examen de diseno 3

Ingeniería AutomotrizTercera Unidad

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Henry Daniel Paucar Jarrin

EXAMEN DE DISEÑO DE ELEMENTOS DE MÁQUINASUNIDAD 3

1. SITUACIÓN INICIAL

Maquina cortadora de cartón ya diseña con parámetros de diseño y selección de material comercial del país

2. SITUACIÓN FINAL

A esta máquina se la debe rediseñar por medio de una morfogénesis para lograr ocupar menos material con los mismos parámetros de diseño

3. SOLUCIÓN

La solución para llegar desde la situación inicial a la final sería un sistema mecánico accionado por medio de un motor que permita girar un eje para poder cortar el pliego de cartón corrugado para transporte de flores o paquetes en forma confiable y seguro con el nuevo rediseño.

4. TITULO DEL PROYECTO

“Diseño y construcción de una maquina cortadora de plancha de cartón para separadores de flores de exportación.”

5. OBJETIVOS

GENERAL:. Diseñar una máquina que permita cortar pliegos de cartón corrugado por medio de cuchillas redondas que tiene un eje transmisor de potencia ya rediseñados para optimizar el material del eje.

ESPECÍFICOS: Garantizar un tipo de maquina cortadora de bajo costo, seguro y ergonómico para

cortar pliegos de cartón corrugado para el embalaje de flores.

Obtener un sistema de transmisión de potencia que pueda ser usado en cualquier tipo de espesor de cartón corrugado y sin que se tenga que realizar ningún cambio en su entorno estructural como cuchillas o las poleas.


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Determinar componentes y materiales idóneos para la construcción de una cortadora analizando por medio de la morfogénesis la optimización de materiales y dimensiones y que permita una facilidad de autonomía de uso y mantenimiento.

6. DEFINICIÓN DEL PROBLEMA

Este proyecto cubre la necesidad de elaborar separadores de flores de exportación optimizando los tiempos y costos que conllevan esta operación cabe mencionar que sin la utilización de la maquina el usuario realiza el corte de cartón con sierra esto implica que l acabado del material sea irregular la operación se realiza en más tiempo y se requiere mayor mano de obra estos factores influyen en la calidad del producto final ya que hoy en día el sector agrícola requiere del embalaje de las flores para su exportación empleando como elemento uno de los separadores de cartón corrugado los mismos en una sola caja se requiere acomodar varias camas de productos por tanto un buen acabado superficial y la reducción de desperdicios son factores que intervienen en la obtención del producto

7. ESTADO DE LA CIENCIA

Se considera que la cortadora rotativa de cartón corrugado es una máquina que genera láminas de diferentes longitudes por medio de cortes transversales a la superficie del cartón. Está conformada, principalmente por un motor DC acoplado mecánicamente con unos rodillos que generan un corte en cada revolución. En términos generales, un operario introduce la longitud de referencia y la RCO genera una lámina con una longitud muy cercana al valor deseado; la diferencia entre las dos longitudes se conoce como refile. Uno de los objetivos del proceso de producción es mantener el refile en un rango permitido con el fin de disminuir el consumo de material. Una longitud de corte, que cumpla con los requisitos de producción, se obtiene a partir de un perfil de velocidad del rodillo de corte. De esta manera, se puede generar un perfil de referencia en función de la velocidad del cartón, la posición angular de la herramienta de corte y el material que se ha desplazado en la máquina desde el último corte. La planta a controlar se compone, principalmente, de un convertidor de potencia; un motor DC con circuitos independientes; un subsistema mecánico compuesto básicamente por un tren de engranajes y rodillos que generan el corte del cartón; y sensores para medir la corriente y velocidad del motor.

Figura 1. Cortadora de cartón prensado


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8. CASA DE LA CALIDAD

Se trata de una parte del despliegue de la función calidad (QFD) y se utiliza una matriz de planificación para relacionar lo que el cliente quiere contra cómo una empresa (que produce los productos) va a cumplir esas necesidades. Se parece a una casa con una “matriz de correlación”, como su techo, los deseos del cliente frente a las características del producto como la parte principal, la evaluación de la competencia como el porche etc Se basa en “la creencia de que los productos deben ser diseñados para reflejar los deseos de los clientes y sus gustos “.A continuación se muestra la casa de la calidad establecida para el presente tema de proyecto


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9. ESPECIFICACIONES TÉCNICAS

A partir de la información obtenida en la casa de la calidad se procede a determinar las especificaciones técnicas, las mismas que se muestran a continuación:

