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• Marcos Simangas

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Mecanismo de Movimiento Grúa-Puente

Mecanismo de Movimiento Grúa-Puente

TRANSMISIÓN DE MECANISMO DE MOVIMIENTO DE GRÚA PUENTE

Definición: a) Los puentes-grúa son máquinas utilizadas para la elevación y transporte, en el ámbito de su campo de acción, de materiales generalmente en procesos de almacenamiento o curso de fabricación. b) Se caracterizan usualmente porque están compuestas generalmente por una doble estructura rematada en dos testeros automotores sincronizados dotados de ruedas con doble pestaña para su encarrila miento. Apoyado en dicha estructura y con capacidad para discurrir encarrilado a lo largo de la misma, un carro automotor soporta un polipasto cuyo cableado de izamiento se descuelga entre ambas partes de la estructura (también puede ser mono-raíl con estructura simple). La combinación de movimientos de estructura y carro permite actuar sobre cualquier punto de una superficie delimitada por la longitud de los raíles por los que se desplazan los testeros y por la separación entre ellos. Existen varios tipos de grúas puente entre ellas están:  Grúa puente de una viga  Grúa de techo  Grúa puente de una viga

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 Grúa puente de dos vigas

DISEÑO DE LA GRUA-PUENTE La grúa puente que diseñare será una de dos vigas y como datos Iniciales para el Diseño serán:

    

Resistencia al movimiento del puente: 2 KN Velocidad del puente: 1.35 m/s Diámetro de la rueda: 300 mm Desviación permitida de la velocidad: 4 % Tiempo de servicio del mecanismo: 6 años

ESQUEMA CINEMÁTICO DE LA GRÚA-PUENTE

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LAS PARTES CON LAS CUAL ESTARÁ FORMADO ESTA GRÚA-PUENTE SERÁN: Motor Eléctrico (1): La principal finalidad de esta máquina eléctrica será de utilizar la transformación de energía eléctrica en energía mecánica para poner en funcionamiento la grúa-puente primero sacándolo de inercia y luego desplazándolo en dirección de los carriles con una potencia determinado por la transmisión que se lograra conseguir con la caja reductora.

Acople (2):  Tienen la finalidad de unir dos ejes coloniales: en Angulo o paralelo.

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 Se caracterizan porque su principal función es unir el eje motriz con el eje conducido por lo cual su velocidad va ser igual que la genera la parte motriz. Dinámica de la Transmisión  La selección de un acoplamiento se debe tomar en cuenta la forma en que el motor y la máquina afectan al acoplamiento, pero las características del acoplamiento, dimensiones, peso, momento de inercia y rigidez, por mencionar algunas, también tienen un impacto en el comportamiento dinámico de la transmisión.

Reductor Cilíndrico (3):  Los engranes cilíndricos permiten transmisión entre dos ejes paralelos, sin embargo, al usar más de un paso, se pueden realinear los ejes para que el eje de salida sea colonial con el de entrada.  Se caracterizan porque tienen buena eficiencia, 95% o más, y alta capacidad. Su principal limitación es que tienden a producir ruido y vibraciones. Mediante el uso de engranes de dientes helicoidales se puede incrementar la capacidad y la eficiencia (97 a 99% por paso).

Transmisión de engranajes rectos (4): La finalidad de estos engranajes es de aumentar o disminuir la potencia de transmisión con la cual va a trabajar esto también dependerá del tipo de trabajo para

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el cual se desea ya que en su diseño se tendrá en cuenta el diámetro de ambos. Ruedas (5)  Su diámetro será de 300 mm Carriel (6)

