

6

Page 59: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

6.2. Diagrama de momento y cortante del eje del rollo de plástico'

Se realiza el diágrama de coftante y momento flector teniendo en cuenta las cargas

sobrc el "lt

d"l rollo de plástico. ( verfig 20 )'

Figura. 20. Diágrama de cortante y morrcnto flector'

V

f,¡= 20Kg

Page 60: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

6.2.1. Cálculo de diómetro.

Como es un eje sometido aflexión se calculaníel esfuerzo alternante y se comparará

con el esfuerzo admisible afatiga.

FS = Facúor de seguridad (2).

oa = Esfr¡erzoalen¡o.

om = Esfuerzomedio.

Cálculo del esfuerzo alt€mo:

oa = 32Mnd3

M = Momentoflexionante (4,8kg-m)

d = Diámemodeleje.

oa = 32*4.8 = 4g,glldt3,14*d3

6.2.2.Cálculo del límite de fatiga ( Sn )

Sn = 0,5Su *Ka*KtrlKs*Kc*Kt( diseño elementos de máquina Jorge Caycedo U.V. p. l g9 )

su = 60x ltrkg lm2 (paraacnro 1045desiderpasegrincatálogoReydin

sección aceros p.2 ).

5A

Page 61: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

Ka

Kt

Ks

Kc

Kt

0,87 factor de acabado para un acero maquinado en torno ( fig 18 ).

O,75 factor de tamaño , se considera un tamaño no mayor a

2 pulgadas ( figl9 ).

1.0 para este acero y por la experiencia en la fabricación.

1.0 factor de reducción con concentración , por no tener escalas o

diferentes diámetros al calcularlo.

1.0 factor de temperatura por trabajar a temperatura ambiente.

Reemplazando:

Sn = 0,5 *(60x 106)*0,87*0,75* I * l* l*lSn = 19.5 x 106 kg/m2

Ahora sustituyendoen laecuación de diseño.

ll2 = oalSn

ll2 =

48,91

d3

19.5 x lff

d3= 2* 48.91

19,5 x 106

0,017 m = 3l4pal

5,016 x l0óm3

d=

il

Page 62: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

El diámetro para los dos ejes que soportarán los rollos de plástico serán

de 0,75 pulgadascalibrado de acero SAE l(X5 .

2_

Page 63: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

6.3. Comprobación de los ringulos de la estructura principal sometidoc a

flexión. Como el trabajo que van a soportarestos ángulos es moderado, se toma

como factor de seguridad el valor de 1,5 .

El esfuerzo admisible será : o adm = Sy / FS

Donde:

Sy = Resistenciaúltimaalatensión.

FS = Factorde seguridad.

o a = Esfi¡erzoadmisible.

7É, = Módulode seccióndel ángulo.

Paraun ángulo ( < 1,5 x 1,5 x l/8 ) acero estnrctural . ( ver anexo 4 )

Sy = O.ooopsi

7Á. = 0,068pu13

oadm = 60.m0psi/ 1,5 = 40.000 psi

Tomando igual z adm = o adm = 40.000 psi donde Pmax

Pmax = 100 kg teniendo en cuenta los 20 kgs del peso del rollo de plástico tomado por

un lado de la viga, mas el peso de una pen¡ona promedio de 80 kgs subiendose en

el ángulo para acomodar el rollo.

I

Page 64: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

ñ,(. .)^'

RI

doble emporamicnto son carga cenEal, los momentos empotrados en los extremos

scrán iguales y cor sentidos opr¡cstoc ( M I = trd2 ¡.

llaciendo sum¡torias dc monrentos en el punto B.

)Mr= o

-RA(72cm) + Pmax(36cm) +Ml -M2 = 0

RA = l(tr kg r36bm72cm

RA= 5()kS

)Fy = o

RA+RB= l(X)kg

RB= l(X)kg-SOkg = 50kg

Elesfirerzocortantc m¡lximo( Vmax =Pmax =lü)kg ).

El r¡ódr¡lodc sreión sc obüene :

Zmin = Mmax loúm

lnu

il.

Page 65: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

Donde:

Trrin = Módulodesecciónmínimo.

Mmax= Monentornáximo.

o adm= Esñ¡erzo admisible.

Zmin = HEJJx-L.)38.666,66 psi

Zmin = 22Ot6*14(14,17 pul) - 28,34pull = 0,(D0lpul3

38.666,66psi

Se debe cumplirque:

7¡nin

Donde:

1 = Módulo de sección del ángulo seleccionado ( | ,25" x | ,25" x l/8")

4 = 0.009 pul3( Tabla A-6 Shigley 5aedic.pag.826)

Entoncqs:

0,0201 pul3 < 0,068 pul3

Lo anterior nos indica que el ángulo fué bien escogido.

55

Page 66: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

7. Dimensionamiento de los engranajes.

7.1. Cálculo de los piñones recto.

^bJ'c^,

RoJ:\ts o\"'..tJo\of Éo¡rer"of

\7--l--_aA .,.t=36'e+zL'6

fig. 2l. Rodillos alimentadorcs.

