Mecanizado de Un Mango de Cuchara de Madera

7/25/2019 Mecanizado de Un Mango de Cuchara de Madera

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UNIVERSIDAD SIMN BOLVAR.Departamento mecnica

Coordinacin de ingeniera mecnica

DISEO DE UNA MQUINA PARA ELMECANIZADO DEL MANGO DE UNA

CUCHARA DE MADERA.

Elaborado por:

RONALD DEL AGUILA

Sartenejas, abril 2007


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UNIVERSIDAD SIMN BOLVARDecanato de Estudios Profesionales

Coordinacin de Ingeniera Mecnica

DISEO DE UNA MQUINA PARA ELMECANIZADO DEL MANGO DE UNA

CUCHARA DE MADERA.

Por:RONALD DEL AGUILA FEBRES

Realizado con la asesora deProf. Andrs Clavijo.

PROYECTO DE GRADOPresentado ante la ilustre Universidad Simn BolvarComo requisito parcial para optar al ttulo de

Ingeniero Mecnico.

Sartenejas, Abril de 2007.


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UNIVERSIDAD SIMN BOLVARDecanato de Estudios Profesionales

Coordinacin de Ingeniera Mecnica

DISEO DE UNA MQUINA PARA EL MECANIZADODEL MANGO DE UNA CUCHARA DE MADERA.

PROYECTADO DE GRADO presentado porRonald Del guila Febres

REALIZADO CON LA ASESORA DEProf. Andrs Clavijo

RESUMEN

En este trabajo se presentan los detalles del proceso de diseo de una mquina pararealizar el corte del mango de una cuchara de madera, siendo este uno de los pasos dentro del

proceso de fabricacin del utensilio de cocina en Venezuela.Se realiza una exhaustiva revisin bibliogrfica de mquinas similares existentes en elmercado. Teniendo como resultados la no existencia de dichas maquinas, lo cual conduce arealizar un diseo original e innovador para nuestro pas.

Se presenta el diseo conceptual en el cual se plasman las condiciones yrequerimientos tcnicos que debera cumplir el diseo de este equipo.

Al final, se muestra el diseo de detalle de cada una de las piezas que sern requeridaspara la construccin, tomando como prioridad la fcil fabricacin de las piezas, ensamblegeneral, los costos de materiales y el buen uso del equipo.

PALABRAS CLAVES

Sierra, torno, fresadora, caladora, lijadora, corte longitudinal, momento flector, momentotorsor, trasmisin de potencia, engranaje, fatiga.

Sartenejas, Abril de 2007


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A Dios, por guiarme por el camino del triunfo

y permitirme ser feliz.

A mis padres Tadeo y Odilia, por todo el apoyo

que me han dando y conseguir las metas logradas.

Mi abuela Myriam Pinto, por regalarme todo su amor

y darme fuerza en todo momento.

Mis Hermanos, por su f y cario hacia m.

Los Amo.


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AGRADECIMIENTOS

A mi Tutor, Ing. Andrs Clavijo, por toda la confianza y amistad que me demostr

durante todo la tesis, y por sus valiosos consejos sin los cuales este trabajo se encontraraincompleto.

A los tcnicos del laboratorio de diseo y prototipos de la USB por su ayuda en la

parte tcnica. La experiencia de ellos fue valiosa para este proyecto.

Al Sr. Arturo Febres, por apoyarme en mis estudios y estar siempre pendiente de mis

avances.

A la familia Armas Luna, en especial al Sr. Hctor Armas y Srta. Mercedes Armas, por

apoyarme siempre y darme su mano amiga en todo momento. Los quiero mucho.

A todos mis amigos, en especial a Ricardo y Jos Daniel, por ayudarme en todo

momento de la tesis y demostrarme que puedo contar con ustedes.


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SIMBOLOGA

F = Fuerza.

= Esfuerzo.

A = rea.

T = Torque.

a = Ancho.

h = Altura.

e = Espesor.

w = Velocidad angular.

Pot = Potencia.

dmin = Dimetro mnimo.

Zmin = Nmero de dientes mnimo.

Ft = Fuerza tangencial.

Fr = Fuerza radial.

Fa = Fuerza axial.

m = Mdulo.

b = Ancho de cara.

dp = Dimetro primitivo.p = Paso de diente.

M = Momento flector.

= Esfuerzo torsor.

Laplas = Longitud de aplastamiento.

Lcorte = Longitud de corte.

Froce = Fuerza de roce.

Li = Lado izquierdo.

Ld= Lado derecho.

dm = Dimetro medio.

m_torsion= Esfuerzo de torsin medio.

a_flexin= Esfuerzo alternativo a flexin.

m_axial= Esfuerzo axial alternativo.


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med_equiv= Esfuerzo medio equivalente.

alt_equiv= Esfuerzo alternativo equivalente.

a= Esfuerzo de amplitud.

r = Radio en el pie del diente.


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ANEXOS


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CAPTULO 1

INTRODUCCIN

El presente proyecto parte de una revisin bibliogrfica y comercial referente a

mquinas que realicen el mecanizado de cucharas de madera. Aqu se plasman los criterios de

relevancia para decidir si realmente es necesario proponer una solucin puntual a dicho

proceso de fabricacin, que les brinde a los empresarios una respuesta rpida y efectiva con

una produccin veloz y de menor costo. Se evalan y se describen los equipos presentes en el

mercado, las normas que rigen estos diseos, as como las caractersticas que los posicionan de

una u otra forma en el mercado.


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Figura # 1.1. Diagrama del procedimiento de fabricacin de la cuchara.

1.2.1. CORTE SECCIONADO PARA CONSEGUIR EL MANGO.

Este es el primer paso que se realiza para la fabricacin de las cucharas de madera. Setoma el listn de madera con unas medidas (ancho, largo, alto) determinadas, seguidamente es

colocado en la sierra circular fija para ser cortado en ambos extremos del listn secciones de

madera de una longitud. Con estos cortes laterales se consigue el mango cuya longitud vara

dependiendo del tamao que sea la cuchara, porque en esta empresa se pueden sacar cucharas

de diferentes dimensiones. Para tener una mejor visin de lo descrito anteriormente se ver a

continuacin la figura # 1.2.

Concavidad interior dela cuchara

Torneado del mango

Fresado de la parteinferior de la cuchara

Lijado y acabadosfinales


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Figura # 1.2. Vista superior del cortes laterales del listn de madera.

Para realizar el corte descrito anteriormente se utiliza la sierra circular fija, la cual esuna de las herramientas ms usadas en la actualidad. La sierra circular utilizada comnmente

en la construccin es una mquina ligera y sencilla, compuesta de una mesa fija con una

ranura en el tablero que permite el paso del disco de sierra, un motor y un eje porta-

herramienta. La transmisin puede ser por correa, en cuyo caso la altura del disco sobre el

tablero es regulable a voluntad, o directamente del motor al disco, siendo ste ltimo fijo.

Normalmente, esta mquina est dotada de otros dispositivos y accesorios, de los cuales sern

tratados ms adelante.

Figura # 1.3. Descripcin de la mesa de trabajo de una sierra circular.

Con la hoja adecuada sirve para cortar madera, acero, mampostera y mosaico. Los

tamaos de las sierras circulares se clasifican por el dimetro de sus hojas, que varan de 3" a


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16", aunque las ms comunes son las que estn entre 5 " y 7 ". Para este caso se utiliza las

hojas de madera las cuales estn divididas en:

o El dentado americano, en el cual se alternan tres dientes rectos con uno

terminado en curva cncava y que tiene la funcin de desalojar mejor el aserrn

producido en el corte.

o El dentado universal, el cual consta de dientes terminados en punta que, con

ngulo positivo o negativo, van triscados de forma alterna y en diferentes

nmeros. Lo habitual es encontrar el triscado uno a uno, esto es, un diente a

izquierdas y otro a derechas y as sucesivamente, aunque tambin existen en el

mercado triscados a dos y tres dientes.

o Otro tipo de sierra o diente es el conocido como japons, el cual sustituye el

triscado anteriormente dicho, por un afilado interno del diente unido a unvaciado de las caras exteriores de la hoja de sierra y una terminacin

progresiva, esto es, de menor grueso a mayor que va desde el lomo de la sierra

hasta los dientes.

1.2.2. ACCESORIOS TILES.

Entre los accesorios de la sierra circular fija se puede nombrar algunos ms relevantespor su sencillez y utilidad, como lo son: Empujadores para pequeas piezas, Consola para

piezas largas, Asideros para ser trasladados por la gra, Mangos que permiten ser movida por

el personal, Ruedas delanteras que puedan ser trabadas en la posicin de trabajo, Gua

intermedia que facilite la separacin de la pieza al cortarlas, Pincel para limpiar de restos de

madera el contorno del disco. Adems estos accesorios o complementos le dan a la mquina

una magnitud importante de cara a un manejo irresponsable, ganando en maniobrabilidad.

1.2.3. NORMATIVAS PARA SU CONSTRUCCIN.

Las normativas que rigen este diseo estn basadas en comits de normalizacin que

existe en varias partes del mundo por ejemplo El comit de normalizacin europeo CEN/TN

142. La norma nmero PNE-prEN 1870-1 y la UNE-EN 1870-1:2000cual envuelve a Sierras


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circulares de bancada fija (con o sin mesa de mvil) y escuadradoras. Esta norma especfica

los requisitos o medidas de seguridad para eliminar los peligros y limitar los riesgos en las

sierras circulares de bancada fija (con y sin mesa mvil) y escuadradoras. No es de aplicacin

para mquinas porttiles para trabajar la madera o mquinas montadas sobre banco o mesa

diseadas para trabajar en posicin fija y que puedan ser transportadas a mano por una

persona. Recoge definiciones, lista de peligros, requisitos y/o medidas de seguridad e

informacin para la utilizacin.

1.2.4. SIERRAS CIRCULARES ACTUALES.

En la actualidad existe una gran gama de empresas dedicas a la construccin de

mquinas para la madera, como las sierras circulares. Se mencionar algunas de estas

mquinas, su capacidad, caractersticas generales.

o [1] De la compaa DENDE Maquinas y Accesorios, se presenta la sierra

circular de mesa fija RTS-250. Esta mquina cuenta con una potencia de 1600

W, revoluciones en vaco de 4800 rpm, dimetro de disco de 250mm, ancho

mximo de gua de 390mm, inclinacin de disco de 0-45, grueso mximo a 90

de 73mm, grueso mximo a 45 de 51mm, peso neto de 28Kg, y unas

dimensiones de mesa de 570 x 515mm. Ver figura # 1.4.