Tabla 1. Especificaciones técnicas

ESPECIFICACIONES DEL PRODUCTO

PRODUCTO:SISTEMA TRANSPORTADOR ENTRE NIVELES

Concepto propone R/D DESCRIPCION

Función

I R La máquina podrá ser usada en cualquier toma corriente

C+I R La máquina contara con un sistema de bloqueo de seguridad y puntos de anclaje manuales

I R Dispondrá de un control amigable para el usuario

I R El dispositivo poseerá un máxima capacidad en funcionamiento del peso estándar de un pliego de cartón corrugado

Dimensiones I R El dispositivo poseerá dimensiones de acuerdo a las normas y estándares que ringuen en la construcción de la cortadora de cartón corrugado para que accesorios pueda ser fácil acoplamiento sin ningún problema

Movimientos C+I R La velocidad de giro del motor debe ser máxima de 460 rpm

MaterialesI R Para la construcción del dispositivo se debe

utilizar en el eje AISI 1018 estirado en frioControl I+C R El control de la maquina en lo posible será

automáticoVida útil y

mantenimientoC R Se elaborara un manual de mantenimiento

que indique las partes principales del equito

Seguridad y ergonomía

C+I R Este sistema se adecua de acuerdo según a normativas y estándares de normalización

I+C R Todos los sistemas poseerán las protecciones necesarias y señaléticas apropiadas


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10. ANÁLISIS FUNCIONAL.

El propósito del análisis funcional es separar la acción que se efectúa del componente o mecanismo, para de este modo buscar nuevas soluciones, para ello es necesario establecer claramente las funciones primarias y secundarias. Las funciones primarias son aquellas por los que el usuario o los usuarios compran el producto mientras que las funciones secundarias son las que permiten que las funciones primarias se ejecuten satisfactoriamente.Establecidas las funciones secundarias se procede a plantear soluciones idóneas para desempeñar estas funciones, para luego seleccionar aquellas más convenientes. Estas funciones se pueden agrupar para formar módulos que sean capaces de cumplir un conjunto de funciones.La descomposición funcional del producto se lleva a cabo mediante diagramas de flujo en el que cada bloque aparece una función que pueden tener tres tipos de entrada y salida: control o señal, material y energía.

10.1 Desarrollo de los diagramas funcionales.A continuación se presentan los diagramas funcionales:

NIVEL 0

NIVEL 1

Material

Energía FísicaCortar Cortadora de

cartón corrugado

Montaje de rodillos Enhebrado Fijación

Alistamiento de material prima

Energía Física

Corte longitudinal Colocar la materia prima


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EJECUTAR EL DIAGRAMA FUNCIONAL

Figura 2. Diagrama funcional

10.2 Análisis de los Diagramas Funcionales.

Para el presente proyecto se ha estimado desarrollar el diagrama funcional hasta el nivel 2.

Movimiento del motor

Energía Física Realizar cortes longitudinales como transversales para ser apilados

Corrugado


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En el Nivel 0, es donde se presenta la función global, que consiste en representar la tarea global que debe realizar el producto que se va a diseñar y se establece como una caja negra que relaciona los flujos de entrada y de salida.En el Nivel 1, se hace una presentación más precisa por lo que hay que dividir la función global en subfunciones o subtareas y a la vez, establecer las relaciones de flujo entre estas subfunciones.

11. DEFINICIÓN Y GENERACIÓN DE MÓDULOS.

De acuerdo a Carles Riba, los productos modulares son aquellos que están organizados según una estructura de diversos bloques constructivos, orientada a ordenar e implantar las distintas funciones y a facilitar las operaciones de composición del producto. Los bloques constructivos se llaman módulos y su organización estructura modular.Se observa en el Diagrama Funcional del Nivel 1 que se tienen dos funciones principales fácilmente identificables: asegurar la maquina cortadora, por lo que al sistema se lo divide en dos módulos que realicen las funciones correspondientes.