Tomando según el anexo 2 un módulo m = 3

m = d/N

donde:

N = Número de dientes

M = Módulo.

d = Diámetrodelrodilloalimentador.

|r{ = 7313 = 24,33 = 25 dientes

Según el anexo 2 , dientes con altura completa y un ángulo de presión = 20

a=lM=3rrmrb = 1,25M = 3,75 mm

P = Pasodiametral

P = N/d = ?4,3312,87 pul = 8,48 dienteVpul

p = Pasocircular.

p=nlP = 3,1418,48 = 0,37pul

Page 67: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

f = Gruesodeldiente.

¡ = pl2 = 0,37 12 = 0,l90pul = 0,48cm

El ancho del engranaje se determina así:

F = lQ*M= l0*3=30mm

7.1.1. Determinación de la carga tangencial de los rodillos alimentadores

R"J'.t\o Su?c,(rsl'

?oq*) B..s\o\ ,Éo \rs7rr¡ry - ?19rs lb

figxa.22

En lafigura20 se detallalos dimensiones ycondiciones de los rodillos paraasi poder

determinar su torque.

FR = Fuerzasobrelos rodillos alimentadores.

FS = Factor de servicio. ( ver anexo 3 ).

Trnax = Tensiónmáximadelpapelantesderasgarse.

d = Radiodelrodilloalimentador.

El torque sobre el piñón seni:

Torque= FR*d

Torque = 354 kg * 0,0365 m

Torque = l3,09kg-m

Page 68: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

De la formula de torque sobre un piñón se puede despejar la carga t¿ngencial sobre

este:

T = dpl2*Wt -- Wt = 2Tldp

Donde:

T = Torque(kg-m).

dp = Diámeüodepaso.

Wt = Cargatangencial.

Wt = 2(l3,Ogkg-m)'= 354kg

= 0,073 m

Wt = 354 kg * 9,8 m/seg = 3.469,2 N

7.2. Comprobación de los engranqies para que no fallen porflexión ni por

picadura según ta AGMA.

Formulas para esfuerzo por flexión según la AGMA.

o = Wt * Ka * Pd * IG * Km sistemainglesKvF'J

o = Wt*Ka*1.0*Ksr.Km SIKV F*M J

Page 69: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

s = Esfuerzoporflexión.

Kv = Factordinámico.

Pd = Pasodiameüalenelplanoderotación.

m = Módulo mériconominalenelplanoderotación.

F = Anchodelacara.

Ks = Factor de tama¡io.

Km = Factordedistribucióndecarga.

J = Factorgeométrico.

Formula de la AGMA para la resistencia por picadura.

oc = cp(wt*ca* cs * cm*cf )t/2CvFdI

sc = Valorabsolutodelesfuerzoporcontacto.

Cp = Coeficienteelástico.

Ca = Factordeaplicación.

Cv = Factordinámico..

Cs = Factordetamario.

d = Diámetrodepasodelpiñón.

F = Ancho de lacara.

Ckri = Factorde disfiibución decarga.

Cf = Factordeestadoocondicióndelasuperficie.

| = Factorgeométrico.

Page 70: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

7.2.1. Esfuerzo por flexión.

O flex = ( Wt*Ka * t.O * I(s*Km )Kv Fr,M J

donde:

Ka = 1,2 (anexo3 ).

Kv = I (anexo ll).comovelocidadesmuypequeña (7,6r ff/min)

F = 30mm.

m=3Ks = l,segúnrecomendacionesdelaAGMAparalamayoriadeengranajes.

Km = 1,7(anexoS).

J =. 0,35 ( anexo l0 ).

oflex = 3.47KI{*1.2*1.0*l*1.7 = 224,7Mpa

I * 0,03 * 0,003 'r 0,35

Ahora se cálcula el esfuerzo admisible de flexión para el material del piñón.

o adm =_.jl¡¡:_KKt*Ki

donde:

KL = Factordeduración. ( I ),ver anexo 12.

Kt = Factor de remperatura. ( I ) , shigley V edición pag6g7 .

KR = Factordeconfiabilidad. ( I ),shigleyVedición pag6g7.

St = Resistenciaúltimaalaflexión. (anexo5)

6A

Page 71: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

o adm = 280 MPa * I = 280 MPa

l*l

A continuación setiene que o adm > o flex

280 MPa > 2V4,7 MPa

Por lo tanto los piñones no fallarán por flexión.

7.2.2. Esfuerzo por picado.

oc = Cp (Wt*Ca * Cs*Cm*Cf )'2

Cv F*d I

wt = 3,47 KN.

Cp = l9l (anexo 7 )

Ca = 1,2 (anexo3)

CV = l, (anexo ll )Cs = l, (ShigleyVediciónpag.684)

F = 30mm

d = 73mm

Gn = 1,7(anexo8)

Cf = 1,5 (ShigleyVediciónpag.684)

J = cos0*sen0* Mg/Mg+l

2Mn

6I

Page 72: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

Donde:

IvL = I , para engranajes rectos ( shigley V edición pag.68 I )

0 = 2d, ángulodepresión.

Iúg = Relacióndevelocidad( l:l )

I = cos20+sen20* l/l+l2 (r)

I = 0,0803

entonces: oc = l9l( 3,47 KN'r 1,2* | * 1,7 * 1,5 )r/2

I * 0,03*0,w3 *0,0803

oc = 1,48 MPa

Hallando ahora el esfuerzo admisible por pidado y comparandolo con el esfuerzo por

picado.

oadm = Sc*Cr*C"

Ct*C*

CL = Factor de duración. (0.7 ) anexo l2

CH = Factorderelacióndedureza(l). shigleyVedición pag.687

Ct = Factordetemperatura. (l). shigleyVediciónpag.687.

