Diseño de un sistema trasmisión polea-banda

  1. Introducción
  2. Desarrollo del diseño
  3. Cálculo de transmisión por banda
  4. Cálculo de la potencia de diseño
  5. Selección tipo de banda
  6. Cálculo de distancia entre centros
  7. Cálculo de la transmisión por medio software maximizer
  8. Comprobación de resultados
  9. Dimensiones de la banda
  10. Cálculo de diámetros de los ejes
  11. Cálculo de las dimensiones de las poleas
  12. Distribución del juego de poleas
  13. Cálculo dimensiones chavetero
  14. Conclusiones
  15. Bibliografía

Introducción

Entre los dispositivos de transmisión mecánica, se encuentra la transmisión por banda; De aplicación común en la industria, este sistema consta de dos poleas solidarias cada una a un eje y acopladas por medio de una banda; es un sistema muy silencioso, no necesita lubricación y resulta poco costoso de construir, además presenta la característica de que puede ser utilizado como un fusible mecánico. Los sistemas de transmisión por banda presentan un costo inicial de producción relativamente bajo comparado con otros elementos de transmisión mecánica. A continuación se presenta el diseño de un sistema de transmisión por banda utilizado par generar movimiento a un eje central, solidario a un sistema de engranajes helicoidales, rectos y a una transmisión por cadena, cuya función principal es la reducir la potencia de entrada de un motor eléctrico, para generar una operación eficiente de un molino de bolas y una mezcladora de concreto.

OBJETIVO GENERAL

  • Diseñar un sistema de transmisión por banda, el cual opere eficientemente para las condiciones de diseño especificadas.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

  • Aprovechar las ventajas que ofrecen los software de diseño para elementos de transmisión por banda para optimizar los diseños y ser mas competitivos y eficaces a la hora de seleccionar un tipo de banda para una aplicación especifica.

  • Identificar las diferentes componentes de maquinaría disponibles en el mercado.

  • Comprender el verdadero uso de una transmisión por banda, y aplicar los conocimientos adquiridos, para la solución de problemas en la industria.

Desarrollo del diseño

Una banda es un elemento flexible capaz de transmitir potencia que sienta en forma

Ajustada sobre un conjunto de poleas o poleas acanaladas. Cuando se utiliza para reducir de velocidad, como en este caso, la polea acanalada más pequeña se monta en el eje de alta velocidad el cual estará acoplado a un motor eléctrico AC síncrono Torque normal, La polea de mayor ira acoplada a un eje central como se muestra en la siguiente ilustración. En este eje central trasmite la potencia, por medio de un conjunto de engranajes helicoidales y rectos, a otros dos ejes los cuales irán acoplados a un molino de bolas y a una mezcladora de cemento respectivamente.

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Ilustración 1.Esquema de transmisión general.

Por medio del software Maximizer proporcionado por el fabricante de bandas de transmisión Goodyear, se obtendrá un diseño eficiente para esta aplicación; Los datos de entrada de la maquinaria y sus elementos mecánicos son los siguientes.

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Ilustración 2. Parámetros operación maquinaria.

Cálculo de transmisión por banda

Se supone que la maquinaria, en este caso tanto la mezcladora de cemento, como el molino de bolas operaran los 6 días de la semana, por consiguiente se tiene que:

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1.1 Cálculo de potencia en el motor.

Con los datos de operación de maquinaria y teniendo en cuenta las eficiencias de los componentes mecánicos presentes en los ejes, determinamos la potencia en el eje S1 o eje central.

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Donde:

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Por consiguiente la potencia del motor se determina de la siguiente manera.

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1.2 Cálculo relación de transmisión por banda.

A continuación se procede a determinar la relación de transmisión por banda, de la siguiente manera.

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Remplazando el valor hallado anteriormente para la relación de transmisión por banda se obtiene el siguiente valor para la relación de transmisión por engranajes rectos.

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Por consiguiente determinamos las Rpm de la polea inducida de la siguiente manera.

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1.3 Cálculo del factor de servicio.

Este factor de servicio depende del tipo de maquinaría que se utiliza, para este caso tendremos una mezcladora de cemento y un molino de bolas, por consiguiente con ayuda de la tabla para factores de servicio del software maximizer tendremos los siguientes valores.

  • Máquina # 1 (Molino de bolas).

Banda sincrónica=1.9

Banda V=1.4

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Ilustración 3. Factor de servicio máquina # 1.

  • Máquina # 2 (Mezcladora de cemento).


Este tipo de maquina no aparece específicamente en la tabla que proporciona el software maximizer, por consiguiente se busca en la siguiente tabla una maquinaria similar, para tomar una valor coherente del factor de servicio.

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Ilustración 4.Características de maquinaría.

Se considera la máquina mezcladora de cemento como un mezclador de tipo liquido-solido, como aparece en la tabla anterior, por consiguiente se le asocia en la tabla del software maximizer, con un mezclador ladrillo-arcilla.