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Figura # 1.4. Sierra Circular RTS-250 DENDE.[1].

o

[2] De la compaa SCHEPPACH se encuentra la sierra circular de mesa fija

315 GT. Esta mquina est diseada bajo la norma EN 1870-1 y tiene como

accesorio principal una mesa plegable y una tubera pegada al casco protector

ubicada en la superior sobre la cuchilla para absorber la viruta o los residuos de

madera. Esta sierra circular de mesa fija es de tecnologa alemana, con un fcil

manejo y alta eficiencia. A continuacin se presenta la figura # 1.5.


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Figura # 1.5. Sierra circular 315 GT SCHEPPASH[2].

1.2.5. PERFILADO DE LA CUCHARA.

El listn de madera ya con un mango de seccin transversal cuadrada entra a una

mquina para ser mecanizado en la parte superior, es decir, la zona que se encuentra

inmediatamente despus del mango de la cuchara. Este mecanizado sigue un patrn o molde

de diseo para as conseguir la forma adecuada del proceso, por otro lado esta forma puede

variar dependiendo de la silueta final que se quiera dar al producto. Para tener una visin ms

clara tenemos a continuacin la figura # 1.6.


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Figura # 1.6. Vista superior del Perfilado de la cuchara.

Este perfilado es obtenido mediante una mquina llamada caladora, esta es una

herramienta muy verstil e imprescindible para todo aquel que haga bricolaje con madera.

Cortan todo tipo de maderas y plsticos, a dems si la caladora es electrnica, poniendo la hoja

de sierra adecuada, tambin se pueden cortar metales, cemento poroso, ladrillo, cermica,

vidrio, metacrilato, cartn, goma. Realiza cortes rectos, curvos, inclinados (inclinando la

base), su manejo es sencillsimo y es una mquina muy segura. Su funcionamiento se basa en

una pequea hoja de sierra que sube y baja alternativamente y que es la que produce el corte.

Las hay tambin con movimiento pendular (hacia delante y hacia atrs) de la hoja para

acelerar los cortes rectos. Con los accesorios adecuados puede convertirse en una sierra

estacionaria (se fija boca abajo, se ampla la base de corte y lo que se mueve es la pieza a

cortar).

1.2.6. SIERRAS CALADORAS EXISTENTES EN EL MERCADO

Existe una diversa gama de sierras caladoras en el mercadoque ofrece caractersticas y

funciones que se adaptan a cualquier requerimiento solicitado por el consumidor.

o [3] La distribuidora ALUJU, presenta a las sierras caladoras modelos RSS-13

DS y la RSS-16 DV. Estas maquinarias son diferentes entre s, primeramente

por la forma de su tabla de apoyo. Donde la 13 DS es cuadrada mientras que la


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16 DV es circular con una cambio de seccin superior. Por otro lado las

caractersticas de funcionamiento de la RSS-16 DV son superiores a la RSS-13

DS lo cual garantiza que la eficiencia de una de estas caladoras sea superior. A

continuacin se presenta la figura # 1.7, donde se aprecian estas mquinas

seguidas de un cuadro que muestra las diferentes caractersticas de diseo.

Figura # 1.7. Sierras caladoras RSS-13 DS y RSS-16 DV ALUJU[3].

o [4] La distribuidora ALUJU, ofrece la sierra caladora modelo RSS-24 DS con

un mayor tamao y mayor potencia que las anteriores. Esta mquina es

fabricada ntegramente en metal de fundicin, y cuenta con una potencia de 150

W con una velocidad de 1400 rpm y un peso neto de 35 Kg. Tambin tiene

incluida accesorios como los adaptadores para pelos estndar sin pasador,

aportndole alguna ventaja sobre las otras sierras caladoras. Se presenta a

continuacin la figura # 1.8, de esta mquina y sus caractersticas de diseo.


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Figura # 1.8. Sierra Caladora RSS-24 DS ALUJU[4].

1.2.7. CONCAVIDAD INTERIOR DE LA CUCHARA.

Para la obtencin de la concavidad en este paso, es necesario utilizar un torno con una

pieza de corte capaz de dar la forma con una profundidad deseada. En este paso el listn es

colocado en un soporte o sujetador y luego llevado al torno cuidadosamente ejerciendo una

presin adecuada para conseguir la concavidad interior. En la figura # 1.9. Se podr observar

con una mejor visin el propsito de este paso.


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Figura # 1.9. Vista superior de la Concavidad interior de la cuchara.

El torno, probablemente una de las mquinas ms antiguas, es asimismo, una de las

ms adaptables y que se usa con mayor amplitud. El torno ha conducido al desarrollo de

tornos de torreta, mquinas para fabricar tornillos, fresadoras para ensanchar agujeros, tornos

controlados numricamente y centros de torneado. El progreso en el diseo del torno mecnico

y las mquinas que se relacionan con l ha permitido el desarrollo y produccin de millares de

artculos que utilizamos hoy en da como lo es la cuchara de madera.

La funcin principal del torno mecnico es hacer girar perfiles y piezas cilndricas. Lo

anterior se lleva a cabo haciendo girar la pieza que est sostenida en un dispositivo diseado a

propsito, mientras se fuerza una herramienta de corte contra su circunferencia. Algunas de las

operaciones comunes que se efectan en un torno son: torneado cnico, torneado cilndrico,

roscado, moleteado, ensanchamiento de agujeros, taladrado y escariado.


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1.2.8. TORNOS EXISTENTES EN EL MERCADO

Desde la creacin del primer torno la tecnologa ha ido avanzando hasta llegar a los

tiempos actuales donde tenemos mquinas como:

o

[5] El grupo LOMBARTE fabrica el torno L1100V destinado a un uso

semiprofesional, fabricado en fundicin, con un motor de 550W, 10

velocidades entre 500 y 2000rpm, y con un peso neto de 92Kg. Esta mquina

no es de las ms modernas del mercado pero si cumple con un trabajo exigente

a nivel semiprofesional. Ver figura # 1.10.

Figura # 1.10. Torno L1100V LOMBARTE[5].

o [6] La compaa ARSENAL construye una gran variedad de tornos para los

diferentes tipos de requerimientos tcnicos del mercado. En este caso solo se

menciona una de estas maquinarias debido a que se comparan con las utilizadas

en la empresa fabricadora de cucharas de madera y es muy superior en cuanto a

su capacidad tecnologa. El torno modelo C8C, cuenta con las siguientes

caractersticas tcnicas que se muestran en la figura # 1.11.


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Figura # 1.11. Torno modelo C8C ARSENAL[6].

Tabla # 1.1 caractersticas tcnicas del torno C8C ARSENAL.


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1.2.9. TORNEADO DEL MANGO.

Esta seccin del proceso de fabricacin es realizada con la misma mquina que en el

paso anterior (torno), con la diferencia de que no tendr la misma herramienta o pieza de corte.

sta ser circular para producir el mango de seccin transversal circular. El mecanismo de

trabajo es el mismo al paso anterior, el mango de la cuchara es colado en un sujetador para

pasarlo por la mquina suavemente y obtener una pieza de madera lo ms lisa y con menos

defectos, para as lograr menor trabajo a la hora de proporcionar el lijado y acabados finales.

Para una mejor perspectiva ver figura # 1.12.

Figura # 1.12. Vista superior del Torneado del mango.

1.2.10. FRESADO DE LA PARTE INFERIOR DE LA CUCHARA.

El fresado de la parte inferior de la cuchara como lo dice su nombre se hace con una

maquinaria llamada fresadora. Esta mquina est capacitada para poder remover secciones de

madera con cierto radio de curvatura. Ver figura #1.13.


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Figura # 1.13. Vista frontal del fresado de la parte inferior de la cuchara

Una fresadora es una mquinautilizada para dar formas complejas a piezas de metal u

otros materiales. Son mquinas que pueden ejecutar una gran cantidad de operaciones de

mecanizadocomplejas, como cortes de ranuras, planificacin, perforaciones, encamisado, etc.

1.2.11. FRESADORAS EXISTENTES EN EL MERCADO

Las mquinas actuales en el mercado competitivo son:

o [7] La compaa Kembill tiene dos modelos de fresadoras, SR-750 y SR-

550. A continuacin se muestra la figura # 1.14, donde se presenta la mquina

SR-750 y SR-550 junto a un esquema de sus caractersticas y diseo.
http://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1quina-herramientahttp://es.wikipedia.org/wiki/Mecanizadohttp://es.wikipedia.org/wiki/Mecanizadohttp://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1quina-herramienta


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Tabla # 1.2. Caractersticas Tcnicas de la fresadora SR-750, SR_550.

Figura # 1.14. SR-750 y SR-550 KEMBILL[7].


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o [8] La compaa ARSENAL es fabricante de las fresadora modelos FU251M,

U281, FU301, FU321M, FU361, FU401. Las cuales cuentan con un sistema de

engrase automtico centralizado, sistemas de refrigeracin de iluminacin,

freno electrodinmico del husillo, mecanismo de eliminacin del juego del

tornillo longitudinal, guas con 'TORCITE-B' (anti- adherencia), mesa giratoria

(+/-45), proteccin del rea de trabajo, dos lunetas para el eje portafresas,

juego de llaves para mantenimiento. Estas caractersticas colocan a estas

mquinas como una de las herramientas verstiles del mercado internacional.

A continuacin mostraremos la figura # 1.15, donde se vern los diferentes

modelos en el cual se detallar las dimensiones, opciones, y accesorios.

Figura # 1.15. Fresadoras Compaa ARSENAL[8].
http://www.arsenal-hispanica.com/html/millmach/fresadoras_universales.htmhttp://www.arsenal-hispanica.com/html/millmach/fresadoras_universales.htmhttp://www.arsenal-hispanica.com/html/millmach/fresadoras_universales.htmhttp://www.arsenal-hispanica.com/html/millmach/fresadoras_universales.htm


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Tabla #1.3. Caractersticas Tcnicas de la fresadora Arsenal.

1.2.12. LIJADO GENERAL Y ACABADOS FINALES.

Se ha llegado a la parte final de la descripcin del proceso de fabricacin de cucharas

de madera. Luego que el listn es colocado en la sierra circular fija para su primer corte, pasa

por una serie de procedimientos hasta llegar a ste, el lijado general y acabados finales. En

este paso se utilizan mquinas lijadoras para poder sacar de la cuchara todas las asperezas y

detalles que se vean a simple vista. Por otro lado los acabados finales son los chaflanes hechos

a la parte baja del mango y el orificio donde es colocada la cuerda que servir como soporte

para colgar la cuchara en algn estante.

Por otro lado una mquina lijadora de banda (la cual se utiliza en el proceso de

fabricacin de la cuchara de madera). Consta de una banda cerrada de lija sujeta con tensin

entre dos rodillos. Un rodillo genera el movimiento de la banda de lija, mientras que el otro

sirve para controlar la tensin y el desplazamiento lateral de la misma. Una placa situada entre

ambos rodillos mantiene la banda de lija contra la pieza a lijar. Est fabricada para lijar

grandes superficies planas. Este procedimiento tiene que ser muy preciso porque el gran poderde estas mquinas puede ocasionar que el lijado sea muy fuerte y produzca daos de relieve a

la pieza.