CR = Factordeconfiabilidad. (0,85 )

Sc = Resistenciaalafatigaenlasuperficie.T20MPa(anexo6).

a.

Page 73: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

oc < oadm

oadm = 72OMPa*0,7*l= 592,4MPa

I * 0,85

por lo tanto 1,48 MPa < 592,4MPa no fallará por picado.

@

Page 74: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

E. Diseño del troquel.

Pa¡a determinar la fuerza de corte de la combinación de papel bristol 250 grs y las

dos capas de polipropileno, más la goma; se realizaron pruebas experimentales en

la máquina de punzonar de la universidad, ya que no se tenfa datos teóricos

de resistencia de materiales.

La prueba se realizó utilizando tamaños de punzones diferentes y midiendo la

fuerza necesaria para punzonar dicho material. El punzón que presentó el mejor

corte sin desgarrc pronunciado fué el que tiene una holgura de 0,03 mm, la fuerza

promedio obtenida de corte es de 1,4 KN y el diámetro del punzón es de 20 mm.

Con estos datos se procedió a calcular la fuerza por unidad de longinrd, para de

esta forma poder determinar la fuerza de los punzones de 5 mm de diámetro a

utilizaren el troquel diseñado.

Se tiene entonoes que lafuer¿adecorteporunidadde longitud será:

X=F/P

Donde:

Fuerza por unidad de longitud.

Fuena del punzón ( 1,4 KN ).

xF

&

Page 75: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

P = Perimetrodel punzón de20mmdediámetro ( m )

X = 1,4 KN / 2r( 0,01m ) = 22,3 KN / m

Como el troquel posee 28 punzones; en 7 juegos de 4 punzones de diferentes

largos; el mas largo de 55 mm y el menor de 52 mm. Para calcular la fuerza total

para perforar hay que tener en cuenta los 7 punzones largos que entran primero

más la fuerza que hace la cuchilla al cortar gradualmente la hoja para áIbum.

Para el caso de la cuchilla hallar su X ( fuerza por unidad de longihrd ), se asume

el perimetro a cortar por la cuchilla igual a dos veces el perimetro de un punzón del

troquel (0,0314m).

La fuerza total del üoquel ( punzón + cuchilla ) queda asf:

Ft = [X'f 7(P)+X'r(Pc)]

Donde:

X = Fuerzaporunidadde longitud( 22.3 KN ).

P = Perimetrodecadapunzón de 5mm (0,0157m ).

Pc = Perimetro de corte de la cuchilla, Pc = 2P = ( 0,03 l4m ).

Ft = [ 22,3 KN/m * 7(0,0157m) + 22,3 KN/m * (0,0314m)]

Ft = [ 2,45 KN + 0,700 KN ]

Ft = 3,15 KN = 708,8lb

65-

Page 76: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

t.l. Selección del cilindro neumático.

Se scleccionó un cilindro neumático de doble efecto con dos lumbreras ( una en

cada ext¡pmo ), para que pueda gobernar la carrcra de corte y rctroceso lo más

rápido posible a la hora dc operar. Esrc cilindro actúa en ambos sentidos al admitir

airccunprimidoalErnativanpfiteporunalumbremamienuaslaotraseomunicaconel

cscapevcrfig 13.

enlt¡\r S*li J s

Fig23.

Estos cilind¡os sc consigwtt conprcialnpna segtin las especificrciorrcs requeridas, en

el anexo 13. Se puede obscrvar la fue¡za teórica que desarrollan dichos cilindros

según el diánr-trc y la pre.sión. Se scleccionó el que tiene un di¡imetro de 4 pulgadas,

ya que aon prcsiorcs qw van enre ó0 y E0 psi qrc son rurgos dc prcsión moderados,

sc lqgfalañEr¿¡rrcsariaporaoperarel troquel y asítambiénesoogeruncomprcsor

rpdia¡p.

&1.1. Con¡um dc ¡ire del dlindro

El consumo dc aire de un cilindro se deduce de su geometría.

I

I

I

I

I

t-----l-I

I

ú.

Page 77: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

Tenemosque :

Cons. Air.xmin = Volumen del cilindroxCFM (ft3/min )

donde:

CPM = Carreras por minuto, se tiene ( I 5 carreras*Z=3O ), se multiplicó por

2, yaque el cilindro es de doble efecto.

Cons. Air = 0,785 DP 'I C * CPM = 0,218 ft3 / min

t728

D = Diámetnointeriordelcilindro(4pulg).

C = Carreraenunidadescompatibles(pulg).

El consumo de aire libre suminisnado (FAD) se calcula multiplicando el desplazamiento

por larelación de compresión o sea:

FAD(ft3/min) = 0,785D2*C*CPM(P+ 14,7)1728 * 14,7

Donde:

P = Presión de trabajo en psi ( 80 psi ).

ú.

Page 78: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

FAD = 0.785(42)'F 1 'F30*(8Or 14.7) FAD -1.4fi3ftj/min.

1728*t4.7

l,M3 ff / min es el aire libre que debe suministrar el compresor.