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12. GENERACIÓN DE SOLUCIONES PARA CADA MODULO

12.1 Módulo 1.SOLUCIÓN MÓDULO I

FUNCIONALIDAD SOLUCIONESMÓDULO

1Sistema de corte Corte con sierra

circularCorte con cuchillas

circularesCorte con guillotina

MÓDULO 2

Sistema de transmisión de

potencia

Sistema de transmisión por bandas y poleas

Sistemas de transmisión por

engranajes

Sistemas de trasmisión por

cadenas y catarinasAlternativa 1 Alternativa 2 Alternativa 3

El Modulo 1 debe cumplir con las siguientes funciones:FUNCIÓN DEL SISTEMA DE CORTE:

Costo Seguridad Construcción de la maquina Montaje de la maquina Mantenimiento Calibración

12.1.1 COSTOS

Este criterio es transcendental ya que el costo total de la maquina sobrepasa el valor presupuestado el prototipo no se construye por lo tanto las partes constitutivas se deben elegir de tal modo que generen bajo costo sin que presenten deficiencia en calidad

12.1.2 SEGURIDAD

Define el nivel de confiabilidad en el instante en el que el operario manipule la maquina cortadora de cartón de esta forma se reduce cualquier riesgo que indique un accidente

12.1.3 CONSTRUCCION DE LA MAQUINA

Con este criterio se especifica los inconvenientes que se generan al adquirid o maquinar un determinado elemento del prototipo ya sea por carácter geométrico o de material


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12.1.4 MONTAJE DE LA MAQUINA

Mediante este criterio se analiza la facilidad de acoplar las partes que constituyen la máquina para ejecutar el ensamble de la misma con ello se hace referencia el tiempo de montaje puesta a punto y puesta en marcha de la maquina

12.1.5 MANTENIMIENTO

Cada elemento presenta un tiempo de vida útil el cual depende del tipo de mantenimiento que se le asigne este puede ser predictivo, preventivo o correctivo el mantenimiento debe reducir en lo posible tiempos de paro en la producción

12.1.6 CALIBRACION

Este criterio es imprescindible ya que los elementos de la maquina requieren su respectiva calibración para evitar posibles daños y obtener el producto final

12.1.7 CUCHILLAS CIRCULARES Cuchillo para cartón corrugado

El cuchillo para cartón corrugado incluye la cuchilla cortadora en tiras, cuchilla de abrir agujeros, cuchilla de corte cruzado con acero SKH51 insertado, cortador de papel conductor de cobre, cuchilla delgada, cuchilla de un solo lado, cortador dentado, etc.

Cuchilla cortadora en tiras

La cuchilla cortadora en tiras de un solo eje, es elaborada al usar materiales de acero de alta calidad como acero de alta velocidad y acero tungsteno, así como una serie de equipos avanzados, de esta forma asegurando la alta precisión de hasta ± 0.003mm. Debido a las ruedas trituradoras especiales de boro cúbico y diamante, el cuchillo para cartón corrugado posee alta dureza, resistencia al desgaste y durabilidad

Φ200*Φ122*1.3Φ230*Φ110*1.4

http://www.cutting-knives.es/products/4-4-2b.jpg





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Φ230*Φ130*1.4Φ250*Φ105*1.4Φ250*Φ130*1.4Φ250*Φ140*1.4Φ260*Φ112*1.4Φ260*Φ114*1.4Φ260*Φ140*1.4Φ260*Φ158*1.4Φ260*Φ168.3*1.4Φ270*Φ168.3*1.4Φ270*Φ170*1.4Φ280*Φ168*1.4Φ290*Φ168*1.4Especificaciones comunes en otros países (mm)OEM: Dimensión:TCY Φ300*Φ122*1.2Mitsubishi Φ280*Φ202*1.4Mitsubishi Φ291*Φ203*1Marquip Φ260*Φ168.3*1.2Isowa Φ260*Φ140*1.5Peters Φ250*Φ150*0.8BHS Φ240*Φ32*1.2Agnati Φ240*Φ115*1Agnati Φ220*Φ115*1Fosber Φ230*Φ135*1.1Fosber Φ230*Φ110*1.1

Cuchilla abridora de hendiduras

La cuchilla abridora de hendiduras incluye la cuchilla cortadora superior e inferior. Para la comúnmente usada parte superior, se tiene modelo de una cuchilla en forma de arco y otro modelo en forma de arco y cuchilla serrada separada. En cuanto a la parte inferior, se tiene una cuchilla de ángulo agudo semicircular, cuchilla de ángulo derecho y surco con anillo retenedor. Este cuchillo para cartón corrugado es producido en estricto seguimiento con los estándares de calidad nacionales, con el producto de acero forjado logrando una estructura interna compacta y excelente fase cristalinaSe utilizan en máquinas automáticas y semiautomáticas.La gama comprende diámetros entre Ø 20 mm y Ø 500 mm y el acabado estándar de la gama es NEUTRO.

Pueden suministrarse con recubrimiento PVD (Physical Vapour Deposition).