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La mquina de lijar tiene su antepasado hacia el ao 1956, donde se produjo el primer

lijado uniforme sobre toda una superficie con la ayuda de la Lijadora de banda larga

semiautomtica con banda de laminillas de presin.

1.2.13. LIJADORAS ACTUALES EN EL MERCADO.

En la actualidad se tiene muchos tipos de mquinas lijadoras, en esta seccin se

mostrar algunas de ellas:

o [9] De la compaa KEMBILL tenemos la lijadora de banda y disco modelo

SK-2000SD y SK-0069 BDS con las siguientes caractersticas plasmadas en la

figura # 1.16.

Tabla #1.4. Caractersticas tcnicas de la lijadora KEMBILL SK-2000SD, SK-0069 BDS.

CARACTERISTICASTECNICAS SK-2000 SD SK-0069 BDS

Dimensiones de la banda 2.000x150 MM 1.210x150MM

Longitud til de mesa 730 MM 480 MM

Potencia del motor 3HP(Trif./Mono.) 1/2HP.Monof.

disco lijador - 220 MM

Peso neto 86Kg 48 Kg.


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Figura # 1.16. Lijadoras SK 0069BDS y SK 2000 SD KEMBILL[9].


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o [10] De la misma compaa KEMBILL, es presentado el modelo SK-3000SD,

con unas medidas de banda de 2260mm x 153mm, velocidad de banda de 20

m/s, mesa frontal de 620mm x 220mm. Esta mquina cuenta con un poderoso

motor de 2.25Kw y 3400rpm. Esta a diferencia del modelo SK.2000 SD es que

la banda no es vertical sino horizontal proporcionando ms comodidad de

manejo a la hora de operar. Por otro lado no cuenta con un disco lijador como

lo tiene el modelo SK-0069 BDS, pero si con una mesa de trabajo ms

espaciosa y diseada para trabajar con piezas de mayor longitud. Se ver a

continuacin la figura # 1.17 donde es reflejada la mquina lijadora SK-

3000SD

Figura # 1.17. Lijadora SK 3000SD KEMBILL [10].


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1.3. CONCLUSIONES PRELIMINARES

De acuerdo a lo investigado se puede proponer dos soluciones al diseo de la mquina

para el mecanizado de la cuchara de madera:

Como primera solucin tenemos el Diseo de una mquina que rena las

caractersticas necesarias para facilitar el proceso de fabricacin de la cuchara de

madera. Esta mquina que ser diseada, lograr realizar el primer paso en la

fabricacin de este utensilio de cocina.

Una solucin tambin factible e interesante seria el reacondicionamiento de lafbrica, debido a que esta realiza los pasos a una distancia considerablemente lejanas

entre si, por ejemplo: entre el paso de hacer el perfil de la cuchara con una caladora

industrial y hacer el mango, hay que trasladarse de un galpn a otro una distancia de

20 mts aproximadamente. Por tal motivo un estudio de la reestructuracin de las

posiciones de las mquinas y de los pasos del proceso podrn aumentar la eficiencia y

dar a la fbrica mayor nmero de piezas para el mercado.


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CAPITULO 2

DISEO CONCEPTUAL

Como continuacin del trabajo de revisin bibliogrfica acerca de mquinas para el

mecanizado de cucharas de madera, en el que se decidi que es necesario e importante el

desarrollo de un diseo para hacer ms prctico el proceso de fabricacin de este utensilio decocina, debido a que en el mercado existente en nuestro pas no existe una mquina que pueda

hacer los pasos de fabricacin mencionados anteriormente de una manera ms rpida y

eficiente, adems que ser verstil, econmica y funcional; el presente captulo tiene como

finalidad realizar el diseo conceptual para el desarrollo de nuevos modelos de mquinas para

el mecanizado del corte del mango de la cuchara de madera.

2.1. DISEO CONCEPTUAL

Esta seccin estar enfocada en las diferentes ideas que se plantearon a la hora de

disear la mquina para el corte del mango de la cuchara de madera, es decir, existen muchas

formas de poder realizar el proceso de corte y/o mecanizados del mango de este utensilio de

cocina; por tal motivo se plantean varios diseos y se escoger el ms econmico, ms

operable, y ms fcil de disear. A continuacin veremos dividido en tres (3) tpicos las


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mquinas que se realizaran con sus respectivos modelos y al final se tomara la decisin de cul

ser el modelo ms adecuado siguiendo debidamente los lineamientos de diseo antes

mencionados.

2.2. MAQUINA PARA REALIZAR EL CORTE DEL MANGO

2.2.1. PRIMERA CONFIGURACIN

Para este corte se disearon dos posibles configuraciones, las cuales son muy similares

desde el punto de vista geomtrico. A continuacin se presenta la figura # 2.1 de la primera

configuracin, la cual es descrita seguidamente.

Figura # 2.1. Primera configuracin del diseo de una mquina para el corte del mango.

1. MESA DE TRABAJO: Principalmente tiene igual forma y dimensiones que una

mesa de trabajo u operacin de cualquier sierra circular fija, ya que posee una

plataforma metlica de forma cuadrada sobre la cual se harn los cortes para obtener

el mango de seccin transversal cuadrada y cuatro (4) barras metlicas que funcionan

como soportes de la plataforma; estas barras son comnmente llamadas patas de

apoyo y estarn ubicadas en las esquinas de la plataforma para as garantizar la

firmeza a la hora de trabajar en esta mesa.


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2. CANALES DE MOVIMIENTO DE LAS SIERRAS:Estos canales sern utilizados

para que los discos de las sierras circulares puedan sobresalir de la mesa y poder tener

movimiento a travs de la plataforma de la mesa de trabajo. En esta parte se analiz

que el movimiento del corte de la madera tiene ser hecho por parte de las sierras, por

ende se tuvo que realizar estos canales en la plataforma de la mesa. Estos espacios

tendrn medidas de ancho y largo suficientes para evitar el roce o la interferencia de

los discos con el metal de la mesa.

3.

SIERRAS PARA EL CORTE LONGITUDINAL Y EL TRANSVERSAL: Como secomento anteriormente, el movimiento de corte ser propiamente hecho por las sierras

circulares; se dividi esta seccin en dos partes para poder explicar los movimientos

tanto longitudinal como transversal de las sierras en la mesa de trabajo:

o CORTE LONGITUDINAL: El diseo incluye un par de discos de sierras

circulares los cuales sern conectados de forma paralela, unidos por un eje central

el cual estar adaptado a un motor con las caractersticas necesarias de potencia y

velocidad angular para el funcionamiento ptimo de los discos. Pero esto slo

garantiza el movimiento angular de los discos de la sierra; se anexa al diseo un

sistema neumtico compuesto por un actuador neumtico el cual funcionar como

empuje del eje que por consiguiente mover de forma longitudinal los discos,

obteniendo as el corte deseado.

o CORTE TRANSVERSAL:Este diseo es muy similar al anterior por contar con

un par de discos de sierras circulares pero esta vez no unidos por un eje central sino

estos estn ubicados en ambos extremos de la mesa. Los discos estn unidos cada

uno a un motor con cierta potencia y velocidad angular que garantiza el giro de

estos. Al igual que en el caso anterior no se tiene el movimiento lineal, por lo que


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se adaptar unas cremalleras, estas sern accionadas por otro motor y sujetadas en

su otro extremo a las sierras para as tener el movimiento lineal.

4.

SUJETADORES: Estas barras sujetadoras estarn ubicadas a los lados del listn de

madera que se colocar en la mesa para ser cortado. Los sujetadores tendrn el trabajo

de fijar a la mesa de corte el listn de madera de tal manera que no le permita el

movimiento de ningn tipo, para as obtener un corte lo ms exacto posible. Las barras

sujetadoras podrn adaptarse a diferentes medidas.

2.2.2. SEGUNDA CONFIGURACIN

Una vez terminado de explicar los detalles de la primera configuracin de la mquina;

procederemos a detallar el diseo conceptual de la segunda configuracin la mquina para el

corte del mango. A continuacin se muestra la figura # 2.2, la cual muestra la mesa de trabajo

numero dos (2), la cual ser explicada a continuacin.

Figura # 2.2. Segunda configuracin del diseo de una mquina para el corte del mango.


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1.

MESA DE TRABAJO:Esta mesa ser idnticamente igual en medidas y forma a la

explicada anteriormente en la configuracin 1, en la cual se mencionaba que esta mesa

fue tomada de la imagen de la mesa de trabajo de una sierra circular fija.

2. CARRILES, SUJETADORES: Estos tienen la funcin de guiar a la madera en su

paso por la mesa y a su vez sirve como sujetador para que el corte sea lo ms preciso

posible. Este accesorio podr ser adaptado a diferentes medidas como sea necesario.

3. CANALES: A diferencia de la mquina anterior, este diseo contar con el

movimiento del listn y tambin con el movimiento de las sierras individuales. Por talmotivo tendremos dos tipos de aberturas, la de las dos sierras en paralelo, la cual como

no tendr movimiento ser de un tamao adecuado para que el disco no choque con la

mesa y la otra ser como en el diseo anterior.

4. SIERRAS CIRCULARES:Para esta parte del diseo se tom en cuenta que el par de

sierras que harn el corte longitudinal estarn acopladas a un eje que a su vez estar

unida un motor se colocaran de manera fija a la parte inferior de la mesa por lo que

solo tendr el movimiento angular mas no el movimiento lineal. El motor ser de

cierta capacidad el cual tendr la potencia necesaria para cortar la manera de forma

satisfactoria. Por otra parte tenemos el corte transversal, el cual si mantendr el mismo

lineamiento que el diseo de la mquina anterior a diferencia que ser movido por

unos cilindros neumticos conectados a cada motor de la sierra y con un recorrido o

carrera ya fijo.


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29

CAPITULO 3

DISEO DE DETALLE

En este captulo se presentar todo lo relacionado con el diseo detallado y especfico

de todas las piezas relacionadas y vinculadas con la mquina para el corte del mango de la

cuchara de madera. Este diseo se dividi en cuatro (4) secciones. Una primera parte o seccin

uno (1), donde se presenta todos los mecanismos que realizarn el corte longitudinal del

mango. En la seccin dos (2) se mostrara el sistema de funcionamiento del corte transversal

del mango. Seguidamente se tiene la seccin tres (3), en la cual se presenta el mecanismo de

un sistema de movimiento lineal, el cual producir la traslacin de la seccin dos (2) desde un

extremo de la mesa hacia el centro, y terminamos este captulo con la seccin cuatro (4), la

cual estar basada en la estructura de la mesa y la colocacin de las secciones anteriores.