8.1.2. Selección del compresor y del depósito.

Se seleccionó un comprcsor de tipo alternativo o de aire pistón que son los miís

económicos y apropiados para estos casos.

En el anexo 17 se puede observar una tabla de la bristol de compresores de esüe

tipo, según esta tabla se seleccionó el compresor bristol de 2 etapas refrigerados por

aire con un FAD = 3,6 ft3/ min ( aire libre suminisnado por el compresor ).

Segun el manual de neumática el depósito destinado a almacenar el aire comprimi-

do suministrado por el compresor y asf eliminar las fluctuaciones del suministro.

Para ciclos con control de parada y arranque, con el número máximo de paradas,

teniedo el compresor controlado por parada y puesta en marcha automáticos, se

obtendrá cuando la demanda ( Vd ) sea la mitad del volumen de aire libre suminis-

trado ( FAD ) por el compresor. Básicamente el tiempo del compresor será de 30

minutos cada hora y durante el periódo de carga, la mitad de dicho FAD será

absorvida por la demanda y la otra mitad se destinará a cargar el depósito.

El número real de paradas y arranques dependenádel deposito.

6

Page 79: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

Para una caida de prcsión estimada de 15 psi se tiene:

VR= l$n

Donde:

VR = DePósitodelcomPresor.

S = FAD(airelibredelcompresor)= 3,6ft3/min

n = Nfimero de paradas en unahora, se recomienda que el número máxi-

mo no supere los 12-15 arranquesporhora.

Por tanteo se escoge un V* = 5 ft3

Entonces:

n = t5 - 3,9 = 10,8 = ll arranques5

Por lo tanto el compresor que se seleccionó funcionará adecuadamente. Este tendrá

las siguientes características para que opere bien.

FAD = 3,6ft3/min

Deposito = 5ff

n = llananques.

@.

Page 80: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

9. Selección del motor eléctrico.

El torque total de arranque es un valor crftico, es una de las principales causa de fallas

en las indusüias.

Para selecciona¡ el motor se cálcula el torque de todos los elementos de la máquina

que giran. Hallandose primero el momento de inercia y luego la aceleración angular

( c ) que es el resultado de dividir la velocidad angular por un tiempo de arranque,

(tiempo que tarda el motor en alcanzar su velocidad nominal), el tiempo de a¡ranque se

bmaderes segundos según recomendaciones de los ingenieros electricistas.

El torque de arranque de cadaelemento será : T = l* a

9.1. Cálculo de los momentos de inercia de cada elemento.

Para un cilindro homogéneo se tiene que el momento de inercia está dado por la

ecuación.

I = lt*6*Da*b (kg-m)

32

Donde:

d = Densidaddelmaterialdelcilindro(paraaceroT.S50kg/m)

D = Diárrptodelcilindro(m)

b = I^argodelcilindro(m)

ru.

Page 81: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

Si el rnarcrial es rerc su monrcnto de inercia que detcrminado así :

I = -48!lE-4-!.32

I = 770,61 *D * b

- Rodillos engomadores lisos ( 6 unds)

= rE i 7.850 ü lFex - Drin)* b32

| = 770,67* (Dex - Din)r * 5

t 52c't' -

A = Cilindro ( tubo BWG ).

Marcrial= Accroinoxidable.

Dia. ext = 0,ü13 m

Dia. int. = 0,0ó6 m

hngitnd = 052 m

Marcrid =

Diiln =

Espesor=

Piñón dc lacadena.

Aaero

l,670pt¡l = 4,Ul cm = 0,0421 m

7/t pul = 2,22 cm = 0,0222.m

B

C = Ejc.

Marcrial = Accro.

r 53 cvn

-.+

Rodillos # 7 -8-9-12- I 3- 14

a

Page 82: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

Diün

Lqrgi¡¡d

0Ol7 m

O59 m

[¡s Mo¡rpntoode inerciasqan :

l^ = 77O,e4 * 10,073' - 0,06ó') * 0,52 m (cilindro hucco )

IA = 49x l0rkg-m'

770,61 ( 0,042 1 f * o,ü222 m

5,37 x l(}t kg-m2

770,6i1( 0,017 ). * 0,59 m

3,797 x l(}s kg-mt

( tomando el piñón como cilindro)

El momeno dc incrciatotal del rodillo sera : ( I^ + I" + I" ) = It,

It, = 9,657 x l(}r kg-mt ( momento de inercia para cada rodillo )

t=L=

t=t=

Piñóndccadcna.

Aero

- Rodillos esriados en ace¡o inoxidable ( 2 rcdillos ) -

Rodillo# l0y l5

A

Masial

n

Page 83: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

Dliánpto = l,67 pul = 0,M2l m

Espesor=718=0,0222m

B = Rodillomacizoenaceroinoxidable.

Dáneuo = 2,5pulg

krgo = 0,52m

IA = 770,61 (O,U2l )4 * O,O2ZZm ( tomando piñón como cilindro)

IA = 5,3'l x l0{ kg-m2

L = 770,67 ( 0,0635 m )4 * 0,52 m

L = 6,515 x l0-3 kg-m'

Iq = In+I,

Iq = 6,515 x l0:3 kg-m', momento de inerciatotal del rodilloestriado No 10.

Como son dos rodillos estiados el rodillo esriado No 15 tambien tendráel mismo

valordel rcdilloNo 10.