El precio se realiza en base a los siguientes datos: • Tipo de acero • Diámetro externo de la cuchilla • Espesor • Agujero central


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• Sencillo o doble bisel • Anchura del bisel • Ángulo de inclinación del bisel

Figura 3. Tipos de cuquillas

12.1.8 Correa de transmisiónCorrea de transmisión entre distintas poleas.

Figura 4. Correas y banda

Se conoce como correa de transmisión a un tipo de transmisión mecánica basado en la unión de dos o más ruedas, sujetas a un movimiento de rotación, por medio de una cinta o correa continua, la cual abraza a las ruedas ejerciendo fuerza de fricción suministrándoles energía desde la rueda motriz. Es importante destacar que las correas de trasmisión basan su funcionamiento fundamentalmente en las fuerzas de fricción, esto las diferencia de otros medios de flexibles de transmisión mecánica, como lo son las cadenas de transmisión y las correas dentadas las cuales se basan en la interferencia mecánica entre los distintos elementos de la transmisión.

Las correas de transmisión son generalmente hechas de goma, y se pueden clasificar en dos tipos: planas y trapezoidales.

http://es.wikipedia.org/wiki/Goma

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Correa_dentada&action=edit&redlink=1

http://es.wikipedia.org/wiki/Cadena_de_transmisi%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Cadena_de_transmisi%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa

http://es.wikipedia.org/wiki/Movimiento_de_rotaci%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Transmisi%C3%B3n_mec%C3%A1nica

http://es.wikipedia.org/wiki/Polea

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Keilriemen-V-Belt.png


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13. SELECCIÓN DE LA MEJOR ALTERNATIVA .

13.1. Evaluación Solución Modulo 1.

Para el Modulo 1, las soluciones que se proponen aplican para ambas alternativas, debido a que estas soluciones se consiguen en el mercado y se ajustan a diversos requerimientos del diseñador.

13.2. Evaluación Solución Modulo 2.

Con el fin de determinar la mejor solución para el módulo 2 de acuerdo a las alternativas que se tiene, se emplea el Método Original Corregido de Criterios Ponderados.

Se listan a continuación los criterios de valoración más determinantes. Bajo peso, ya que la maquina debe ser transportable y que sea manejada por 1 o 2 personas. Portabilidad, es decir una maquina fácil de desacoplar y usarlo en cualquier edificación sin que se vea restringido por la configuración de las escaleras. Seguridad al momento de subir las escaleras. Fácil uso, debido a que la mayor cantidad de usuarios son personas dela tercera edad, por lo que la maquina debe ser fácil de operar. Precio moderado, ya que por regulación los edificios públicos como privados deben disponer de las facilidades para personas con capacidades especiales y sobre todo que usen sillas de ruedas.

La evaluación de los criterios y módulos se detallan en las tablas siguientes:

FACTOR DE PONDERACIÓN 0 - 1CALIFICACIÓN 1 min. - 10 máx.

FUNCIÓN DEL SISTEMA DE CORTE: Costo Seguridad Construcción de la maquina Montaje de la maquina Mantenimiento Calibración


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Tabla 2. Evaluación para cada criterio

PARÁMETROS CORTE CON SIERRA CIRCULAR

CORTE CON CUCHILLAS

CIRCULARES

CORTE CON GUILLOTINA

Costo 90.3

80.3

70.3

Seguridad 50.15

80.15

70.15

Construcción de la maquina

70.1

70.1

80.1

Montaje de la maquina

7

0.1

80.1

80.1

Mantenimiento 50.2

90.2

6

0.2Calibración 6

0.15 70.15

60.15

6.75 7.95 6.85

FUNCIÓN DEL SISTEMA DE transmisión de potencia: Costo Seguridad Construcción de la maquina Montaje de la maquina Mantenimiento Calibración


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PARÁMETROS SISTEMA DE TRANSMISIÓN POR BANDAS Y POLEAS

SISTEMA DE TRANSMISIÓN POR

ENGRANAJES

SISTEMA DE TRANSMISIÓN POR CADENAS Y

CATARINASCosto 8

0.37

0.39

0.3Seguridad 8

0.155

0.157

0.15Construcción de la maquina

70.1

6

0.1

80.1

Montaje de la maquina

6

0.1

70.1

80.1

Mantenimiento 80.2

50.2

6

0.2Calibración 8

0.15 40.15

40.15

7.4 6.05 7.15

SELECCIÓN:

FUNCIÓN PARÁMETRO IMAGEN

Colocar ejeCorte con cuchillas circulares

Transmisión de potenciaSistema de transmisión por bandas y poleas

Para la óptima estructura del diseño del eje se toma los parámetro de la potencia que en este caso va a estar empotrado se realizó una división de modelos que fueron