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30

3.1. SECCIN 1

Esta seccin engloba los mecanismos que fueron utilizados para lograr el movimientodel sistema de corte longitudinal, ste ser explicado seguidamente de la figura # 3.1.

Figura # 3.1. Mecanismo del corte longitudinal.

3.1.1. MOTOR 1 ENGRANAJES HELICOIDALES - EJE 1

Este sistema ser el encargado de realizar potencia y trasmitirla a los dientes del disco

de sierra circular que se muestra en la figura # 3.1 para que estos puedan desgarrar la maderasin mucho desgaste. Se escogi un motor de 7.5 Hp de potencia y 1600 rpm de velocidad de

giro. Este motor se encuentra sobre dimensionado en sus clculos como se mostrar en el

siguiente captulo.


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Los engranajes helicoidales fueron piezas claves para lograr la configuracin mostrada

en la figura # 3.1 (que el eje del motor y el eje 1 se encuentren cruzados). Estos engranajes

mantienen una relacin de transmisin de 1:1 y trasmitirn la potencia del motor 1 al eje 1; A

dems, al poder configurarse transversalmente uno del otro se pudo ganar espaci ya que el eje

del motor no tendra que estar alineado con el eje 1.

El eje 1 ser de acero 1020 mecanizado en el cual se instalarn los dos discos de corte

y el engranaje helicoidal rueda. Este eje trasmitir la potencia que viene del motor a los discos

de corte y esos puedan cortar la madera. A este eje se le realiz una rosca para evitar que los

discos se movieran, a dems, entre los discos se encuentra un separador el cual tendr la

funcin de evitar el contacto entre ellos y mantener una separacin de 20 mm. El anlisis de

vida de este eje fue importante debido a que este puede fallar y para el funcionamiento de lamaquina completa.

3.1.2. SOPORTE DE RODAMIENTO CHUMACERA - BASE DECHUMACERA

La colocacin de estos soporte de rodamientos fue para mantener al eje 1 girando y

apoyado. Para esto se dise una base al soporte de rodamiento chumacera la cual tenga laaltura necesaria para mantener el contacto los engranajes helicoidales. Se seleccion el soporte

de rodamiento de la marca SKF modelo YAR 203/12-2F . En la figura # 3.2 se presenta el

sistema soporte de rodamiento base de chumacera.


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Figura # 3.2 Sistema soporte de rodamiento base de chumacera.

3.1.3. EJE FIJO - ENGRANAJE RODAMIENTO - CREMALLERA

Este sistema se diseo para garantizar que el movimiento del mecanismo de corte

longitudinal sea totalmente lineal, ya que si este no lo fuera, se tuviera un corte en la madera

con desviaciones. Explicando la configuracin del sistema se tiene el eje fijo, el cual como su

nombre lo indica estar fijo de la base del motor y ser el encargado de sostener al rodamiento

y el engranaje. Este ser fabricado de una barra de acero 1020 de 50 mm de longitud y un

dimetro de 1 pulgada mecanizado de tal manera que exista una reduccin de dimetro de 25,4

mm o 1 pulg. a 20 mm.


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Los engranajes sern de dientes rectos al igual que la cremallera. Estos engranajes

estarn colocados en las esquinas de la base del motor formando un carrito el cual transportar

el sistema de corte de madera, todo esto apoyado en las cremalleras de dientes rectos antes

mencionadas, las cuales tendrn una longitud de 761 mm y estn sujetas a unas laminas de

acero que servirn de apoyo; Estas laminas sern descritas en la seccin 4. Por otro lado el

rodamiento SKF 6004 permitir que el engranaje tenga apoyo en l y adems pueda girar

libremente.

En la figura # 3.3 se muestra el sistema explicado anteriormente.

Figura #3.3. Sistema eje fijo engranaje rodamiento cremallera.


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3.1.4 PISTON.

Se selecciona un pistn neumtico debido a los costos, ya que al colocar un motor para

el desplazamiento de los engranajes ameritaba un diseo extra de transmisin de potencia el

cual elevara los costos de la mquina. Por otro lado el espaci que ocupara este diseo extra

ocasionara un redimensionamiento de la carcasa de la mquina la cual ser explicada en la

seccin cuatro (4). Por tales motivos se decidi colocar el pistn neumtico modelo DHZ 50-

400 PPV-A de la compaa FESTO C.A. el cual estar solidario al la parte inferior de la base

del motor 1 y su cilindro interno a uno de los apoyos de las cremalleras para as tenga el pistn

una base slida de donde realizar el empuje y mover el mecanismo de corte longitudinal. Este

pistn utilizar unos accesorios los cuales son necesarios para la proteccin del cilindro

interno; ya que pueden existir desviaciones del movimiento de traslacin del carrito de corteaunque anteriormente se explico el sistema EJE FIJO-ENGRANAJE RODAMIENTO

CREMALLERA el cual daba garanta de que el movimiento ser lineal, se coloca estos

accesorios por medidas de proteccin al equipo. Estos accesorios son: La rotula, una

articulacin plana la cual permite movimiento y una Caballera, siendo esta la base de apoyo

donde estar sujetada la rotula. A continuacin se presentan las figuras # 3.4 y la # 3.5

mostrando el pistn y sus accesorios.

Figura # 3.4. Actuador neumtico.


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Figura # 3.5. Accesorios de pistn: Caballera, Rotula.


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SECCIN 2.

Esta seccin involucra el mecanismo de corte lateral, el cual ser presentado en la

figura # 3.6 y explicado a continuacin.

Figura # 3.6. Mecanismo de corte lateral.

3.2.1. MOTOR 2 ENGRANAJE - EJE

El principio de diseo de este sistema es similar al sistema explicado en la seccin uno

(1), mas no igual debido a factores como: el motor chocara de la mesa de trabajo si se coloca

de la misma manera, la mquina sera de dimensiones mayores a la actual, y el sistema de

movimiento que ser explicado en la seccin tres (3) se vera afectado de tal forma que se

tuviera que redisear toda ese mecanismo. Por los motivos mencionados anteriormente se

propuso el mecanismo de corte lateral de la siguiente manera.


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El motor 2 requerido para esta aplicacin es de 4 Hp y estar solidario a la base como

se muestra en la figura # 3.6. Se realiz el diseo con engranajes cnicos debido a que se

quera que los ejes tanto del motor 2 como del eje 2 estn en el mismo plano. Por tal motivo se

diseo los engranajes cnicos de acero 4140 y colocados a 90 uno del otro. Los clculos de

esos engranajes se encontraran explicados en el capitulo cuatro (4).

En el eje 2 estarn ubicados los discos de corte, el engranaje cnico, y los soporte de

rodamientos shumaseras que sern explicados a continuacin.

3.2.2. SOPORTE DE RODAMIENTO SHUMASERA - BASE DESHUMASERA

Los soportes de rodamientos tendrn la funcin de mantener apoyado el eje 2 y ese a su

vez pueda mantener el movimiento angular para as producir el giro de los disco de corte.

Estos soportes de rodamientos fueron seleccionados de la compaa SKF modelo FYK

20TF. Para dale la altura necesaria y la solides requerida al movimiento del eje 2 se disea las

bases de: shumasera y refuerzo de la base de shumasera. Las cuales unidas garantizaran

rigidez y no permitan el pandeo o la flexin. A continuacin se presenta la figura # 3.7 la cual

muestra las bases antes mencionadas.


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Figura # 3.7. Base soporte de rodamiento Refuerzo.

3.2.3. RODAMIENTOS LINEALES BALLBUSHER

La funcin de este tipo de rodamiento ser, permitir el desplazamiento lineal del

mecanismo de corte lateral. Se selecciono el rodamiento lineal LMBS de la compaa

THK. Existirn las preguntas de Por qu se diseo un sistema de rodamientos lineales con

barra y no repetir el diseo de engranajes con cremallera? debido a los siguientes motivos:

Las posibles desviaciones serian de forma vertical por la forma como est ubicado el

mecanismo de corte lateral (vertical), entonces no existirn desviaciones horizontales.

La potencia que requerira el motor tres (3) que ser explicado en la seccin tres (3)

ser mayor debido a que la friccin que existir entre el engranaje y la cremallera por


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39

el acople de los dientes es mayor que a la de los rodamientos lineales Ballbusher con

la barra de acero de 3 pulgadas de dimetro.

Si se utilizara cremalleras, se tendra que mecanizar y as se elevaran los costos.

Las cremalleras necesitaran de soporte intermedios como en la seccin uno (1) en

cambio la barra de acero de 3 pulgadas de dimetro garantiza poca flexin.

Realizar un diseo diferente al de la seccin uno (1) dndole a la mquina originalidad.

3.3. SECCIN 3

En esta seccin se explicara el proceso de diseo del mecanismo de movimiento lineal

para el corte lateral. En la figura # 3.8 se muestra el mecanismo antes mencionado.

Figura # 3.8. Mecanismo de movimiento lineal para el corte lateral.


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3.3.1. MOTOR - ENGRANAJE - CREMALLERA

El sistema motor- engranaje sern los encargados de trasmitir la potencia a las

cremalleras. stas se encontrarn solidarias a las bases de los motores del mecanismo de corte

lateral como se ve en la figura # 3.8. Este sistema fue seleccionado considerando la practicidad

en su fabricacin y su montaje y desmontaje. A dems del poco espacio que se dispona para

disear el procedimiento.

El diseo del motor fue hecho tomando como fuerza a vencer, el roce que existe entre

los rodamientos lineales y la barra de acero de 3 pulgadas de dimetro. Dando como resultado

la escogencia de un motor de 0,5 Hp. Los clculos se encuentran de forma de detalla en el

captulo cuatro (4) seccin tres (3). El motor estar fijado a una base la cual est compuesta deuna lmina de acero 1020 que abarca todo el ancho de la carcasa. El engranaje fue diseado

para trasmitir la potencia del motor a la cremallera, tiene un dimetro de 50 mm y un modulo

de 2. Las cremalleras estarn unidas a la base del motor por medio de tornillos milimtricos.

Estas cremalleras sern hechas de acero 1020 de 1 pulgada x 1 pulgada y tendrn un longitud

de 270 mm.

3.4. SECCIN 4

Se concluye el diseo de detalle con la seccin cuatro (4), en la cual se explicara la

utilizacin de la estructura o carcasa de la mesa, el ensamble de la mesa y por ltimo el

funcionamiento de todas las secciones dentro de la mquina.

3.4.1. CARCASA

En el captulo 1 se encuentra las diferentes mquina de sierra circular fija, las cuales

tiene una estructura donde cubren el mecanismo de corte para as evitar el contacto con de

cualquier tipo que pueda alterar su funcionamiento. Tomando esta idea se diseo una carcasa a

la mquina al cual protegiera a todas las partes y piezas de la mquina adems que le de


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41

seguridad a la hora de los tcnicos operar en ella. A dems, en esta carcasa van colocados los

distintos apoyos de los cuales se sujetaran los mecanismos de corte longitudinal, lateral, y

otros.