It,u = 6,515 x lgi kg-m,

It ,, = 6,515 x lO3 kg-m,

n

Page 84: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

- Rodillo alirpntador inferior ( recubieros en neoprcno )

Rodillo# I

Se toma el cilind¡o hr¡eco A como si fuera todo de apero.

A

M¡sial

DiaExt

Dia Int=

IA=

IA=

B

Material

Dár¡rro

Espaor

cMasial

Di¡[rrro

Espesor

= Aerorecubienoenneopfeno

= O073 m

0,060 m

770,61 ( 0,073tn - 0,060'm) * 0.50 m

656 x l(}r kg-m2

Piñóncadena

Acero

1,67 pulg = 0,ü21 m

O,ü2i22m

Piñónrccto

Ace¡o

0.074m

O03 m

u

Page 85: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

D=EjeMat€dal = Acero

Diánpto = 0,019 m

Longud = 0,63m

t = 770,67 (O,M?IY * 0,0222m

L = 5,37 x l(}s kg-m2

t = 770,67 (O,UI4 )a * 0,03 m

t = 9,?A x lOa kg-m2

ID = 770,67 ( 0,019 )a * 0,63 m

ID = 6,32x 10{ kg-m2

Iq = Io + I, +I"+Io

It3 = (6'56x lO3 + 5'37 xlús+ g'2/[x loa + 6,32x loó)kg-mt

Iq = 7,54x lo3kg-m2

It3 = Momento de inercia del rodillo alimentador inferior.

25.

Page 86: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

-Rodillo alirrntador superior. ( recubierto en neopreno )

Rodillo # 2

c

Ma¡€rial

'Diárto

Espesor

A

DiaExt

Dfi¿In =

Lsrgiürd

D

Marcrial

Diár:uo

lstgh¡d

Piñón¡oco

AFro

O073 m

0,03 m

Eic

AÉ-ro

0,019 m

0.ó3m

= Rodillorecubiertoenneopreno

= 0,073 m ( tomamos todo el rodillo como si fuera de acero )

0,0ó0 m

= O.f)m

Ic=k=

77OSl ( 0.073 )' * 0,03 m

9,24x l(F kg-m2

u

Page 87: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

IA = 770,6Í1(0.0734+0,06ü)*0,50m

IA = 6,56 x l0{ kg-m2

ID = 770,67 ( 0,019 )a * 0,63 m

ID = 6,32x l0'5 kg-m2

El I total del sistema sera:

It4 = (6'56x lO3 + 9,24x l0=1 + 6,32x lo-s)kg_mt

It4 = 7,54x l0-5 kg-m2

It4 = Mo'mento de inercia del rodillo alimentador superior.

- Momento de inercia del piñón del motor ( 26 dientes ) -

N{aFrial = Acero

Dlián¡eüo = 4,42pulg =0,ll2mEspesor = lpulg = 0,0254m

I = 770,67 (O,llz)a * O,V254m

I = 3,08 x l0-3 kg-m2

z.

Page 88: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

- Mo¡rpno de ircrcia para los piñones que conducen movimiento de la estn¡ctura

pnrcipal a laengomadora -

Prñon É g

Ver ancxo | 8 para piñones de 26 dientcs :

m = 2,3{ lbs = 1,063 kg

Dia = 4A2Wlt = 0,112 m

m/E * D2

I.

Ir

lr

lo,

1,03 kg * ( 0,112 )2

tl,ó7x l(}tkg-mr

1,67 x l(}rkg-¡r

3,Yg x l0'r kg-mt

Como son dos dc esos ejes, con los mismos 2 piñones; el otrc sc cncuentra ubicado

en la partc infcrior dc la nresa de la engomadora , pam trar¡smitir movimiento a los

rodillos quc sc errcucntran ahí ubicados. ( ver fig 4 ). Por lo anto su momento dc

ircrcia scrá igual al anarior.

I.ó = Lr = 3,349 x l(}r kg-mt

n

Page 89: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

-Momentos de inercia de todos los elementos de la máquina

Rodillo#7 = 9,657x10-skg-m,

Rodillo#8 = g,617xl0-skg-mt

Rodillo#9 = 9,657x10-5kg-m,

Rodillo # l0 = 6,515 x l0-r kg-mt

Rodillo # 12 = 9,G57 x l0-s kg-mt

Rodillo # 13 = 9,657 x lO-s kg-mt

Rodillo # 14 = 9,657 x lO-s kg-mt

Rodillo # 15 = 6,515 x l0-r kg-m,

Rodillo#l = 7,54x10-3kg-m2

Rodillo#2 = 7,S4gxl0-3kg-m,

Piñónmotor = 3,08 x lgi kg-mz

Piñones3-5 = 3,349x lg-rkg-mt* 4-6 = 3,349 x l0-3 kg-mt

u

Page 90: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

9.1.2. c:ilculo de la rn¡sa , velocidad y acereración de las cadenas de

hansmisión-

Cadena# I (engomadora ).

corresponde a la cadena que transmite movimiento a ra engomadora.

Del anexo 14 se tiene que para una cadena estandar sencilla de rodillos No 40 tiene

una masa de 0,42 lb por cada 30,5 cms de longitud. Esta cadena tiene una longitud de

206 cms, por lo cual su masa es de:

mr = 0,42 lbs * 206 cm

30,5 cm

ffir= 2,84lbs= l,29kgs

La velocidad de la cadena es igual a la velocidad tangencial del piñón conductor .