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Keilriemen-V-Belt.png


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Necesarios para la selección de materiales en este caso, para lo cual dio como resultados utilizar los siguientes materiales. Según las soluciones de cada uno de los módulos nos dio como respuestas que para la potencia se emplear una polea y banda para su funcionamiento

l) DESARROLLAR LOS CÁLCULOS MANUALES CON LA ASISTENCIA DE MATEMÁTICO

Se desea construir una maquina cortadora de cartón corrugado en el cual vamos a considerar el diámetro del eje del porta cuchillas ya que esa sufre más en su punto critico

CALCULO DE LA FUERZA

Para el corte de la plancha de cartón se requiere una fuerza de corte y esta se define como:

F=A∗ks

Dónde:

F= fuerza de corte

A= sección de corte

ks= fuerza de corte especifico

FUERZA DE CORTE ESPECÍFICA DEL CARTÓN CORRUGADO

Se debe realizar ensayos de corte y se cuantifican mediante un dinamómetro midiendo la fuerza que se genera respecto a la sección

ks= FAcorte

; [ N

mm2 ]Se cuantifica la magnitud de la fuerza para diferentes espesores por lo que se obtiene los datos promedios


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Por lo tanto se tiene una fuerza de corte especifica del cartón corrugado de 0.37 N/mm²

Para obtener la sección del corte se calcula geométricamente

A seccion decorte=π∗r2∗α360

A seccion decorte=π∗(76 x10−3)2∗59

360

A seccion decorte=2.9739 x10−3m2

El área del triángulo que se forma en la interacción de la cuchilla con el cartón se obtiene

A∆=bxh2

A∆=75.38x 10−3 x66 x 10−3

2

A∆=2.48754 x 10−3m2

La sección del cartón se obtiene mediante la diferencias de las áreas


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Henry Daniel Paucar JarrinA=A s eccion decorte−A∆

A=2.9739x 10−3−2.48754 x10−3

A=4.8636 X 10−4m2

A=486,36m m2

Entonces la fuerza es

F=A∗Ks

F=486,36mm2∗0.37 N

m m2

F=179.95N

Esta fuerza de corte es la que se genera en una cuchilla de corte por lo tanto al tener 6 cuchillas se la debe relacionar de manera directamente proporcional

F=179.95N * 6

F=1079.7N

DISEÑO DEL SISTEMA REDUCTOR POR BANDAS Y POR POLEAS

Tomando como referencia los parámetros de funcionamiento de la maquina se requiere de bandas y poleas ya que representa bajo costo y facilidad de montaje

El sistema reductor se construye por dos poleas el diseno parte con los siguientes datos

Potencia P=3 HP

Velocidad angular de la polea conducida W=230 RPM

Diametro de la polea es Dp=200 mm

T p=PW

T p=3HP230 rpm

∗7123.77

T p=93Nm

F2=T p

2∗D p

F2= 93Nm

2∗200 x10−3m


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Henry Daniel Paucar JarrinF2=232.5N

F1=5∗F2

F1=5∗232.5

F1=1165.5N

F p=F1+F2

F p=1165.5+232.5

F p=1398N

R= velocidad del ejerapidavelocidad del eje lenta

=460 rpm230 rpm

=2

DISENO DEL DIAMETRO DEL EJE

Para el analisis a fatiga del eje se parte de los siguientes datos:

Material del eje es el acero AISI 1018 CD estirado al frio

Sut=440 MPa

Sy =370 MPa

Figura 5. Diagrama de cuerpo libre del eje

∑ M a=0

−1398N (2470mm )+Rb (2220mm )+179.95∗(1852.8+1535.7+1218.6+901.4+584.3+267.1)=0

−Rb=−2308595.995

2220

Rb=1039.91N

∑ FY=0

6∗179.95−1398+1039.91+Ra

Ra=−721.61N


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Figura 6. Calculo del momento flector

Ga'=√Ga

2+3 τa2=G

Gm'=√Gm

2+3 τm2=√3 τ

Ga'

Se+

Gm'

Sut=1

n

GSe

+ √3 τSut

=1n

32∗Mπ∗d3∗Se

+ √3∗16∗Tπ∗d3∗Sut

=1n


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Henry Daniel Paucar Jarrind= 3√n( 32∗M

π∗Se+ √3∗16∗T

π∗Sut )

n=1.5

d= 3√1.5 ( 32∗537.48π∗(0.3∗0.506∗440x 106)

