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7/25/2019 INTRODUCCIN CAJA CAMBIOS Margarito Meja.pdf

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Reporte de Prctica 4

DISEO CAJA DE 4 VELOCIDADES

Ing. Mecatrnica

DISEO DE ELEMENTOS MECNICOS

P R E S E N T A:

ARELLANO ABARCA ABNER ARI

SEP SNEST DGEST

INSTITUTO TECNOL GICO DE TOLUCA


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INTRODUCCIN

El siguiente trabajo redacta solamente el clculo y diseo de una cajade 4 velocidades . Desde el clculo de engranajes y sus respectivas

fuerzas y velocidades, hasta el diseo de ejes de transmisin con susrespectivos anlisis de deformacin y torsin.

Tambin se incluirn algunos catlogos donde se muestran losmateriales a utilizar y dnde se pueden adquirir.

La caja de velocidades es la cadena cinemtica que se encarga deproporcionar distintas velocidades, con sus respectivas torques, a lasllantas de cualquier vehculo. Est ubicada entre el motor (donde seconecta a travs del volante de inercia del cigeal) y las flechas cardano ejes de transmisin hacia las ruedas.

Para elaborar una caja de velocidades es necesario tomar en cuenta losrequerimientos necesarios para su diseo, entre ellos se encuentra: lasvelocidades a alcanzar, capacidad de desplazamiento en terracera oterrenos llanos, la capacidad de desplazarse sobre pendientes (esnecesario crear un fuerte e ideal mecanismo para que el vehculo seeleve sin problema y sin riesgo de derrape).

Por lo tanto es necesario saber que la caja de velocidades tantoaumentar sus velocidad y como reducir la fuerza de torsin desde lasleyes de la mecnica.


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DESARROLLO

A continuacin se mostrarn los datos para los requerimientos de la caja de 4velocidades y de 3 ejes de transmisin:

-El motor cuenta con 100kw de potencia y con Ne=3500 RPM

Las relaciones de transmisin son las siguientes:w1/we= w2/we=1/1.7w3/we=1/1.25w4/we=1wr/we=1/2.5

Donde we es la velocidad angular del motor y los dems son las velocidadespropuestas basadas en las normas ANSI. Por lo tanto las respectivas velocidadescorrespondientes son las siguientes.

N1=1750 [RPM]N2=2058.823 [RPM]N3=2800 [RPM]N4=3500 [RPM]NR=1400[RPM]

Con estos datos se prosigue a realizar la cinemtica de la caja de velocidades:Donde se propone que en ngulo de la hlice sea de solamente de diez grados, conesto aseguramos que re reduzca el ruido y desgaste generado (si fueran engranajesrectos) y al mismo tiempo se asegura una proporcin de velocidades relativa a lavelocidad del motor. Un ngulo de presin de 14.5, para que tenga mejor soporte yacarre entre engranajes y un mdulo estndar de 5.5mm, mismo que es propuestopor las normas ANSI.

Para realizar la distancia entre centros es necesario establecer un tamao y numerode dientes de los primeros dos engranes, en este caso sern de igual tamao ymismos nmeros de dientes para que sea solidaria la transmisin y no hayaalteraciones. Esta es la frmula para el clculo de distancia entre centros que serla misma en los siguientes pares de engranajes.

Donde Mn es el mdulo normal (5.5mm), Z1 y Z2 sern de 27 dientes y es elngulo de la hlice (10 grados). Por lo tanto Cd= 150.8mm.


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CLCULO DE LA PRIMERA VELOCIDAD

Para realizar el clculo de la primera velocidad, la suma de dimetros primitivosdefinida por los primeros dos engranajes (z1 y z2) o, en su defecto, la suma dedientes y comprobarla calculando la distancia entre centros establecida, si coincide,quiere decir que el clculo es correcto. Despus se comprueba con la transmisinpropuesta de w1/wE=1/2. Para este caso se propone z3=18 y z4=36, que sumadosdan la misma cantidad que la establecida

= .(+)() = 150.8Despus:

1=12 34=2727 1836=12Entonces los clculos son correctos.

CLCULO DE SEGUNDA VELOCIDAD


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Se realiza el mismo procedimiento, pero ahora se proponen como z5=20 y z6=34,que sumados dan 54.

=5.5 (20 34)

2(10) = 150.8

Despus:

1=

12

56=

2727

2034=

11.7

CLCULO DE TERCERA VELOCIDAD

Con z7=24 y z8=30 , sumados dan 54.

=5.5 (24 30)2(10) = 150.8Y

1=

12

78=

2727

2430=

45=

11.25


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CLCULO DE SEGUNDA VELOCIDAD

En este caso la velocidad del motor es directa, por lo que no se requiere clculo

alguno.

CLCULO DE REVERSA

Este clculo es un poco ms complejo, ya que es un conjunto de 3 engranajes losque trabajan para llevar a cabo la inversin de giro, el torque apropiado y lavelocidad deseada. Para esto, se propone lo siguiente:

Ze=17, Zl=18, Zr=43

Donde Ze es el pin de entrada, Zl es el pin loco y Zr es el engrane queproporciona la reversa, se calculan sus distancias entre centros y el ngulo deinclinacin del pin loco, ya que este ser el que interviene en la inversin del giro.