Vl = r. Dl. nl60

Vl = 3,14* O,IOS * 460

= O,Vlzrnlseg

La aceleración (a) de la cadena es el resultado de dividir la velocidad tangencial , en un

tiempo aproximadode arranquede 3 segundos.

z = 0,242 m/seg = 0,0807 m/seg2

-

J Seg

a.

Page 91: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

-Cadena# 2.-

Corresponde a la cadena que nansmite el movimiento de la estructura principal ( eje 4-

6 ) a la estructura de la engomadora , ver fig.4 .

Del anexo 19 se tiene que una cadena estandar de rodillos No 4O tiene una masa de

0,42 lbs porcada 30,5 cms de longitud .

Si la cadena tiene una longirud de 466 cms, por lo cual su masa es :

m2 = Q!|![] 466cms

30,5 cms

q = 6,40lbs = 2,913 kgs

La velocidad de la cadena es igual a la velocidad tangencial del piñón del eje ( 4-6 )

V2 = n.Dr.n, = 3,14*0,105*4460 60

V2 = 0,242 m/seg

La aceleración angular ( a ) es ( tiempo 3 segundos ) :

a2 = O.A2 m/seg = 0,0807 m/seg2

3seg

a

Page 92: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

-Cadena # 3 .

Conesponde a la cadena que üansmite movimiento del motor a los rodillos que halan

elpapel. Verfig4.

Del anexo 19 se tiene una cadena estanda¡ de rodillos No 40 , que tiene una masa de

0,42lbs porcada3O,5 cms de longitud.

Si la cadena tiene una longitud de 338 cms su masa es:

q = 0,42lbs*338cms30,5 cms

q = 4,6541bs = 2,ll kgs

La velocidad de la cadena es igual a la velocidad tangencial del piñón conductor .

Vr = ?t'D.'n.

60

' V, = 3,14'* 0,105 * 44 = O,2/+2nrlseg

60

La aceleración angular a es ( tiempo 3 segundos ) :

\ = OzAnlW_ = 0,0807 rn/segt

3 seg

E2

Page 93: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

9.2. Cálculo del torque del sistema.

T = I*cr

Donde:

T = Torque ( N-m )

I = Momentodeinercia(kg-m2)

c = Aceleración angular( radlseg )

Pa¡a los rodillos de la engomadora el momento de inercia total es :

It.g = >(t+L+L+I,o+I,r+I,.r*I,n+I,r)

Dado que todos están acoplados a la misma cadena y giran a la misma velocidad se

puede realizar la suma de sus momentos de inercia , pues estos poseen la misma

aceleración angular.

Como I r-*r-,r-,r_,0 = 9,657 x lü5 kg-mt

I r*,, = 6,515 x l0'3 kg-mt

It.g = >19,657x1O5*(6)+6,515x10-1 *(Z)l

It.g = 0,013609 kg-m,

or = W/3se

E3-

Page 94: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

Donde:

W = Velocidadangular

rad/seg

W= l6rev*2r *min =1,67

mtn trev seg

or = 1,67 rad/seg = 0,559 radlseg2

3 seg

Porantoel torque de laengomadoraes igual :

T.eng = It.g*c

T.eng = 0,01360 k9lm' 'r' 0,559 rad/seg2

T.eng = 7,@xl0'3 N-m

Dividiendo este torque por el radio del piñón nos dá la fuerza que que se rcaliza sobre

lacadena, producto de los rodillos de laengomadora.

Qpinón = l,46pul

r = 0,ü)28 m

Fpiñ. = 1,ffixl03 N-m

0,0028 m

a

= 2.71 N

Page 95: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

Los ejes 3-5 y 4-6 que transmiten potencia a la engomado'ra, su momento de inercia

total es :

It, = (3,349x10i + 3,34gxlo3)kg-mt

Itz = 6,698 x l0'3 kg-m'

Ahora el torque para este momento de inercia es :

Ttr=Iq*ct

Donded = W/3seg

cl = 2. .n rpm = 2*3,14* 460*3 seg

c = 1,535 rad/seg2

180

Tt, = 6,698 x lO3 kg-mt * 1,535 rad/seg2

Tt, = 0,0102 N-m

Siel$piñón = 4,l4pul

r = 8,l4xl03m

Entonces:

ü5

Page 96: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

T = F* r

Ft, = 0,0102 N-m = 1,25 N8,14 x l0{ m

I-a fuerzaejercida en las cadenas son :

Cadena#l

V = O,?A2mlwg

a = 0,08(nmlseg2

ffit = l,29kg

Fl = m*a

Fl = Fuerza delacadena# I

m = Masa

a = Aceleraciónangular

Fl = l,29kg* 0,0807 m/seg2

Fl = 0,104 N

Esta fuerza la dividimos por la eficiencia para cadenas que e s &160%

Fl=0,104N= 0,1733N0,60

a

Page 97: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

T = F* r

Ft, = 0,0102 N-m = 1,25 N8,14 x l0'3 m

La fuerza ejercida en las cadenas son :

Cadena#l

V = O,?/[2ml*g

a. = 0,0807 nrlseg,

ffi, = l,29kg

Fl = m*a

Fl = Fuerza de lacadena# I

m = Masa

a = Aceleraciónangular

Fl = l,29kg * 0,0807 m/seg2

Fl = 0,104 N

Esta fuerza la dividimos por la eficiencia para cadenas que e s der ffi%

Fl=0,104N= 0,1733N

0,60

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Page 98: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

Torque y fuerza de los rodillos alimentadores.