+ √3∗16∗93π∗440x 106 )

d=50mm 2 i n

Para el diseno modificando los consentradores de esfuerzos y el diametro para determinar el factor de seguridad

Se=ka∗kb∗kc∗kd∗ke∗Se '

Se '=0,506∗Sut

¿0,506∗440MPa

Se '=222.64MPa

ka=a∗Sut−b

ka=4.51∗440−0.265

ka=0.89

kb=1.24 (50)−0.107

kb=0.82

kc=1


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Henry Daniel Paucar Jarrinkd=ke=1

Se=0.89∗0.82∗1∗1∗1∗222.64MPa

Se=162.48MPa

n= 132∗M

π∗d3∗Se+ √3∗16∗T

π∗d3∗Sut

n= 132∗537.48

π∗(50 x 10−3 )3∗(162.48 x106)+ √3∗16∗93

π∗(50 x10−3)3∗440 x 106

n=3.5

Diametro de la polea

d= 3√1.5 ( 32∗537.48π∗(0.3∗0.506∗440x 106)

+ √3∗16∗93π∗440x 106 )

D=16 mm 20mm

CALCULO DEL EJE Y DIMENCIONAMIENTO DEL PORTA CUCHILLAS

Figura 7. Diagrama del cuerpo libre de la porta cuchillas

∑ M a=0

Rb (2220mm )−179.95∗(1852.8+1535.7+1218.6+901.4+584.3+267.1)=0

−Rb=−1144464.005

2220

Rb=515.52N

∑ FY=0

6∗−179.95+512.52+Ra

Ra=567.18N


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Figura 8. Calculo del momento máximo

Ga'=√Ga

2+3 τa2=G

Gm'=√Gm

2+3 τm2=√3 τ

Ga'

Se+

Gm'

Sut=1

n


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GSe

+ √3 τSut

=1n

32∗Mπ∗d3∗Se

+ √3∗16∗Tπ∗d3∗Sut

=1n

d= 3√n( 32∗Mπ∗Se

+ √3∗16∗Tπ∗Sut )

n=1.5

d= 3√1.5 ( 32∗345.06π∗(0.3∗0.506∗440x 106)

+ √3∗16∗93π∗440x 106 )

d=43.4mm 45mm

Para el diseno modificando los consentradores de esfuerzos y el diametro para determinar el factor de seguridad

Se=ka∗kb∗kc∗kd∗ke∗Se '

Se '=0,506∗Sut

¿0,506∗440MPa

Se '=222.64MPa

ka=a∗Sut−b

ka=4.51∗440−0.265

ka=0.89


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kb=1.51d−0.157

kb=1.24 (45)−0.107

kb=0.83

kc=1

kd=ke=1

Se=0.89∗0.83∗1∗1∗1∗222.64MPa

Se=164.46MPa

n= 132∗M

π∗d3∗Se+ √3∗16∗T

π∗d3∗Sut

Sn= 132∗345.06

π∗(40 x 10−3 )3∗(164.46 x106)+ √3∗16∗93

π∗(40 x10−3)3∗440 x106

n=¿ 4.3

Se debe escoger el diámetro equivalente más grande o mayor para que no falle por requerimientos de fabricación el sistema el diámetro grande es de 50 mm pertenece al asiento de la polea

CALCULO DEL DIÁMETRO DE LA POLEA

Acero AISI 1018 CDSut Sy

440 MPa 370 MPa64 kpsi 54 kpsi

Sn’=Sn*Cs*Cm

N=3

Kt =1.5


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Sn= 24 kpsi

Cst = 1 (esfuerzos de flexión)

Cs=0.9

S' n=24 x 103∗0.9∗¿1

S' n=12.53kpsi

D=[ 32∗Nπ

∗√[ kt∗MS' n ]

2

+ 34∗[ T

Sy ]2]13

¿ [ 32∗3π∗√[ kt∗M

S' n ]2

+ 34∗[ 823.12Lb∗¿54 x103Lb ]

2]13

D=0.74∈ 20mm

Mejorada con 6%

Dpolea=25mm

Selección de rodamientos para el eje porta cuchilla y contra cuchillas

L10h=500 f h3

f h=f n∗C r

P r

Dónde:

Fh= factor de vida

Fn=factor de velocidad

Cr =capacidad vasica de carga dinámica N

Pr = carga dinámica equivalente N


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Henry Daniel Paucar JarrinL10h= vida nominal básica en horas

f n=0.35

L10h=3282horas

Y max=L300

=2.647300

=0.0088233m


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14. PROTOCOLO DE PRUEBAS .