Esta carcasa ser fabricada en forma de paraleleppedo de acero 1020, y tendr unas

determinadas reas huecas por las cuales entrar aire para la ventilacin de los motores, y

dems piezas.

3.4.2. EMSAMBLE FINAL DE LA MQUINA PARA EL CORTE DELMANGO DE LA CUCHARA DE MADERA

A continuacin se presenta en la figura # 3.9 un ensamble de las piezas diseadas para

conformar la mquina que realizara el corte del mango de la cuchara de madera.

Figura # 3.9. Ensamble de la mquina para el corte del mango de la cuchara.


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3.4.3 FUNCIONAMIENTO MQUINA

En la figura # 3.10 se presenta el ensamble de la mquina para el corte del mango de la

cuchara de madera pero sin la tabla o mesa de trabajo, en donde se explicar el

funcionamiento de los mecanismos antes mencionados.

Figura # 3.10. funcionamiento de los mecanismos.


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43

El accionamiento de la mquina para el corte del mango de la cuchara se basa en dos

movimientos principales, los cuales son:

Movimiento de la seccin uno (1). Al hacer el arranque del motor 1, este pondr en

movimiento los dos discos del mecanismo de corte longitudinal e inmediatamente se

activa la salida del pistn solidario a la base del motor en la direccin indicada en la

figura con la flecha roja. Este pistn recorrer una carrera variable de acuerdo a la

longitud del mango de la cuchara a cortar. Una vez finalizada la carrera este se retrae a

su posicin inicial terminando el movimiento.

Movimiento de la seccin dos (2). Este se inicia en el instante de el pistn recoge el

mecanismo de corte longitudinal hasta su posicin cero, entonces el motor 2 arranca

accionando el disco de corte y seguidamente el motor 3 se prende y realiza elmovimiento del sistema engranaje cremallera jalando las secciones dos (2) hacia el

centro y realizando el corte lateral. Inmediatamente despus el motor 3 girara en

sentido contrario para llevar las secciones dos (2) a su posicin inicial.


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CAPITULO 4

CLCULOS DEL PROCESO DE DISEO

En este captulo se presentaran los clculos de todas las piezas que necesitaron sercalculadas para comprobar si estas funcionarn de manera efectiva sin que existan fallas. Por

tal motivo este captulo est dividido en secciones al igual que el capitulo anterior.

Previamente se anexa a continuacin una lista de ecuaciones, la cual contiene todas las

formulas que se utilizaron para estos clculos.


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4.1. FORMULARIO

4.1.1 POTENCIA*F A= (1)

*A a h= (2)

*T F e= (3)

(( *2* ) / 60)*1,341* 3w rpm E = (4)

*Pot T w= (5)

4.1.2. ENGRANAJES HELICOIDALES3min ( (32* * ) / * )*25,4d T Sy= (6)

2min (2 /sin( ) )*cos( )Z = (7)

(2* *cos( m*ZminFt T= ))/ (8)

2Sat=-274+167*HB-0,152*HB (9)

3( (2* *cos( a*Kv*Ks*Km*Kb*Kt*Kr* )/12*J*Zmin*Sat*Kl)*25,4m T= ) (10)

12*b m= (11)

( * min) / (dp m Z Cos= ) (12)

Vt=1600*2* *dp/24 (13)

0,667

B=0,25*(12-Qv) (14)1 50 56*(1 )A B= + (15)

(( 1 ) / 1)BKv A Vt A= (16)

2 21/ * ((1 ) / ) ((1 ) / )Cp Vp Ep Vg Eg = + (17)

26000 327*Sac HB= + (18)

[ ]2 2(1/ 4)* (( / 2) ) ( ( / 2) ) (( / 2)*cos( ))p dp mn C dr mn dp = + + (19)

* sin( )g C p = (20)

* tan( ) / *Rcn b mn= (21)

2*Da dp m= + (22)

* cos( )Db dp = (23)


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2 2 2 2( min/ * *cos( ))* ( / 2) ( / 2) ( / 2) ( / 2) ( )*sin( ) / 2Rc Z dp Da Db da db Dp dp = + +

(24)

1/p m= (25)

/ sin( )Px p= (26)

tan( ) tan( )n = (27)

min * (1 )*(1 )* /1,046L Rc b nn n px= (28)

cos( ) /((1/ ) (1/ ))* * / minI p g dp b L= + (29)

* * * * * / * *Li Cp Ft Ka Kv Km Cf dp b I= (30)

* * / * *Ld Sac Kl Ch Kt Kr= (31)

* tan( )Fr Ft n= (32)

* tan( )Fa Ft = (33)

4.1.3. EJE FIJO*M F d= (34)

3*32 / *M d = (35)

316* / *T d = (36)

2 21,3 ( / 2) ( / 2) = + (37)

( ) / 2*Tresca Sy3 1= = (38)

4.1.4 RODAMIENTOS( * ) ( * )P X Fr Y Fa= + (39)

10 ( / )aL C P= (40)

10 1060* * /1000000hL w L= (41)

4.1.5. LENGETA

4* * / * *Laplas T d h Sy= (42)4* * / * *Lcorte T d b Sy= (43)

4.1.6. ENGRANAJES RECTOS

roceF =*N (44)


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* * * * * * * * Sat*Kl*J*12m Ft Ka Kv Ks Km Kb Kt Kr = / (45)

* mindp m Z = (46)

[ ]2 2( / 2) *(1 ) (cos( ) * / 2) * *cos( )p dp m Xp dp m = + + (47)

[ ]cos( ) / (1/ ) (1/ ) *I p g dp= + (48)

extdb D l= + (49)

/ cos( )dp db = (50)

4.1.7. ENGRANAJES CNICOS2min 2*5*cos( ) / 6*sin( )Z = (51)

2274 167* 0,152*Sat HB HB= + (52)

3 * * * * * * * / 6* * min* *m T Ka Kv Ks Km Kt Kr J Z Sat Kl= (53)

2,5* *b m = (54)

2 2( * )*( * *0,774) / 2* * * * * * *(0,634* * * )Td b I Sac dp Ks Ka Kv Cf Cxc Cmd Cp Kt Kr = (55)

20,634* * 2 * *( / ) * * * * / * *NLi Cp Td T Td Ka Kv Ks Km b I dp= (56)

* * / *Ld Sac Kl Ch Kt Kr= (57)

2* *cos( )da dp m= + (58)

*sin( )dm dp b= (59)

/2*tan(j da= + ) (60)

L=dp/2*sin*( ) (61)

Ft=2*T/dm (62)

Fr=Ft*tan( )*cos( ) (63)

* tan( ) *sin( )Fa Ft = (64)

4.1.8. VIDA INFINITA* * * *Sn Cl Cd Cs Ct Sn= (65)

1*

2Sn Su= (66)

( 1)* 1fa

K Kta q= + (67)


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( 1)* 1ftK Ktt q= + (68)

( 1)* 1ffK Ktf q= + (69)

3_ 16* / *m torsin T d = (70)

3_ *32 / *a flexin M d = (71)

2m_axial 4* * / *axial faF K d = (72)

_ _ / 2med equiv m axialRadio = + (73)

2alt_equiv af 2 = ( /2) 2 (74)

a alt_equiv _ * /( )med equivSu Su = (75)

4.1.9. CREMALLERA*3,1416Paso m= (76)

2,167*h m= (77)

1*

2e Paso= (78)

0,3*r m= (79)

(( / 4* tan( )) )*2* tan( )T Paso m = (80)


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4.2. SECCION 1

4.2.1 POTENCIA DEL MOTOR 1

El diseo del motor 1 se apoy en un anlisis netamente terico, debido a que seestudi como es el funcionamiento fsico del disco de corte de una sierra circular. En este

estudio notamos que los encargados de rasgar la madera y penetrarla son los dientes de estos

discos, los cuales tiene un ancho y una altura determinada para cada modelo de disco. La

mquina en diseo contar con un disco de las siguientes dimensiones, mostrada en la tabla #

4.1.

Tabla # 4.1. Dimensiones del disco de corte.

Dimetro Externo 250 mm

Dimetro Interno 15,878 mm

Ancho del Diente 2,8 mm

Altura del Diente 5,2 mm

Luego analizamos la ecuacin uno (1) que se encuentra en el apartado de frmulas

antes mencionado, la cual representa el despeje de la fuerza de corte mediante el esfuerzo al

corte que tiene la madera; por lo que se investig el teniendo como resultado la siguientetabla # 4.2.

Tabla # 4.2. Valores de resistencias de la madera.


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Trabajaremos con madero de tipo arce con una resistencia al corte igual a 9 N/mm2. En la

ecuacin dos (2) vemos representada el rea del diente; uniendo las dos ecuaciones se

obtendr la fuerza de corte, este clculo se muestra a continuacin.

F=9(N/mm2)/2,8(mm)*5,2(mm)

F=131,04 N

Con la fuerza de corte, se pas al clculo del torque motor utilizando la ecuacin tres (3),

la cual relaciona la fuerza F calculada en el paso anterior con la excentricidad, la cual no es

ms que la distancia que existir entre el centro del disco y el punto donde los dientes rasguen

la madera produciendo el corte; Este valor fue sobre dimensionado ya que se consider el

punto ms desfavorable para el corte, el cual ser igual al radio del disco igual a 125 mm.

T=131,04(N)*0,125(m)

T=16,38 N.m

La potencia del motor ser calculada con la ecuacin tres (5), en la cual el producto del

torque del motor con una velocidad angular sern los elementos principales de esta ecuacin.

Por lo cual se seleccion una velocidad estndar de giro de un motor igual a 1600 RPM y se

realizaron las conversiones de unidades respectivas manipulando la ecuacin (4) para poder

tener consistencia. Entonces operando ambas ecuaciones tenemos:

w=(1600(RPM)*2*)/60

w=167,552 rad/seg

Pot=16,38(N.m)*167,552(rad/seg)

Realizando las conversiones de unidades respectivas tenemos que la potencia del motor

ser

Pot=3,68 Hp


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La potencia del motor ser la necesaria para mover un solo disco de corte, pero en esta

seccin se trabajar con dos discos de corte accionados con el mismo sistema de trasmisin de

potencia, por lo cual la potencia deber ser el doble de la calculada anteriormente e igual a

7,361 Hp. Como no encontraremos un motor estndar de estas caractersticas de potencia,

seleccionamos el motor modelo IPW55 de la compaa EBERLE de 7,5 Hp. En la siguiente

tabla # 4.3 se anexa las caractersticas principales de este motor.

Tabla # 4.3. Caracterstica del motor IPW55.