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Ilustración 5. Factores de servicio máquina #2

Banda sincrónica=1.7

Banda V=1.2

Por consiguiente se selecciona el mayor valor de los factores de servicio hallados para una Banda en V.

Factor de servicio (Banda V) =1.4

Cálculo de la potencia de diseño

Hallados el factor de servicio y la potencia del motor se puede determinar la potencia de diseño con la siguiente expresión.

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Selección tipo de banda

Se decide utilizar una banda de sección angosta, por consiguiente de la siguiente figura se selecciona su referencia.

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Ilustración 6.Selección tipo de banda.

Finalmente se selecciona una banda sección angosta referencia 5V (no ranurada).

4. Cálculo diámetro exterior polea motriz.

Con ayuda de la siguiente tabla y teniendo en cuenta que la banda a utilizar será de sección angosta 5V tenemos que:

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Ilustración 7. Tabla de Dimensiones fabricante.

Por consiguiente de la tabla que proporciona el fabricante de motores hallamos el diámetro exterior mínimo recomendado.

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Ilustración 8.Tabla fabricante motores

Como esta potencia del motor y su velocidad e interpolando entre los siguientes valores, para determinar el diámetro exterior de la polea motriz.

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Por consiguiente para una potencia de:

Monografias.comAhora se selecciona el máximo valor hallado entre las dos tablas anteriores.

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Finalmente

  • Tipo de banda = Banda sección angosta 5V

Ahora determinamos el diámetro exterior de la polea inducida.

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Cálculo de distancia entre centros

La entre centros debe encontrarse entre el siguiente intervalo.

Cálculo de la transmisión por medio software maximizer

Con ayuda del software maximizer optimizaremos el diseño de la banda de transmisión, inicialmente el programa solicita que se ingresen los siguientes datos, como se muestra a continuación.

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Ilustración 9.Datos de entrada software maximizer.

Luego de ingresar los datos el programa muestra distintos tipos de bandas, para nuestro caso de diseño se selecciona una banda de sección angosta no ranurada tipo Hy-T WEDGE UNCOGGED, como se muestra a continuación.

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Ilustración 10.Tipo de banda software maximizer.

Después de seleccionada la banda y su referencia el programa ofrece una cantidad de bandas que se acoplan al diseño requerido ,por consiguiente ordenando el tipo de banda por su velocidad rotacional (Rpm), se escoge la banda que más cercana este, de las condiciones establecidas, las cuales son las siguientes :

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Ilustración 11.Referencia banda software maximizer.

Como se puede observar en el grafico anterior, la referencia más próxima a las condiciones establecidas es la referencia de banda 3-5V710. Por consiguiente los resultados que se obtienen con el software maximizer se muestran a continuación.

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Ilustración 12.Resultados obtenidos software maximizer.

  • Referencia banda = 3-5V710

  • De polea inducida=14 pulg

  • de polea motriz =9.250 pulg

  • entre centros C=17.08 pulg

  • velocidad polea=2759 ft/min

  • Distancia entre centros C=17.08 pulg

Comprobación de resultados

A continuación se verifican una serie de parámetros que debe cumplir el diseño de la transmisión por banda entre estos, el rango de la entre centros, velocidad de polea y el ángulo de contacto.

7.1 Cálculo y comprobación del ángulo de contacto.

Por medio de la siguiente relación podemos comprobar que el ángulo de contacto no sea inferior a los 120º, cumpliendo este parámetro se evita que la banda resbale en las poleas.

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7.2 Comprobación velocidad de polea.

Esta velocidad debe operar en el siguiente intervalo para un óptimo funcionamiento de la transmisión por banda.

De los resultados arrojados por el programa tenemos que para este diseño la velocidad de la polea es:

  • velocidad polea =2759 ft/min

7.3 Comprobación diámetro exterior (de) de la polea motriz.

De los datos obtenidos se puede concluir que fue buena elección haber escogido el diámetro mínimo para la polea motriz de=7.1 pulg, ya que el valor obtenido por medio del software maximizer es superior al valor recomendado por el fabricante, para el diámetro exterior de la polea motriz.

7.4 Comprobación de la entre centros.

La entre centros debe estar en el siguiente intervalo. Se puede observar que el resultado obtenido mediante el software maximizer C=17.08pulg, se encuentra en este intervalo.

Dimensiones de la banda

De acuerdo a los resultados arrojados por el software maximizer se muestra a continuación el perfil de la banda, con sus respectivas dimensiones.

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Ilustración 13.Dimensiones de la banda.

Cálculo de diámetros de los ejes

9.1 Para la polea motriz.

De un catálogo de motores comerciales y sabiendo que la potencia del motor para nuestro caso de diseño era P=27.83 HP, comercialmente se puede conseguir un motor con una potencia próxima a este valor, en este caso se escogió un motor con una potencia P=28Hp.