T.a = Tmax*R

Donde:

T.a = Torquedelosrcdillosalimentadores.

Tmax = Tensiónmá,rimadel pryl?79,5lbs)

R = Radiodel rodilloalimentador( 36,5 mm )

T.a = 779,51b * 1,43 pul

T.a = l.l20,l lb-IgLI ksf * 9,9I N * 0,0254 m

2,21b kgf pul

T.a = 126,86 N-m

La fuerza que hacen los rodillos sobre el papel es :

Comoel diámetrodel rodilloes de73 mm

T = Fr* r

Donde:

Ta = Torquedelosrodillosalimentadores ( 126,86N-m)

Fr = Fuerzade los rodillos alimentadores

r = Radiodel rodilloalimentador( 0,0365 m )

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Page 99: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

Fr = 126,86 N-m

0,0365 m

Fr = 3.475,6 N

Fr = 3.475,6N{'FS

donde:

FS = Factor de seguridad ( 2 )

Fr = 3.475,6N*2= 6.951,2N

La fuerza total que hay en el sistema , es la suma de todas las fuerzas de cada elemento.

m = Fpiñ.+ Fq+ Fl +F2 + F3 + Fr

m = (2,71 + 1,25 +0,173 + 0,391 + 6.951,2 ) N

m = 6.955,72 N

Ahora se determina el torque en el piñón del motor que ocasiona la FT del sistema.

Dia. piñ. = 4,l48pul = 0,01052m

Tm = FT*r

donde:

Ttn = Torqiedelmotor

FT = Fuerzatot¿l del sistema

r = Radiodelpiñon

w

Page 100: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

Tln = 6.955,72 r, ( 0,01052 m)l z

Tin = 36,58 N-m = 3Z3,l9lb-pul

H = Tm*n63.000

H = Caballos defuerzadel motor( Hp )

lln = Torquedelmotor (323,19)

n = Revoluciones del piñón (44)

H = 323,19*M = O,225HP

63.m0

Ahorasi estapotencialadividimosporlaeficienciamecánicadel motoreductot(1OVo)

Ifrn=O,225YIP=O,322ÍtPo,'lo

Lapotencianominal parael motorescogidodebeesa¡porencimadel valorhallado

anteriormente, esta potencia puede ser de 0,5 Hp.

9.3. Selección del motor eléctrico.

El motor escogido para que cumpla con los cálculos hechos anteriormente es de

0,5 HP.

m

Page 101: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

BIBLIOGRAFIA

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Mec ánica de ma'teriales.autor. Ferdinand P Beer 2 edi.

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Compendio de transferencia de calor.autor. Profesor Leyver Alzate.

Tabla de propiedades del papel bristol 250 grs.autor. Prop al

Diseño de elementos de máquina tomo 2autor. Jorge Cayced'o.

Manual de neumatica.autor. Charles R.

Page 102: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

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Engronesyongrorrte¡-Gerero[ctodes 621TAELA t3.2sl¡tcm¡¡ dc dbntes estándar de uso .oáún ,"r"'"nn

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Prcfcridc

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Alt¡n óc mhtjoH*n

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t.-*,- engranes cónicos comunes de 20o

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ArBro 3

tb l¡rvlclo AISC, ,(,poro ullllzsr lo ecuoclón (1.21

trrl ¡Oarc¡ dc dandoc¡rlfr¡ I¡gn¡ dc ¡oponc dc ¡rúer pucntc, con crUn¡ dc opcrrdor y ¡u¡ unioncrulrr nstns & rponc dc ¡rúnr pttail3 operrür dc¡dc cl piro y rus unionc

r¡ñsUmc¡ de pi¡c y plrufonnrr

.oEpflcr dc ¡q¡úlri¡ li¡crr. in¡rbed¡ co[cJe óe rnnrnirlür o tnotor

t trÉ dc quindr dc no,lrtgfuÉf¿ or porcie óc irn¡rtdón prcfir

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Page 113: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

AilETO 4

826 Apéndrce

TA8I.A AóPropiedades de perliles angulares de acero ostrucrurial..t

t|' = pc¡o por prc. lb,fi,rr = m¡¡¡ por rnaro. kdmA = irc¡ lr¡nrrcr¡¡l . in-: ¡gr:,

tI = s¡undo lr|oncnto de ire¡. in. rcm¡l I

t = r¡dio dc airo. ¡n lcm,r = dir¡¡nr.i¡ ccntroid¡| . in lcmlZ = modulo dc r¡sción. inr tc;i,TAMAÑO. M

l¡lxlxl

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0.t0 0.1]rL{9 (r.437

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I t. t 3.25ó.ó t.gf9.t :.sór2.t 3.7515.7 .r.ó¡l¿1.9 4.3619.ó 5.?524.2 7. | |2t.7 t.+l

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liürrtc¡cúi dlt¡.ñlnÉHa Dci¡o¡r GDIúEo I rodo lo¡cio d: l¡ crn