Motor IPW55

Potencia (Hp) 7,5

W max. Giro (rpm) 1730

Polos 4

Peso (Kg) 42

4.2.2. EJE 1 CORTE LONGITUDINAL

Para el diseo del eje donde estarn ubicados los discos de corte se tomo la ecuacin

seis (6); Esta es aplicada considerando torsin pura y la cual dar el mnimo dimetro que

puede tomarse para fabricar el eje. Seleccionando como material del eje un acero 1020 con un

Sy igual a 48074,64 psi, HB igual 143 y tomando un factor de seguridad conservador de

1,5 obtenemos

dmin=11,472 mm

La longitud y la cantidad de cambios de seccin fueron tomadas a medida que el

diseo de los dems elementos que estn vinculados con el eje lo ameriten, para que as seadapten al eje sin ningn inconveniente.


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4.2.3. ENGRANAJES HELICOIDALES

La funcin principal de los engranajes es transmitir la potencia del motor al eje donde

estarn colocados los discos de corte. A la hora de disear estos engranajes optamos por

colocarlos de forma perpendicular uno del otro, logrando menores dimensiones de la mesa y

facilitando el montaje y desmontaje de la mquina. Para lograr esto escogimos los engranajes

helicoidales con una relacin de transmisin 1:1 y un ngulo =45, para as poder tener al

motor de forma perpendicular al eje. El material con el cual trabajaremos estos engranajes ser

un acero 4140 con un Sy igual a 90 Ksi, una dureza HB de 201. En la tabla # 4.4 siguiente

se anexa las dimensiones calculadas del par de engranajes y los clculos hechos de forma

detallada.

Tabla # 4.4. Datos de corte del engranaje helicoidal.

Engranajes Helicoidales Pin Rueda

Relacin de transmisin (n) 1 1

Nmero de dientes (Z) 19 19

Modulo (m) 3 3

Dimetro Primitivo (dp) en mm. 80,609 80,609

Ancho de cara (b) en mm. 36 36

Utilizando la ecuacin siete (7) se calcul en nmero mnimo de dientes (Zmin) que

puede tener el engranaje en diseo. Tomando valores de 20 para el ngulo y 45 para el

ngulo y reemplazndolo en la ecuacin siete (7) antes mencionada se obtiene.

Zmin=12,09 dientes

Seguidamente se present el valor de la fuerza tangencial (Ft) en funcin del modulo

m el cual no es conocido para este momento. Esto se hizo con la ayuda de la ecuacin ocho

(8), la cual relaciona el toque motor, nmero de dientes, ngulo y el mdulo.

Ft=(2*T*cos())/m*Zmin


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53

En la siguiente tabla # 4.5 se muestra los valores de los parmetros que se tomaron en

cuenta para el diseo de los engranajes y los cuales sern necesitados para calcular el mdulo

m.

Tabla # 4.5. Factores de diseo del engranaje helicoidal.

Factor de sobre carga (Ka) 1,25

Factor dinmico (Kv) 1,2 (supuesto)

Factor de tamao (Ks) 1

Factor de distribucin de carga

(Km)

1,6

Factor de espeso de borde (Kb) 1

Factor de vida (Kl) 1

Factor de temp. (Kt) 1

Factor de confiabilidad (Kr) 1

Factor geomtrico (J) 0,46

Con la ecuacin ocho (9), se obtuvo el valor del esfuerzo permisible a flexin, el cual

tiene relacionado en l la dureza del acero seleccionado (1020), igual a 143, entonces al operar

con esta ecuacin tenemos.

Sat=2,715x104 psi

Con los valores de la tabla y el clculo hecho con la ecuacin nueve (9) son

reemplazados en la ecuacin diez (10), la cual nos proporciona el valor del mdulo del los

engranajes que estn siendo diseados; por lo tanto:

m=2,04 mm

Como se est siendo conservador, se tomo el nmero inmediato superior del valor del

mdulo calculado anteriormente, siendo m=3 mm el nuevo valor del mdulo. Con m

calcularemos el valor de b, que es el ancho de la cara del engranaje y este se obtiene con la

ecuacin once (11) la cual se mostrara a continuacin.


62/111

54

b=12*3(mm)

b=36 mm

Luego se verific los clculos supuestos, con las ecuaciones doce (12), trece (13),

catorce (14), quince (15), y diecisis (16). Estas ecuaciones tienen relacionadas en su interior

los valores de dimetro primitivo (dp), calidad de engranaje (Qv). Este ltimo, el cual segn la

velocidad de giro tiene un valor para esta aplicacin de 8, por lo tanto los clculos de este

sistema de ecuaciones son presentados a continuacin.

dp=(3(mm)*19)/cos(45)

dp=80,609 mm

Vt=1600*2**dp/24

Vt=110,751 fpm

B=0,25*(12-8)0,667

B=0,63

A1=50+56*(1-0,63)

A1=70,706

Kv=1,091 Con este nuevo Kv se re calcula m

m=2,219 mm

Como la variacin no es muy grande se seguir seleccionando el valor de mdulo igual

a 3. Para continuar con los clculos, se verific si el engranaje soportaba los esfuerzos a

desgaste, entonces, con la ecuacin diecisiete (17) se obtuvo el valor del Cp, teniendo como

valores Vg=Vp=0,3 y Ep=Eg=3x106 (estos son iguales debido a que tanto la rueda (g) como el

pin (p) son del mismo material). Por lo tanto Cp nos result un valor de.

Cp=724,353 psi


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55

Simplificando los clculos, se observ que para calcular los esfuerzos a desgaste se

necesitan los valores de Ka, Kv, Km, Cf, dp, b, I, Sac, Kl, Ch, Kr, Kt. Donde Sac, I, son

calculados con las ecuaciones dieciocho (18) a la veintinueve (29) de manera progresiva y los

otros son parmetros de diseo. En la siguiente tabla # 4.6 se muestra los valores de los

valores antes mencionados.

Tabla # 4.6. Clculos del engranaje helicoidal.

Acabado superficial (Cf) 1

Factor de dureza (Ch) 1

Esfuerzo a desgaste 9,17x104

Dimetro Primitivo (dp) mm 80,609

Modulo helicoidal (mn) 3

C=dp mm 80,609

p 13,785

g 13,785

Dimetro Addendum (Da) mm 86,609

Dimetro Base (Db) mm 75,748

Relacin contacto Front. Rc=n 1,152Relacin contacto Norm. Rcn=nn 3,82

Paso Axial (Px) mm 0,471

Long. de contacto mnima Lmin 41,264

Factor geomtrico a desgaste 0,092

Para culminar con el diseo de los engranajes helicoidales, los cuales se encargaran de

trasmitir la potencia del motor al rbol de trasmisin como es mencionado anteriormente, sedebe de cumplir que la ecuacin treinta (30) debe ser menor a la ecuacin treintaiuno (31) para

que los engranajes estn en el rango requerido. Esta comparacin luego de los clculos se

presenta a continuacin.

Li=175,572 Ld=6,115x104


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56

Lo cual cumple con la condicin, entonces el engranaje est diseado correctamente.

Utilizando la ecuacin treinta y dos (32) y la treinta y tres (33) obtenemos la fuerza radial (Fr)

y la fuerza axial (Fa) respectivamente. Estas fuerzas afectaran directamente al eje y tendrn un

valor que se muestra seguidamente.

Fr=2,74 lbf

Fa=7,193 lbf

4.2.4. BASE DE MOTOR

Las medidas de la base del motor fueron tomadas considerando varios factores, unos de

ellos fue las dimensiones del motor y el ms importante la longitud final del eje. Se present

un problema, debido a que los discos de sierra pegaban de la estructura del motor, teniendo

que hacer tanto el eje como la base del motor ms grande. Para la fabricacin de la base del

motor, tomamos como material un tubo de acero 1020 de seccin trasversal cuadrada de 50,8

mm de lado y 3 mm de espesor. Solucionada la interferencia entre el disco y el motor ya

tenemos las dimensiones finales del motor y del eje, siendo este ltimo de mm de longitud. A

continuacin mostramos la figura # 4.1 de la base del motor 1.

Figura # 4.1. Base de motor 1.


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57

4.2.5. EJE FIJO

Este eje ser soldado a la base del motor 1 y en l se acoplarn el rodamiento y el

engranaje; Los cuales sern los encargados de realizar el movimiento lineal de avanzada de la

seccin uno (1). Para el diseo de dicho eje, consideramos la fuerza del peso del motor 1

llevada a los 4 puntos donde estn ubicados estos ejes, considerando el punto ms crtico el

cual tendr la mayor concentracin de fuerzas y momentos.

Luego de distribuir las fuerzas a los puntos antes mencionados calculamos los

momentos que afectaran a los ejes con la ecuacin treinta y cuatro (34), por consiguiente

determinar cul es el punto que presenta mayor momento resultante siendo este el ms crtico

y as poder calcular el dimetro mnimo que puede tener el eje. Para realizar estas operacionespreviamente consideramos que el eje tendr una longitud de 50 mm y un cambio de seccin

diametral para as poder apoyar el rodamiento. A continuacin presentamos una tabla # 4.7

con los valores de fuerza, momento flector.

Tabla # 4.7. Distribucin de fuerzas en los puntos A, B, C, D.

Punto A

F=10,5 Kgf

Lx=309,6 mm

Lz=114,8 mm

Mz=3251x103Kgf.mm

Mx=1,205x103Kgf.mm

Punto B

F=10,5 Kgf

Lx=309,6 mm

Lz=199,8 mm

Mz=3,251x103Kgf.mm

Mx=2,098x103Kgf.mm

Punto C

F=10,5 Kgf

Lx=170,4 mm

Lz=114,8 mm

Mz=1,789x103Kgf.mm

Mx=1,205x103Kgf.mm

Punto D

F=10,5 Kgf

Lx=170,4 mm

Lz=199,8mm

Mz=1,789x103Kgf.mm

Mx=2,098x103 Kgf.mm


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58

Podemos observar que la zona ms crtica es el punto B, por presentar mayores

momentos. Entonces consideramos un estado plano de esfuerzos; por lo cual utilizando la

ecuacin treinta y cinco (35) la cual representa el esfuerzo a flexin en funcin del momento

flector y el dimetro del eje, la ecuacin treinta y seis (36) en la cual calculamos el esfuerzo

debido a la torsin. Con la ecuacin treinta y siete (37) y los valores de sigma y tao en funcin

del dimetro obtenemos los 1 y 3 ya que el 2=0 considerando la premisa de estado plano

de esfuerzos mencionada anteriormente. Por ltimo tomamos la ecuacin treinta y ocho (38) la

cual es conocida con el nombre de Ecuacin de tresca para reemplazar los esfuerzos

calculados de la ecuacin treinta y siete (37) en funcin del dimetro y obtener su valor. Los

resultados se presentaran a continuacin.