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Para el clculo del mdulo de engranajes rectos se toma en cuenta la dcima partede la distancia de centros establecida como el paso diametral, entonces

=15.7 = 5Ahora, para calcular el nmero de dientes aproximado para los engranajes rectos,

simplemente se despeja la suma de Zr y Ze de la frmula de distancia entre centros:

=( )2 ( )=2()

= 60.2Tomando en cuenta la relacin We/Wr=2.5, se obtiene una relacin de dientes deZr=43 y Ze=17, para que den una relacin de 2.5 aprox. Se debe calcular la nuevadistancia entre centros con los datos obtenidos:

=(5)(4317)2 = 150Como existe un tercer pin (loco), se propone que sea relativamente igual al pinde entrada, para transmitir la mima potencia y que encaje entre el pin de entraday el engrane de salida, Zl=18.

Teniendo nmero de dientes y el mdulo, se calcula el dimetro primitivo:

Dp=Z*Mr

=(5)(43)= 215 =(5)(17)= 85 =(5)(18)= 90

Ahora distancia entre centros:

215 852 = 15090 852 = 87.5

215 902 = 152.5


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Como se puede ver en la figura, el pin loco tiene un ngulo de inclinacin entrelos respectivos engranajes contrarios, para calcular este ngulo, simplemente seaplican leyes de cosenos:

Despejando el ngulo alfa:

= cos [150 152.5 87.52 150.2 87.5 ] = 71.63


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CLCULO DE ENGRANAJES

Ya establecidos dimetros primitivos, distancias entre centros, nmero de dientes,entre otras cosas, ahora se calcularn los elementos importantes en el diseo de

engranajes, como: ancho de cara, dimetro interno y externo, altura de dientes,ancho de diente, paso diametral, etc. Y sus respectivas fuerzas axiales, radiales ytangenciales.

CLCULO DE ENGRANAJES DE PRIMERA VELOCIDAD

Considerando valores obtenidos y propuestos, tales como:

Se realiza el calculo de fuerzas

= 2cos() = 50.22

= = 18.41

= = 5431.83

= ()= 957.78 = ()()= 2007.52

= = 5869,60


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Calculo de engranaje segunda velocidad

Clculo fuerzas

= 2cos() = 55.8

= = 20.45

=

= 4889.98

= ()= 862.24 = ()()= 1807.26

= = 5284.08


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Clculo engranaje tercera velocidad

Clculo de fuerzas:

= 2cos()= 66

= = 24.18

= = 4133.946 = ()= 728.926 = ()()= 1527.844

= = 4467.118


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Clculos de engranajes z1 y z2

Clculo de fuerzas:

= 2cos() = 78.12

= = 28.63

= = 3492.84

= ()= 615.88 = ()()= 1290.90

= = 3774.34


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Observacin de la transmisin:Primera velocidad:

Segunda velocidad.

Tercera velocidad:


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Primeros z.

REVERSA:


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Tomando en cuenta las fuerzas en z1-z2 y z3-z4, se realiza el clculo de fuerzaspara la primera velocidad mediante fuerzas sobre ejes en los distintos planos deobservacin.

A continuacin se mostrar las distancias entre par de engranajes, considerando

que es un motor, relativamente pequeo, entonces las distancias sonproporcionales a su respectivo tamao:

Considerando las fuerzas axiales, radiales y tangenciales, se hace el respectivoanlisis de vigas:

Tericamente las fuerzas axiales producen momentos y las tangenciales son lasque producen el torque, entonces se realizan los clculos siguientes, gracias a laecuacin siguiente:

=


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CLCULO DE FUERZAS SOBRE EJES PRIMERA VELOCIDAD

Tomando en cuenta las fuerzas adquiridas por z1-z2 y z3-z4 y sus respectivasdistancias, se realiza el anlisis de ejes:

Ahora haremos el anlisis desde la perspectiva de cada plano en esta caso, primerose har en x-y:

Calculando el momento que se produce en Fy, podremos obtener fcilmente lafuerza en Ay


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Para determinar el valor de Fy, solo basta con hacer una sumatoria de fuerzas eny

Entonces el anlisis es el siguiente:

El cortante en X-Y sera el siguiente:

Y el momento es el siguiente:


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Ahora para el plano X-Z

La cortante en X-Z:


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Y el momento en X-Z:


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CLCULO DE FUERZAS SOBRE EJES SEGUNDA VELOCIDAD

El anlisis es el mismo que para la velocidad anterior

En el plano X-Y


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Ahora se hace el respectivo anlisis de cortante y momentos:Conrtante X-Y:

Momento en X-Y:

Ahora en X-Z:


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CLCULO DE FUERZAS SOBRE EJES TERCERA VELOCIDAD

Ahora se analiza el cortante y momento en X-Y


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CLCULO DE LA REVERSA:


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Ahora plano X-Z REVERSA:


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Ahora se pondr el trabajo hecho en el software SolidWorks:

Eje primario:


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Eje intermediario:

Eje de salida:


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Balero de agujas:

Anillo sincronizador:


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Con reversa:

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