Elección del Motor y Calculo Cinemático de la trasmisión a) Determinación de la Potencia y revoluciones del motor (RPM) Tener en cuenta que: a) Antes de determinar la potencia debe escogerse el tipo de motor en función del tipo de servicio que vaya a realizar. b) Para la elección del motor deberá también tenerse en cuenta el número de revoluciones, habrá que elegir velocidades normales de serie, las velocidades anormales encarecen la instalación y dificultan posteriormente las sustituciones. “Como regla general la potencia de un motor es tanto más grande cuanto mayor sea el número de revoluciones” c) Para la elección del tamaño de los motores deberá tenerse en cuenta el tipo de servicio que van a realizar, según la normativa para máquinas eléctricas, se distinguen las tres formas de trabajo siguientes: 1. Servicio permanente o continuo: El motor está funcionando constantemente o por lo menos durante algunas horas con plena carga, alcanzando así su temperatura final, Tmax. Esta temperatura no debe sobrepasar el límite fijado por la normativa.

2. Servicio de corta duración: La carga actúa con toda intensidad durante un corto tiempo, a este estado le sigue una marcha en vacío o la desconexión, que da tiempo al enfriamiento del motor. La potencia nominal en este tipo deservicio será aquella que puede suministrar el motor durante el tiempo

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convenido sin calentamiento excesivo (Por ejemplo 50 Kw en 15 min.). 3. Servicio intermitente: Alternan el tiempo de funcionamiento que llamaremos TF, y el tiempo de reposo que llamaremos TR, el tiempo de ciclo que llamaremos TC, será la suma de ambos (TC= TF+ TR), dicho TC no debe sobrepasar de un tiempo t que permita al motor enfriarse completamente, de esta forma la temperatura va aumentando escalonadamente hasta el valor final que tardará más tiempo en alcanzarse que en el régimen continuo.

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PARA UN MECANISMO DE TRASLACION TENEMOS QUE: a) La potencia de la máquina de trabajo o eje de trabajo será:

Par motor:

Donde:

Ft = Resistencia al rodamiento n = revoluciones (rpm) v = velocidad

Entonces: Sea:

Ft = 2 KN y

V = 1.35 m/s

Tenemos que la potencia del motor será:

b) Determinación de la transmisión:

Sea:

a) b) c) d) e) Entonces:

Eficiencia de la transmisión cerrada Eficiencia de la transmisión abierta Eficiencia de la transmisión en el acople Eficiencia en los rodamientos

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c) Determinación de la potencia requerida para el motor

Donde:

a) b)

Potencia de la máquina de trabajo

Entonces la potencia del motor que requerimos será:

d) Potencia Nominal: Debe ser mayor a la requerida o de valor igual.

e) Selección del motor:

Por tanto: Teniendo de referencia la potencia calculada para la grúa puente con los requerimientos establecidos, y viendo los catálogos de motores eléctricos tenemos los siguientes motores con sus respectivas frecuencias para ser evaluados:

Motor 1:      

Código= 25000001094 Tipo= 1LA7 112-2YA60

o 5 HP

Torque = 10.24 N.m Peso= 28 kg Motor 2:

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     

Código= 25000001121 Tipo= 1LA7 112-4YA60

o 5 HP

Torque = 20.47 N.m Peso= 28.7 kg Motor 3:

     

Código= 25000001146 Tipo= 1LA7 130-6YA60

o 5 HP

Torque = 30.97 N.m Peso= 40.5 kg

2) Determinación de la relación de los engranajes y sus eslabones: a) Frecuencia de giro del eje de transmisión de la máquina de trabajo Sabemos que:

Entonces

Donde:  V: velocidad de la grúa puente  D: diámetro

b) Determinación del tren de velocidad para todas las posibles variantes del motor:

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Sabemos:

Donde:

Por tanto tenemos:

c)

Determinación de la relación de reducción de los niveles de reducción Sabemos:

Teniendo en cuenta el diseño de la grúa- puente tomaremos el reductor (nivel de reducción 1) como fijo y el segundo nivel de reducción haremos variar, evaluando con cada velocidad de transmisión de la maquina con el fin de encontrar relación de reducción de los niveles adecuado para nuestro diseño: Por tanto:

Valores Usuales para reducciones de un grado para:

2 2.14

2.5 2.8

Engranes cilíndrico y cónicos 3.15 4 3.55 4.5

5 5.6

6.3 7.1

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Para TV1 con todos los valores usuales tenemos: a) b) c) d) e) f) g) h) i) j) k) l) Para TV2 con todos los valores usuales tenemos: a) b) c) d) e) f) g)

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h) i) j) k) l) Para TV3 con todos los valores usuales tenemos: a) b) c) d) e) f) g) h) i) j) k) l) Entonces: Para el diseño, la relación adecuada entre los niveles del reductor será cuando: Tv =20.25 (Tren de velocidad) debido que para (relación del reductor cerrado) tenemos que (relación del reductor abierto), para la cual la velocidad nominal del motor es 1740 RPM.

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d) Determinar la máxima desviación permitida de la frecuencia de giro de transmitido de la máquina de trabajo

Donde:  

Frecuencia de giro del eje del rotor de la maquina Porcentaje de desviación

Entonces:

e) Determinación de la frecuencia de giro con tolerancia del eje transmitido de

la máquina de trabajo considerando su desviación  nm , rpm.





Reemplazando:

 f)



Determinar la relación de reducción efectiva de la trasmisión Como:





Entonces:

g) Precisando la relación de reducción abierta tenemos: Como:

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Entonces:

Por tanto teniendo en cuenta la desviación permitida del eje podemos concluir que nuestra relación del reductor abierto será:

Y

Donde:  

- Relación de velocidades de la trasmisión cerrada (reductor) - Relación de velocidades de la trasmisión abierta

Mecanismo de Movimiento Grúa-Puente 3.- Calcular los parámetros de fuerza y Cinemáticas de la transmisión:

Parámetro

Eje

Motor/Acople/Transmisión cerrada/ Transmisión abierta/ Maquina de Trabajo

M Potencia P, Kw

R L MT M

Frecuencia de giro n, rpm

Velocidad angular ω, 1/seg

R L MT M

Momento de torsión T, Nm

R L MT

1740 RPM

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ELECCIÓN DEL MATERIAL DE LOS ENGRANAJES Y DETERMINACIÓN DE LAS TENSIONES PERMITIDAS ELECCIÓN DE LA DUREZA, TRATAMIENTO TÉRMICO Y MATERIAL DE LOS ENGRANAJES Consideraremos:  Se consideraran aceros endurecidos totalmente o aceros templados superficialmente.  La diferencia entre las durezas medias del piñón y de la rueda se encuentra entre 20… 50 HB.  Para aumentar la capacidad de carga y disminuir las dimensiones y el peso las diferencias pueden alcanzar a más de 70 HB. CARACTERÍSTICAS DE LOS ACEROS:  ACEROS ENDURECIDOS TOTALMENTE Los engranes de los impulsores de maquinas herramientas, y muchos tipos de reductores de velocidad. De servicio medio ha pesado, se fabrican normalmente con aceros al medio carbón (entre 0,25 y 0,7 % de C). Entre una gran variedad de aceros al carbón y aleados están:

 La dureza de los aceros utilizados en los engranajes es menor o igual a 350 HB  No se recomienda valores de más de 400HB para estos aceros

TABLA DE ESFUERZO DE CONTACTO ADMISIBLE

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TABLA DE ESFURZO FLXIONNATE ADMISIBLE

 ACEROS TEMPLADOS / ENDURECIDOS SUPERFICIALMENTE

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El templado por llama, por inducción, por cementación y por nitruración se realiza para producir una gran dureza en la capa superficial de los dientes de engranes, estos procesos crean valores de 50 a 64 HRC (ROCKWELL C).