El protocolo es uno de los pasos fundamentales en el diseño de materialización, donde las empresas dedican importantes recursos humanos, materiales y de tiempo. Los ensayos bien conducidos y documentados constituyen una parte fundamental del know-how de las empresas.Posterior a la construcción del prototipo se deben realizar una serie de pruebas las mismas que permiten evaluar el correcto funcionamiento de la maquina por lo que se toma en cuenta los siguientes parámetros.

14.1 DIMENSIONAMIENTO GENERAL

Esta prueba permite tomar las medidas de los elementos del prototipo que se construyen para que de esta manera corroborar con el dimensionamiento que se realiza en el diseño

14.2 FUNCIONAMIENTO EN VACÍO


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Henry Daniel Paucar JarrinMediante esta prueba se verifica que los sistemas que integran la maquina funcionen correctamente sin someterlos a una carga determinada

14.3 FUNCIONAMIENTO CON CARGA

Esta prueba tiene como fin evaluar que los sistemas que conforman la cortadora de cartón trabajen de manera correcta cuando se los somete a condiciones extremas de trabajo es decir se añade materia prima hasta que se alcance la capacidad máxima

14.4 ALIMENTACIÓN DE CUCHILLAS

Por medio de las pruebas se verifican que las cuchillas permanezcan alineadas respecto al eje motriz y a la materia prima ya que mediante estos elementos se realiza el corte del cartón esto debe garantizar que el corte cumpla los requisitos del cliente

14.5 Capacidad de corte

Al realizar esta prueba se verifica que la maquina cumpla con la capacidad máxima de corte para la cual se diseña es decir obtener un numero de separadores en un tiempo deseado

14.6 Velocidad de corte

Esta prueba verifica que la velocidad de corte varié en un rango determinado es decir que sepa aumentar o disminuir la velocidad con la que gira el sistema de corte Se elabora un formato de manera posterior al analisisis de los parametros a comprobar


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Henry Daniel Paucar JarrinTabla 3. Formato de protocolo de pruebas


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Henry Daniel Paucar JarrinTabla 4. Formato de protocolo de pruebas

15. COSTOS

En la presente parte se elabora un estudio de los costos que dében incurrirse para la construcción de la máquina propuesta en el presente proyecto y que deben tomarse en cuenta minuciosamente con el objetivo de estimar un valor real del proyecto, por tal razón se establece los costos de los diferentes elementos en las siguientes categorías:


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Henry Daniel Paucar Jarrin• Materia prima • Elementos normalizados • Costos de maquinado de los elementos necesarios Para los costos indirectos se consideran los siguientes factores • Materiales indirectos • Costos de ingeniería• Gastos para imprevistos

Los respectivos valores se basan en la información facilitada por proveedores de materiales y servicios ubicados en la ciudad de Quito, como se detalla en los siguientes cuadros:

Tabla 5. Costos de materia prima

MATERIAL CANTIDAD PESO TOTAL

(kg)

VALOR UNITARIO(USD/KG)

VALOR TOTAL(USD)

Eje cilíndrico de acero SAE

1018;∅ 63.5mm(2 12

pulg );

L=2440 mm

1 73.5 1.5 110.2

Eje cilíndrico de acero SAE

1018;∅ 63.5mm(2 12

pulg );

L=2660 mm

1 80.1 1.5 120.2

Eje cilíndrico de acero ASTM A-

36; ;∅ 28.575mm (1 18

pulg );

L=7800 mm

1 3.9 1.5 5.9

Eje cilíndrico de acero ASTM A-36; ;∅ 50.8mm (2 pulg); L=90

mm

1 1.4 1.5 2.1

Eje cilíndrico de acero ASTM A-

36; ;∅ 120.65mm(4 34

pulg);

L=312 mm

1 28 1.5 42.1

Eje cilíndrico de acero ASTM A-36; ;∅ 101.6mm (4 pulg);

L=150 mm

1 9. 6 1.5 14.4

Eje cilíndrico de acero ASTM A-36; ;∅ 50.8mm (2 pulg); L=50

mm

1 0.8 1.5 1.2


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Eje cilíndrico de acero SAE4340;∅ 160mm L=670 mm

6 67 4.57 306.2

Eje cilíndrico de acero AISI D3 (BOHLER k100);∅ 151mm L=

160 mm

6 17 9.46 160.8

Tubo estructural rectangular 80x40x3 mm; L=11740 mm

estándar 6m

2 - 63.77 127.5

Tubo estructural cuadrado 40x3 mm L=15960 mm estándar 6m

3 - 42.38 127.1

Plancha de acero ASTM A-36 e=12.7 mm 2440x1220 mm

3 - 68.8 206.4

Plancha de acero ASTM A-36 e=12.7 mm (1/2 pulg) ;