=32*Mz/*d3=16*T/*d3

1,3=(32*Mz/2**d3)( 32*Mz/2**d3)2+(16*T/*d3)2

3- 1=Sy/2*

d=20 mm

En la figura # 4.2 se representa el eje con las longitudes y cambio de seccin.

Figura # 4.2. Eje Fijo.


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59

4.2.6. RODAMIENTOS

3.2.6.1. SOPORTE DE RODAMIENTO YAR 203/12-2F

Estos fueron seleccionados del catlogo de la compaa SKF, pero aparte del

rodamiento tenamos q tener alguna base donde colocarlos, optando por el modelo YAR

203/12-2F de dicha compaa el cual posee una soporte de rodamiento conocido como

shumasera. Verificamos si sern los ms indicados para esta labor. En la tabla # 4.8 a seguir

se presenta los valores caractersticos de estos rodamientos los cuales se utilizaran para el

clculo de falla de rodamientos.

Tabla # 4.8. Datos caractersticos del rodamientos YAR 203/12-2F.

C (Kgf) 975,51

Co (Kgf) 4,75

W (rpm) 9500

Para completar los datos que se utilizaran en los clculos de verificacin, se presenta la

tabla # 4.9 la cual muestra los valores de fuerza radial, axial resultantes de los clculos del eje.

Tabla # 4.9. Fuerzas resultantes aplicadas al rodamiento.

Continuamos con los clculos de verificacin calculando dos relaciones (Fa/Fr)=0,298

y (Fa/Co)=0,715 con los cuales entraremos a la tabla y tomaremos los valores de factor de

carga radial (X) y factor de carga axial (Y), los cuales fueron X=1 y Y=0. Por consecuente

utilizamos la ecuacin treinta y nueve (39) donde se obtiene el valor de la carga dinmica

equivalente P como se muestra a continuacin.

Fuerza radial (Fr) 11,4 Kgf

Fuerza axial (Fa) 3,395 Kgf


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60

P=(1)*(11,4 Kgf)+(0)*(3,395 Kgf)

P=11,4 Kgf

Seguidamente calculamos la vida nominal con la ecuacin cuarenta (40), donde

escogemos el valor de 3 para el exponente de la formula de vida a, entonces al reemplazar

los valores de C y P en la ecuacin nos da un L10=6,266x105millones de revoluciones.

Este valor se compara con la vida nominal requerida, este nmero es calculado con la ecuacin

cuarenta y uno (41), en el cual encontramos un valor desconocido llamado Vida nominal

(horas de servicio) L10h el cual varia del tipo de trabajo que realice la mquina y la cantidad

de horas de trabajo al da que opere. Para nuestro caso tendr un valor de L10h=20000.

Reemplazando este valor obtenemos un L10=1,14x104 millones de revoluciones, el cual es

menor al calculado anteriormente por lo tanto el rodamientos seleccionado es el correcto.

4.2.6.2. RODAMIENTO SKF 6004

Para el eje fijo diseado anteriormente seleccionamos el rodamiento SKF 6004 rgido de

bolas de una hilera, entrando con el dimetro interior de 20 mm al catlogo SKF.

Posteriormente verificamos de la misma manera que los rodamientos YAR 203/12-2F si

cumplen con las condiciones necesarias de funcionamiento, dando como resultados lossiguientes valores representados en la tabla # 4.10.

Tabla # 4.10.Datos y clculos del rodamiento 6004.

C (Kgf) 510,2

Co (Kgf) 5

w (rpm) 38000

Fr (Kgf) 10,5

Fa (kgf) 0

X 1

Y 0

P (Kgf) 10,5

L10M. revoluciones 1,147x105


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L10M. revoluciones 4,56x104

4.2.7. LENGUETA

Las lengetas son elementos que se colocan entre el eje y el cubo del engranaje, para

eliminar la posibilidad de un movimiento relativo entre ambos. Estos se disean de tal manera

que solo se calcula la longitud para que no falle la lengeta tanto por corte o por aplastamiento

tomando medidas de altura, ancho, etc. ya estandarizadas. Para esta mquina tomamos la

norma DIN 6885 y escogimos una lengeta forma baja estandarizada de acero 1010 con un

Sy=31 Kgf/mm2con un ancho b=6mm, alto h=4mm motivado a que estas medidas las trae

el chavetero del motor, y un d=22 mm dimetro de la zona donde estar ubicada la lengeta enel eje 1. De esta manera utilizamos la ecuacin cuarenta y dos (42) y cuarenta y tres (43) para

tomar la mayor longitud y as tener una lengeta ms efectiva. Previamente mencionamos los

datos no conocidos para la formula, como lo son el toque T= 3,347x10 3Kgf.mm y un factor de

seguridad conservador =2,5. Estos clculos se mostraran a continuacin.

Laplas=4*3,347x103*2,5/22*4*31

Laplas=12,27 mm

Lcorte=4*3, 347x103*2,5/22*6*31

Lcorte=8,18 mm

Sobre dimensionando la lengeta optaremos por una longitud de 30 mm para garantizar

una mayor vida de la lengeta; Por lo que tenemos como resultado final una lengeta forma

baja tipo A 6x4x30 DIN 6885.


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62

4.2.8. APOYO SHUMASERA (BASE DE RODAMIENTO)

Su principal funcin es la darle a los soportes de rodamiento la altura necesaria para

que al encajar los engranajes en el eje y este en la shumasera den la altura correcta para que no

exista interferencia entre el engranaje helicoidal del eje y el engranaje helicoidal del motor 1.

Se elige una lmina de acero 1020 de 32 mm de espesor, 127 mm de ancho y 221,8 mm de

alto; pasa a ser mecanizada una longitud de 50.8 mm tomada desde la parte inferior hacia la

superior dejando una lmina de 10 mm de espesor. Luego esta ltima lmina de 10 mm es

perforada a un dimetro de 24 mm a una distancia de 45 mm de lado y 25,4 mm medido del

abajo hacia arriba. En esta perforacin se fijar el eje fijo diseado anteriormente. La figura #

4.3 se muestra el apoyo de shumasera terminado totalmente.

Figura 4.3 Apoyo de base de rodamiento izquierdo y derecho.


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63

4.2.9. ENGRANAJES RECTOS

El diseo de estos engranajes fue tomado de manera conservadora, debido a que no se

tena la fuerza tangencial (Ft) de la cual partimos y calculamos el mdulo m. Por lo que

consideramos que el engranaje estara apoyado sobre una lmina de acero con un coeficiente

de roce =0,09 y la fuerza que tiene que vencer el desplazamiento del corte longitudinal seria

la fuerza de roce (Fr=N*) ecuacin cuarenta y cuatro (44), siendo la normal igual a la fuerza

del peso del motor mencionado anteriormente e igual a 42 Kgf.

Ft=42(kgf)*0,09

Ft=3,78 Kgf

En la siguiente tabla # 4.11 colocamos las dimensiones obtenidas y seguidamente elmtodo de clculo.

Tabla # 4.11. Datos de corte del engranaje recto.

Engranaje Recto Rueda

Material Acero 4140

Nmero de dientes (Z) 21

Modulo (m) 2Dimetro Primitivo (dp) en mm. 42

Ancho de cara (b) en mm. 24

Con el valor de la fuerza tangencial (Ft) obtenido, se procedi a seleccionar los

parmetros de diseo para los engranajes. Para estos engranajes las frmulas de mdulo m,

dimetro primitivo dp, radio de curvatura del pin p, y factor geomtrico a desgaste

superficial I del procedimiento de clculo para los engranajes helicoidales cambian por las

ecuaciones cuarenta y cinco (45) a cuarenta y ocho (48), mientras que el procedimientos de

clculos es el mismo; por tal motivo solo se mostrar las tablas # 4.12 y # 4.13 con los valores

de cada elemento que debe de ser calculado en el diseo de estos engranajes.


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64

Tabla # 4.12. Factores de diseo.


Factor dinmico (Kv) supuesto 1,2


Factor de dist. de carga (Km) 1,6

Factor de espesor de borde (Kb) 1


Factor de temperatura (Kt) 1

Factor de confiabilidad (Kr) 1

Esfuerzo a flexin (Sat) psi Ec.9 2,715x104

Factor geomtrico a flexin (J) 0,24

Reemplazando en la ecuacin cuarenta y cinco (45) mencionada anteriormente se

obtiene un mdulo m=0,497 mm, sobredimensionando tomamos un mdulo igual a 2 mm.

Tabla # 4.13. Clculos del engranaje recto.

Dimetro primitivo (dp) mm 42

Vt fpm 63,115

Qv 8B 0,63

A1 70,706

Kv 1,069

m (re calculado) mm 0,469

Cp psi 724,353

Factor acabado superficial (Cf) 1

Factor de dureza (Ch) 1Esfuerzo a desgaste (Sac) psi 9,173x104

Factor geomtrico a desgaste (I) 0,06


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65

Con los valores de la tabla reemplazados en las frmulas treinta (30) y treinta y uno

(31) vemos si cumple la desigualdad y el engranaje cumple los requerimientos.

Li=9,968 Ld=43,084

La desigualdad es correcta por lo tanto los clculos de estos engranajes son correctos.

4.3. SECCIN 2

4.3.1. BASE DEL MOTOR 2

Al igual que el diseo de la base del motor de la seccin uno (1), este ser fabricada deacero1020 de seccin cuadrada de 50,8 mm (2 pulg.) de lado y 3 mm de espesor. Las

dimensiones son ajustadas a las del motor 2 para que este descanse y tenga la rigidez necesaria

evitando las posibles vibraciones y movimientos del mismo. A continuacin presentamos la

figura # 4.4 de la base del motor 2.

Figura # 4.4 Base del motor 2.


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66

4.3.2. RODAMIENTOS LINEALES

Estos rodamientos estarn sujetos a una base de rodamiento la cual estar soldada a la

base del motor 2; los rodamientos lineales sern los encargados de facilitar el movimiento

lineal de la seccin dos (2). La compaa SKF no cuenta con estos tipos de dispositivos por lo

que tuvimos que recurrir a la compaa THK y seleccionar del catlogo Power linear bush

de dicha compaa el rodamiento lineal (ballbusher) modelo LMBS24(UU), que cuenta con

un dimetro interno de 1 pulg., por el cual pasar una barra de ese mismo dimetro para

poder soportar y mantener en posicin vertical la seccin dos (2). A continuacin se muestra la

figura # 4.5 del rodamiento lineal seleccionado y las dimensiones.

Figura # 4.5. Rodamiento marca THK modelo LMBS.

Tabla # 4.14. Dimensiones del rodamiento lineal LMBS.