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Ilustración 14.Tabla selección catálogo motores.

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Ilustración 15.Tabla dimensiones catálogo motores

Según la ilustración 15, el diámetro del eje de la polea motriz debe ser de:

Cálculo de las dimensiones de las poleas

10.1Cálculo dimensiones polea motriz.

A continuación se presentan las dimensiones de la polea motriz, proporcionadas por el programa maximizer, por consiguiente en los anexos se detallara el plano de taller de la polea motriz con todas sus dimensiones y tolerancias, ya que el montaje que se presenta en la siguiente figura proporcionada por el fabricante Goodyear, posee un cojinete el cual esta acoplado a la polea, en nuestro diseño se implementara en cambio un acople con chaveta.

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Ilustración 16.Polea motriz

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Ilustración 17. Dimensiones polea motriz.

De la ilustración 17 tenemos que:

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Por consiguiente de la ilustración 7, dimensiones del fabricante para un diámetro exterior menor a 9.99 in obtenemos:

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10.2 Cálculo dimensiones de la polea inducida.

Para la polea inducida las dimensiones obtenidas en el software maximizer son los que se muestran a continuación.

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Ilustración 18 Polea inducida.

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Ilustración 19.Dimensiones polea inducida.

De la ilustración 19 tenemos que:

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Por consiguiente de la ilustración 7, dimensiones del fabricante para un diámetro exterior menor a 9.99 in obtenemos:

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Distribución del juego de poleas

A continuación se muestran los datos necesarios para realizar un montaje óptimo del sistema de transmisión por banda, los resultados son obtenidos por medio del software maximizer.

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Ilustración 20.Distribución del juego de poleas.

Cálculo dimensiones chavetero

Con ayuda del software Mdesing y un catálogo comercial de motores se presentan a continuación los cálculos referentes a las dimensiones de las chavetas y chaveteros para cada una de las poleas inducida y motriz.

11.1 Cálculo dimensiones chavetero para polea motriz.

Tomando un catálogo comercial de motores, se obtuvieron las siguientes dimensiones correspondientes a la chaveta y chavetero del eje que esta acoplado a la polea motriz. Según la ilustración 15, las dimensiones de la chaveta y chavetero se muestran a continuación.

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Ilustración 21.Dimensiones chaveta del eje polea motriz.

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Ilustración 22.Dimensiones eje y chavetero polea motriz.

11.2 Cálculo dimensiones chavetero para polea inducida.

En base a las dimensiones calculadas anteriormente para el eje de la polea inducida y los siguientes datos, haciendo uso del software Mdesing, se obtuvieron los siguientes resultados para las dimensiones del chavetero.

  • Potencia eje=26.44Hp

  • Revoluciones eje =753Rpm

  • Diámetro del eje=2.0pulg

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Ilustración 23.Resultados chavetero polea inducida.

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Ilustración 24.Dimensiones de la chaveta.

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Ilustración 25.Dimensiones del chavetero.

Ilustración 26.Plano polea inducida.

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Ilustración 27.Plano polea motriz.

Conclusiones

  • Es de vital importancia comprender el funcionamiento de una transmisión por banda, ya que son elementos de maquinaria que tienen diversas aplicaciones en la industria, Se adquirió experiencia al notar el proceso de diseño debe ser minucioso porque contiene innumerables variables y múltiples soluciones, de las cuales unas son más satisfactorias que otras y por tanto nuestro trabajo como ingenieros consiste en optimizar los resultados, obteniendo con esto la mejor relación entre utilidades y costo, incrementando así la eficiencia de los procesos en la industria.

  • El sistema de transmisión por banda que ha sido diseñado cumple satisfactoriamente con las requisitos impuestos anteriormente, para poder generar movimiento a una mezcladora de cemento y un molino de bolas; Aunque este diseño que se presenta solo es una de las componentes de todo el sistema de transmisión, en el cual están incluidos, engranajes rectos, helicoidales y cadenas; también se diseñaran estos componentes de la transmisión en trabajos posteriores.

  • Es importante recalcar, que la utilización del software maximizer, proporcionado por el fabricante Goodyear, fue de gran ayuda en los cálculos que se llevaron a cabo en este diseño, ya que permite agilizar el proceso de diseño de manera eficiente.

Bibliografía

  • Budynas, Richard G. Nisbett, J. Keith. "Diseño En Ingeniería Mecánica De Shigley". Octava Edición. Mc Graw Hill. Santa Fe de Bogotá. 2008

  • Software Good Year Transmition Power: MAXIMIZER

  • Software MDesign

  • Software Solid Edge V17

  • Software Inventor profesional V10

 

 

Autor:

Edwin Andrés Correa Quintana

edwincorreaquintana[arroba]gmail.com

UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA

FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA

MEDELLÍN

2010


Artículo original: Monografías.com

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