∅ 160mm

1 2 1.3 2.6

Pletina de acero ASTM A-36 950X75X12.7 mm

1 6.7 1.3 8.7

Pletina de acero ASTM A-36 930X75X38 mm

20.8 1.3 27.1

Imprevistos 50 50SUBTOTAL 1312.61

Tabla 6. Costos de elementos normalizados

MATERIAL CANTIDAD VALOR UNITARIO(USD)

VALOR TOTAL(USD)

Motor trifásico 3HP 220 v

1 650 650

Variador de frecuencia para 3HP

1 300 300

Breaker 3 fases 63 AMP

1 17.9 17.9

Breaker 2 fases 63 AMP

11. 6 11.6

Pulsador rojo 22 mm NC

1 9.6 9.6


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Pulsador verde 22 mm NA

1 9.6 9.6

Potenciómetro 1 5 5Contacto SIEMENS

SIRIUS 3RT2027 1AN20 BOBINA A

220V C/A

1 25 25

Cable bipolar N10 15 2.4 35.7Cable solido N12 2 0.5 0.9Enchufe trifásico

50A 125-250 V1 7.2 7.2

Gabinete metálico 40x30x20

1 34.9 34.9

Chumacera tensora NTN UCP210-200D1

2 pulg

2 55.5 110.9

Chumacera de pie NTN UCP210-200D1

2 pulg

2 51.8 103.5

Polea ∅ 100 1 25 25Polea ∅ 200 1 38 38Banda AP71 1 11.5 11.5

Pernos varios - 18 18Arandelas varios - 4 4

Tuercas varios - 8 8Prisioneros varios - 5 5

SUBTOTAL 1432.46


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Tabla 7. Costos de maquinado

Tabla 8. Costos de montaje


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Tabla 9. Costos directo total

Tabla 10. Costos de materiales indirectos

MATERIAL CANTIDAD PESO TOTAL(kg)

VALOR UNITARIO(USD/KG)

Disco de corte 3 4.4 13.2Grata 1 12 12

Solución desengrasante

desoxidante 1 Lt

1 5.5 5.5

Electrodos AGA011-1/8 in x 16 unidades

12 2.6 31.2

Pintura anticorrosiva galón

1 26.5 26.5

Macilla x lb 3 8 24Thinner 1Lt 1 1.5 1.5

Varios - 50 50Subtotal 163.90


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Tabla 11. Costos de ingeniería

Tabla 12. Costos de imprevistos


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Tabla 13. Costos de indirectos totales

Tabla 14. Costos totales del equipo


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a) PLANTEAR EL ESTUDIO DFE (DISEÑO PARA EL ENTORNO)

La disponibilidad de los productos y sistemas

Alto porcentaje de fiabilidadFácil y escasa mantenibilidadBajo nivel de logística de mantenimiento

La relación hombre-máquina Interacciona manual 25% energíaInteracción mecánica 10:1

La seguridad de las máquinas Causa de riesgo:En caso de exceder la carga máxima.En caso de empujar la maquina cuando este soportando una carga.Al no ajustar el carrete móvil correctamente con la pieza

El ahorro energético y los impactos ambientales

Ahorre de recursos energéticos eléctricos y químicosNo presenta impactos ambientales

La problemática del fin de vida de los productos

Reutilización de los elementos para otras maquinasReciclaje material de fabricación acero fácil fundición

CONCLUSIONES

Una investigación minuciosa concreta y objetiva permite realizar un análisis acorde a las espectivas requeridas.

El diseño de la cortadora de carton corrugado resulta comprensible al utilizar normas y aplicasiones en teoremas de fallas.

Mediante un proceso ordenado se puede comprobar los diferentes casos de fallas teoremas y puntos de analisis que esta sometida la fuerza del torque de potencia, logrando así que el nuestro diseno sea apto para su funcionamiento.

RECOMENDACIONES

En el mercado nacional se debe investigar el tipo de materiales que tienen el eje de la cortadora y las dimenciones que se encuentran disponibles.

En el diseño de nuestro eje a la fuerza maxima que es aplicada este se debe romper por lo cual no es un diseno a vida infinita por el numero de ciclos

Usar las tablas adecuadas y materiales para la selección de de cojinetes y poleas existentes en el mercado

Es necesario una accesor teorica para los teroremas de falla

examen de diseno 3

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