Dimetro

Nominal

Modelo Nmero

de bolas

Dimetro

D

Dimetro

D1

Longitud

L

Longitud

L1

Longitud

L21 1/2 LMBS 6 2,376 2,2389 3 2,41 0,086

Por otro, lado la base de los ballbusher mencionada anteriormente ser un cilindro de

60,35 mm de dimetro interior y 10 mm de espesor, el cual ser mecanizado quitndole


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67

2,5mm medido del radio externo hacia el centro para tener una zona plana y as soldarle una

lmina de acero 1020 de 50,8x56,854x 2,5mm. En la siguiente figura # 4.6 se muestra la base

del rodamiento lineal (ballbusher) y en la figura # 4.7 se presenta la misma base pero

despiezada.

Figura # 4.6 Base Rodamiento Lineal (Ballbusher).

Figura # 4.7 Base rodamiento Lineal separado.


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4.3.3. ENGRANAJES CNICOS

Como se mencion en la seccin uno (1), los engranajes son los encargados de

transmitir la potencia del motor al rbol de trasmisin. Se escogi trabajar con engranajes

cnicos debido a que el motor con respecto del eje debera estar de forma perpendicular; por

tal motivo se selecciono engranajes cnicos de acero 4140. En la tabla # 4.15 presentada a

continuacin se plasma las dimensiones obtenidas y seguidamente los clculos.

Tabla # 4.15. Datos de corte del engranaje cnico.

Engranajes Cnicos Pion Rueda

Relacin de transmisin (n) 1 1

Nmero de dientes (Z) 40 40

Modulo (m) 2 2

Dimetro Primitivo (dp) en mm. 80 80

Addendum en mm. 82.8 82.8

Angulo del cono primitivo () 45 45

Angulo entre ejes (A) 90

Como primer clculo para el diseo de los engranajes cnicos, se utiliz la ecuacincincuenta y uno (51) la cual representa el nmero mnimo de dientes que podr tener el

engranaje. Esta ecuacin engloba en su interior parmetros como el ngulo del cono primitivo

=45 y el ngulo de presin =20. Entonces reemplazando los valores en la ecuacin se

tiene que.

Zmin=10,075 dientes

Se tom un carcter conservador y se sobredimension el nmero de dientes a 40.

Luego realizamos el clculo del mdulo m con la ecuacin cincuenta y uno (51) de

esfuerzos a flexin previamente despejada la incgnita m, por lo que a continuacin

presentamos la tabla # 4.16 con los valores de los parmetros de diseo seleccionados.


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Tabla # 4.16. Factores de diseo del engranaje cnico.


Factor dinmico (Kv) 1,2


Factor dist. de carga (Km) 1,6

Factor espesor de borde (Kb) 1

Factor de dureza (Ch) 1


Factor temperatura (Kt) 1

Factor confiabilidad (Kr) 1

Esfuerzo Flexin (Sat) psi Ec. 52 2,715x104

Factor geomtrico flexin (J) 0,20

Factor de correccin forma del diente

(Kx)

1

Factor de abombamiento (Cxc) 1

Factor de montaje (Cmd) 3,6

Exponente de correccin (N) 0,667

Con estos valores colocados dentro de la ecuacin cincuenta y tres (53) obtenemos unmdulo m=0,2, el cual ser sobredimensionado a 2. Seguidamente se calcul el ancho de

cara del engranaje con la ecuacin cincuenta y cuatro (54); este clculo se representa a

continuacin.

b=2,5*2(mm)*

b=15,708 mm

La manera de calcular el coeficiente elstico Cp y el factor geomtrico de desgaste

superficial I es la misma a la forma de hallarlos en los engranajes rectos, por lo que se

mostrar en la tabla # 4.17 dichos valores y parmetros de diseo los cuales servirn en el

clculo del torque de diseo del pin Td con ecuacin cincuenta y cinco (55).


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Tabla # 4.17. Clculos del engranaje cnico.

Coeficiente elstico (Cp) psi 724,353

Factor acabado superficial (Cf) 1

Esfuerzo a desgaste (Sac) psi 9,173

p 12,835

g 14,526

Factor geomtrico de desgaste (I) 0,08

Td=1,951x107

Utilizando la ecuacin cincuenta y seis (56) y se compar con la ecuacin cincuenta y

siete (57) y esta ltima es mayor, se tendr que el engranaje es correcto para esta aplicacin.

Entonces se tiene que

Li=2,111x103 Ld=9,173x104 Cumple

Una vez diseado el engranaje consideraremos las ecuacin cincuenta y siete (57) a la

sesenta y cuatro (64) para el obtener las dimensiones totales para la fabricacin de estos

elementos, como se ver seguidamente.da=80(mm)+2*2(mm)*cos(45)

da=82,828 mm

dm=80(mm)-15,708(mm)*sin(45)

dm=68,893 mm

j=82,828 (mm)/2*tan(45+2)

j=38,62

L=80(mm)/2*sin(45)

L=59,569


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Ft=50,456 Kgf

Fr=Fa=12,98 Kgf

4.3.4. EJE 2

Este diseo sigue los mismos patrones que el diseo del eje 1 visto en la seccin uno

(1) de este captulo, pero en este caso se trabajara con la mitad del torque motor calculado en

la seccin uno (1); debido a que slo se tendr un disco conectado a este eje; obteniendo como

resultado un dimetro min a torsin pura de 10,051 mm utilizando la ecuacin seis (6).

Sobredimensionando se tomo como dimetro mnimo 15,878 mm que es el dimetro interno

del disco de sierra circular con el cual trabajar la mquina.

El eje 2 cont con 3 cambios de seccin transversal: El primero fue en bsqueda del

apoyo del engranaje cnico, el segundo para reducir el eje de 30 a 20 mm de dimetro y as

garantizar que los soporte de rodamiento (shumaseras) calcen de manera correcta en el eje, y

el tercero para reducir el eje 20 a 15,878 mm donde estar ubicado el disco de corte. La

longitud del eje se consider de tal forma que no exista interferencia del disco de corte con

ninguna de las piezas de la mquina. En la figura # 4.8 se muestra el eje 2 terminado.

Figura # 4.8 Eje 2 corte lateral.


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72

4.3.5. LENGETA

De igual manera que en la seccin anterior se diseara la lengeta de acero 1010 con

un Sy= 31 Kgf/mm2; Calculando la longitud de aplastamiento y corte con las ecuaciones

cuarenta y dos (42) y cuarenta y tres (43) respectivamente. Se seleccion una lengeta tipo A

forma baja de 8x4x30 mm DIN 6885 donde se lleg a los siguientes resultados.

Laplas=5,006 mm

Lcorte= 2,503 mm

Como estos valores son muy pequeos, se consider correcto sobredimensionar a la

longitud del chavetero que traer el motor igual a 30 mm.

4.3.6. RODAMIENTOS

Esta seccin cuenta con 2 rodamientos del mismo modelo FYK 20TF de la compaa

SKF los cuales servirn de apoyo del eje 2 y permitiendo que este gire. Estos rodamientos son

utilizados para satisfacer la premisa de tener el eje de forma perpendicular al motor; Por tal

motivo se opto por colocar dos soportes de rodamientos cuadrados Shumasera que

cumplieran la funcin de soportes del eje y a la vez este pueda girar trasmitiendo potencia

como es mencionada anteriormente. Igual que en la seccin uno (1) se verificar si este

modelo cumple con las condiciones necesarias de trabajo; por consiguiente se presenta la tabla

# 4.18 con las caractersticas del rodamiento FYK 20TF.

Tabla # 4.18. Datos caractersticos del rodamiento.

C (Kgf) 3137,11

Co (Kgf) 6,55

W (rpm) 8500


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Este rodamiento estar sometido a las siguientes fuerzas: Fuerza radial (Fr)= 193,606

Kgf y Fuerza axial (Fa)= 12,986 Kgf; con las cuales se obtendr los factores de carga radial

X y factor de carga axial Y iguales a 1 y 0 respectivamente, por lo tanto con la ecuacin

treinta y nueve (39) a la ecuacin cuarenta (40) se calcular los valores de carga dinmica P,

vida nominal del rodamiento L10y la vida nominal requerida por la mquina L10; resultados

que se presentan en la tabla # 4.19.

Tabla # 4.19. Clculos de verificacin del rodamiento.

Carga dinmica (P) Kgf 193,606

Vida nominal rodamiento L10 M. rev. 1,067x104

Vida nominal requerida L10M. rev. 1,02x104

4.3.7. BASES DE APOYO DEL EJE 2

Para tener un soporte de eje 2 rgido, se pens en dos conectores que unidos formen la

base de apoyo del eje 2. Un primer conector es la presentada en la figura 4.9.

Figura # 4.9. Conector uno.


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74

El cual est constituido por una lmina de acero 1020 de las siguientes longitudes 120

mm x50,8 mm x 20 mm la cual ser mecanizada por el medio de la superficie superior para as

formar un canal donde se encaje el segundo conector, seguidamente se le har un taladrado por

donde pasaran los tornillos. Este conector uno estar apernado a la base del motor 2 por 4

tornillos pasantes atreves de la base del motor 2 y ajustados mediante tuercas.

Un segundo conector constituido tambin por una lmina de acero de las siguientes

medidas 144 mm x90 mm x 16 mm, la cual estar acoplada y soldada al canal hecho en el

primer conector. Esta lmina de acero ser taladra en cuatro esquinas con un dimetro de 12

mm y en el centro con una dimetro de 46 mm como lo muestra la figura # 4.10.

Figura # 4.10 Conector dos.

Por los cuatro orificios pasaran los tornillos que sujetaran las dos bases de rodamiento

y as tener completo el apoyo del eje 2


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4.4. SECCIN 3

4.4.1 MOTOR 3

El motor nmero 3 se unir a la seccin 2 mediante unas cremalleras que sern

descritas ms adelante. Este motor producir la potencia necesaria para trasladar la seccin 2

(Corte lateral) de un extremo o posicin inicial, a una posicin final, la cual ser cuando el

disco de corte penetre la madera hasta la medida requerida. Para el clculo de la potencia

necesaria se tom como consideracin principal que la fuerza que servir para calcular el par

motor ser el roce que existe entre el rodamiento lineal y la barra de acero. Por lo cual se toma

un coeficiente de roce =0,08 (roce metal-metal) y la normal N= 35 Kgf que es el peso

del motor 2, consiguiendo as una fuerza de roce Froce=2,8 Kgf utilizando la ecuacincuarenta y cuatro (44). Luego de tener la fuerza se propuso (supuesto) un dimetro de

engranaje recto de 50 mm, el cual posteriormente sera verificado para as obtener el torque

con la frmula tres (3).

T=2,8 (Kgf)*0,025(m)

T=0,07 Kgf.m equivalente a T=0,686 N.m

Tomando una velocidad de giro de 1750 RPM se realizo la conversin de RPM a

Rad/seg con la ayuda de la ecuacin cuatro (4), donde se obtuv

Mecanizado de Un Mango de Cuchara de Madera

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