TABLA CON LAS CARACTERÍSTICAS DEL MATERIAL ELEGIDO Características mecánicas del material de la trasmisión de engranajes Elemento

Material

Tratamiento térmico

dureza

[σ]H (KSI)

[σ]F (KSI)

Piñón

ACERO AISI 3215

CEMENTADO

62 HRC

22.5

65

Rueda

ACERO AISI 3215

CEMENTADO

60 HRC

21.0

61

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CÁLCULO DE LA TRANSMISIÓN DEL REDUCTOR CASO DE TRANSMISIÓN DE ENGRANES CILÍNDRICOS (RUEDAS)

CALCULO PARA LA TRANSMISIÓN DEL EJE RÁPIDO AL LENTO Determinación de la distancia entre ejes [aw]

√ Donde: 

- coeficiente auxiliar = 49,5 para transmisiones de engranes rectos



– coeficiente de ancho de la cara del diente

= 0,20…0,25 para piñones en transmisiones abiertas Tomaremos 

= 0.225

- relación de transmisión (VR1 o VR2 según sea el caso) = 4.5 EJE LENTO



- momento de torsión del eje lento T2 =

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

– esfuerzo de contacto admisible de la rueda con menor dureza o esfuerzo admisible medio.



- coeficiente de irregularidad de la carga a lo largo de los dientes = 1 para estos casos de transmisión.

Por tanto tenemos que:

√

DETERMINACION DEL MODULO DE ENGRANE m, mm

Donde: 

- coeficiente auxiliar. = 6,8 para transmisiones de engranes rectos



- diámetro de engrane de la rueda, mm



– ancho de la cara del diente, mm



- esfuerzo flexionante permitido del material de la rueda, N/mm2

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Por Tanto:

TOMAREMOS 1 mm PARA EL CÁLCULO DETERMINAR EL ÁNGULO DE INCLINACIÓN DE LOS DIENTES

El ángulo de inclinación varía entre 8 y 9 grados pero por el aumento de las fuerzas axiales se prefiere ángulos bajos Entonces:

DETERMINAR LA SUMA DE LOS DIENTES DEL PIÑÓN Y DE LA RUEDA Para ruedas de engranes rectos: Por tanto:

Por tanto la suma es:

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Precisar la magnitud real del ángulo de la transmisión helicoidal

Determinar el número de dientes del piñón.

Se recomienda Determinar el número de dientes de la rueda.

Determinar la relación de transmisión (VR) de facto, real.

Determinar la distancia de facto entre ejes, mm Para engranes rectos:

DETERMINACIÓN LOS PARÁMETROS GEOMÉTRICOS FUNDAMENTALES DE LA TRANSMISIÓN (mm) PARÁMETRO

DIÁMETRO

ANCHO DE LA RUEDAS

PIÑÓN

RUEDA

RECTO

RECTO

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CALCULO PARA LA TRANSMISIÓN DEL EJE LENTO AL EJE DE TRABAJO Determinación de la distancia entre ejes [aw]

√ Donde: 

- coeficiente auxiliar = 49,5 para transmisiones de engranes rectos



– coeficiente de ancho de la cara del diente

= 0,20…0,25 para piñones en transmisiones abiertas Tomaremos 

= 0.225

- relación de transmisión (VR1 o VR2 según sea el caso) = 4.3



- momento de torsión del eje lento T2 =





– esfuerzo de contacto admisible de la rueda con menor dureza o esfuerzo admisible medio.

- coeficiente de irregularidad de la carga a lo largo de los dientes = 1 para estos casos de transmisión.

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Por tanto tenemos que:

√

DETERMINACION DEL MODULO DE ENGRANE m, mm

Donde: - coeficiente auxiliar.



= 6,8 para transmisiones de engranes rectos 

- diámetro de engrane de la rueda, mm



– ancho de la cara del diente, mm



Por Tanto:

- esfuerzo flexionante permitido del material de la rueda, N/mm2

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DETERMINAR EL ÁNGULO DE INCLINACIÓN DE LOS DIENTES

El ángulo de inclinación varía entre 8 y 9 grados pero por el aumento de las fuerzas axiales se prefiere ángulos bajos Entonces:

DETERMINAR LA SUMA DE LOS DIENTES DEL PIÑÓN Y DE LA RUEDA Para ruedas de engranes rectos: Por tanto:

Por tanto la suma es:

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Precisar la magnitud real del ángulo de la transmisión helicoidal

Determinar el número de dientes del piñón.