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phmrnro un núnicro pcqurño mayor que I por olcurl r dtbr mulriplicrr lo¡ c¡bdlo¡ d¡ fucrz¡ qut* -fc ytn ¡ ¡r¡n¡mi¡h paru rumont¡r algo ortc laqror .tcompm¡.r ¡¡l con un margrn dr rcgurldrd cuando¡¡r fu¡r¡r por las mi¡mr¡ c¡r¡c¡cri¡rlc¡s dc ¡ufu¡n¡¡ no rr prccbrm.nn unlformc y cuando no loar¡rmDoo lr crrga dr h mrquln¡ ¡ moy¡r

P¡n ¡¡o¡prudlcos r oont¡nurción ¡¡ d¡ una ¡¡blacon lc div¡r¡o¡ númoros mulriplicrdors¡ ¡ogun soal¡ lu¡n¡¡ dr la poronci¡ ¡ tr¡nsm¡tif y |tgun.¡o! Elüpc rb.crrgn ¡ movrr.

l¡¡tr f3 r¡ctar¡¡ t^tr 3¡rSutar 3t r¡r3313arr¡r¡rta¡10 ¡t 3t3t ¡tr¡l

I Gra¡t rt !¡ tu3rrt ¡3 rcrtrct.

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t¡ c¡¡g¡ r¡ UNIFORME cr¡ando no aumoñr! nl di¡-minuyr rprccieblcmonte ¡l rrrEncrr ni durantg st¡iompo d¡ trabiio. Cu¡ndo no c¡ o¡cllanr! y rsmpoco¡a prodr¡crn clbqucl, nl pulcaciono abrupnr.

catálofo de cadenEa "Il¡TERl.lEC.., pag. ZL

Page 123: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

rí¡ót¡ctor¡ d¡r Prporlee G¡-A- PRC|FI

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Page 124: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

A¡ulr'u. lr5 Tabra de capacidad cadena estar¡dar eencirla derodillos No ¡lO paso L/2.

R F u C:: P,ñO¡r CONOuCTO&

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i:i! i:ii i:ii i:ii i:!i i:!i i:!! i:!! ilt! l:li !:ii i:il¡.r. r.tc ..rr ¡.!. ..n r..r a:a¡ i:i¡ i¡:i ;:ü ,..¡ ..r¡ f#i:ii i:!! i:li Ií! l:!l .!r.¡r ..¡¡ t.at t.l¡ ¡.¡t ¡.i¡ a

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Page 125: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

A¡lEl(o. 16 carga adnisibre v facüor de gegr¡ridad paracadenag lenEas.

lf ) se3¡1n eI caüÉIogo Dp,dge DTQ =e deben conetderar lentasIac cadcnas con velocidad de 100 ptes./nln.

De Dleeño de Háqulnae y eleurentoe. tono II.In¡!. Jorge Calcedo, p68. f061

Veloell¡d detraglrcion de Iaeadcna lpiee./min)

Faetor desegurldsd ( Fg)

Cargaacl¡rlslble I Fadm )

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Page 126: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

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EI CI,|TEñOSC EilCUETTTNA Eil I¡ III{EA OELCENTRO OEt DIENTE.

Los sprockets sn e$slenc¡ ^nfuoon dientes endurecidos perm¡ren-u¡a v¡da más largapara sus sprockcfi c-.rooom¡endan los dientes sndurecidos on el sprocket máa úóuéñáe*g üansmisión oe áaaáña g roqtbs qbrrtÉalgfftrüfifiif." a umomavor, o bián si e¡ ipiociJin¡¿inñünouenoá¡drñb.o;ir,tosyconófrnrrtl

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Existencia de Acero

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Page 127: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

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Page 128: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

ANE(O. 19 T¿¡bIaANSI

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3/ 4'19.05mm

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1 L/2"38.1Omm

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Page 129: Diseño y construcción de una máquina para hacer hojas para ...

ANEXO 20

TABLA 55- DlMErstoxEs DEI prE DEI coRDor DE sotDADuRA pAR lT¡OIDAOURA DE FITETE ET FUTCIOT DE ESPESOR A UXIR

398

FUENTE: Cárcuro da Eremantos de Máqurnas. (Jasrls Davftr castarledat

Espesorde IaPlaca

t

Diseilo por'¡r.egl,atencta

Soldadura 'dercgistenciacompleta

h = 3N/4

Soldadura de50f de re-gLstencla

h = st/g

Soldadura de332 de re-aistenc ia

r. = t/4

L/4. S/Le,3/A7 /t6r/?9/t65/a3/47/AI

L l/aL L,f4L 3/8L L/2t á/8r 3/4

22 L/E2 L/42 3/6"2 L/22 sla2 s/c

It

3/L6L,/45/L63/E3/8? /L6t/29/t85/A3/47/AII

T L,/81 L/4L 3/8I L/2L s/aI 3/4t 3/4t Ztg

22

2 I/4

3/rE3/t63/163/t63/16L/4L/45/163ta3/a'? /L6r/2L/2glL65/83/43/47/a't /8

3/L63tte3/t63/L63/re)L/4L/qt/45/ta5,/L65/163/ta3/83/A't/]-6.7/L6-L/29/L69/165/85/a3/43/43,/4