Determinar el número de dientes de la rueda.

Determinar la relación de transmisión (VR) de facto, real.

Determinar la distancia de facto entre ejes, mm Para engranes rectos:

DETERMINACIÓN LOS PARÁMETROS GEOMÉTRICOS FUNDAMENTALES DE LA TRANSMISIÓN (mm) PARÁMETRO

PIÑÓN

RUEDA

RECTO

RECTO

(DIÁMETRO DE PASO) DIÁMETRO

ANCHO DE LA RUEDAS

(DIAMETRO DE PASO)

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CARGA DE ARBOLES DEL REDUCTOR

Los árboles, a diferencia de los ejes, además de sostener los elementos giratorios trasmiten momentos torsores, por consiguiente, los árboles resultan cargados, no solo por esfuerzos normales debido a los momentos flectores, sino también, por esfuerzos tangenciales generados por momentos torsores, en toda la longitud o en sectores aislados del árbol. 1. Determinación de las Fuerzas en los engranes de la transmisión Reductora 2. Determinación de las Fuerzas en Voladizo 1. DETERMINACIÓN DE LAS FUERZAS EN LOS ENGRANES DE LA TRANSMISIÓN REDUCTORA Datos:

= ángulo de presión de engrane (tomar valor = 20 )

TIPO DE TRANSMISIÓN

FUERZA EN EL ENGRANE

MAGNITUD DE LA FUERZA (N) En el Piñón En la Corona

Tangencial Helicoidal

Radial axial

2. DETERMINACIÓN DE LAS FUERZAS EN VOLADIZO (TRANSMICION ABIERTA) TIPO DE TRANSMISIÓN

FUERZA EN EL ENGRANE

MAGNITUD DE LA FUERZA (N) En el Piñón En la Corona

Tangencial Engrane Recto Radial En el eje rápido

Acople

En el eje lento

Radial √

Para engranes √

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Grafico que muestra las fuerzas tangenciales, radiales y axiales del par de engrane, en este caso los vectores son designados con “W” y no “F”

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3. ESQUEMA DE FUERZAS DE CARGA DE LOS EJES DEL REDUCTOR El Esquema para el mecanismo de grúa puente será el mismo ya que el motor eléctrico posee el mismo sentido de giro, como la que se muestra en la figura.

Fuerza

Piñón

Corona

1076 N 392 N 0N 182,21

40,50

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Mecanismo de Movimiento Grúa-Puente CALCULO PRELIMINAR DE EJES COMPOSICIÓN DE ANTEPROYECTO DEL REDUCTOR 1. Determinar el material de los árboles 2. Determinar las tensiones admisibles a la torsión 3. Determinar los parámetros geométricos del escalonamiento de los arboles 4. seleccionar tipo de rodamiento preliminar 5. trabajar bosquejo de la transmisión (vista general) Los arboles se calculan a la resistencia compleja, puesto que además de las cargas de flexión, transmiten momento de torsión. 1. DETERMINAR EL MATERIAL DE LOS ÁRBOLES El material que utilizaremos para los arboles es:  E230 Bohler (AISI 3215) 2. DETERMINAR LAS TENSIONES ADMISIBLES A LA TORSIÓN Las tensiones Admisibles serán:  Para el eje lento  Para el eje rápido

= 15 Nm2 = 20 Nm2

3. DETERMINAR LOS PARÁMETROS GEOMÉTRICOS DEL ESCALONAMIENTO DE LOS ARBOLES

ESCALONAMIENTO

EJE – PIÑÓN (FIG1)

√

√

EJE DE CORONA (FIG3)

√

√

1ro =(0,8)(27.74mm) = 22.19 mm

2do

3er

4to

5to

No se construye

=(0,8)(40 mm) = 32 mm

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4. ESQUEMATIZANDO LOS DATOS OBTENIDOS TENEMOS: PARA EL PIÑON:

PARA LA CORONA: