Facultad de Ingeniera UNAMDiseo de Elementos de Mquinas1

UNAM Facultad De Ingeniera

Equipo: TA-DEM20161

Integrantes:Fras Rodrguez Cesar AlfonsoMaravillas Mora ErickMares Marn GuillermoPrez Sierra Said UlisesVega Hernndez Eduardo

Profesor:Dr. Alejandro Ramirez Reivich

Grupo: 1

Asignatura:Diseo de Elementos de Mquinas

Fecha De Entrega:7/Septiembre/2015Diseo de Elementos de Mquinas.Primera Iteracin

Objetivo.Desarrollar el prototipo de una mquina tortilladora manual mediante iteraciones que permitan retroalimentar el avance adquirido previamente.

Proceso de diseo.1.- Reconocimiento de la necesidad.2.- Definicin del problema.3.-Sntesis/Anlisis de optimizacin.4.-Evaluacin.5.-Presentacin.

Reconocimiento de la necesidad.Lograr una manera ms fcil de hacer tortillas para locales de comida de la gama media y alta para aumentar produccin, ganancias y reducir tiempo y esfuerzo humano.

Definicin del problema.Por medio del rediseo de mquinas de tortillas buscar con base en ejes, ejes flexibles, engranajes, rodamientos y resortes una manera de hacer lo mismo que la mquina original motorizada pero de manera manual, que sea adaptable y con menor mantenimiento.

Sntesis y anlisis de optimizacin.Conociendo el objetivo principal, la necesidad que hay y el problema en especfico se pueden empezar a tener ideas claras respecto a la propuesta de soluciones claras.

Identificacin de las partes.Para poder hacer el rediseo de la mquina primero se tienen que entender las partes que tenemos a nuestra disposicin.

Funcionamiento.La mquina consta de dos rodillos que aplanan la masa, formando una lmina que se adhiere al rodillo delantero. En la parte inferior de este rodillo delantero se coloca un cortador, que al estar en contacto con el rodillo corta la masa formando la tortilla cruda. Ejes y flechas.

Para poder seleccionar entre un eje y una flecha, es necesario definir cada una de stas ya que la funcin es distinta. Una flecha es un elemento rotatorio, la mayora de las veces es de seccin transversal circular, se emplea principalmente para transmitir potencia o movimiento, constituye el eje de rotacin para elementos como engranes, poleas, manivelas, etc. Un eje es un elemento no giratorio que no transmite par de torsin, se utiliza para soportar ruedas rotatorias, poleas y elementos parecidos.[footnoteRef:1] [1: BUDYANAS Richard, et al. Diseo en Ingeniera Mecnica de Shigley, 8va Ed., Mc Graw Hill, 2008, pp 348 ]

Nuestra mquina tortilladora se basar en flechas, que se utilizarn en los rodillos aplanadores de masa (vase Fig. 1) y en el cortador.Fig. 1 Rodillo laminador

Material para fabricacin de ejes.

Se han realizado algunas consideraciones para su fabricacin, dentro de estas consideraciones podemos destacar las siguientes: Alta resistencia al impacto. Alta resistencia a la abrasin. Buenas propiedades de deslizamiento. Absorcin de agua nula.

Dadas estas consideraciones, se proponen algunos materiales, cabe aclarar que la mayor parte de los ejes y flechas es de acero inoxidable, para lo cual es conveniente realizar un estudio ms exacto para el diseo de estos elementos adems se debe de considerar el costo y procesamiento del material con relacin a la necesidad a satisfacer. Existen ms opciones para la realizacin de estos elementos, de las cuales hemos seleccionadas las siguientes: Aluminio Plsticos para la industria alimentaria (Polietileno UHMW PE-1000,HMW PE-500)

Dimetro de rodillos laminadores y cortador.

Estos rodillos son un elemento principal dentro de nuestra tortilladora, es necesario conocer unas medidas aproximadas para hacer consideraciones de diseos de engranes. El dimetro del cortador se calcula con la ecuacin:

Dnde:

D = dimetro del cortador.P = permetro del rodillo laminador.

Para calcular el dimetro del cortador se considera que por cada revolucin del rodillo, deben formarse una tortilla. Por lo tanto, el permetro del rodillo cortador se obtiene con la ecuacin:

Dnde:

dtortilla = dimetro de la tortilla[cm].

Por lo tanto:

Este dimetro ser duplicado para los rodillos laminadores ya que al tener rodillos de laminacin de gran dimetro, la reduccin de la masa es suave y requiere menor fuerza mecnica, lo cual permite un mejor tratamiento de la masa. Al tener rodillos de menor dimetro, estos hacen que la masa se frene y no permita un ptimo laminado en trminos de elasticidad y uniformidad, adems de daar la masa, produciendo una masa no uniforme ni continua. Con base en esto, se har un anlisis para la seleccin de componentes, es decir, se calcular la potencia necesaria para poder realizar el laminado, adems del clculo de los parmetros para la creacin de los engranes, esto se realizar en la segunda iteracin.

Engranes.

Existen distintos tipos de engranes, los cuales tienen una geometra y relaciones cinemticas distintas, estos tipos de engranes se dividen en rectos, helicoidales y cnicos[footnoteRef:2]. [2: L. NORTON, Robert, Diseo de Maquinaria,4ta Ed., Mc Graw Hill, 2009,pp. 426-427 ]

Los engranes rectos (vase Fig. 2) son engranes en los cuales los dientes son paralelos al eje de simetra del engranaje. Es la forma de engrane ms simple y menos costosa. Los engranes helicoidales (vase Fig. 2) son engranes en los cuales los dientes forman un ngulo helicoidal con respecto al eje del engrane. stos son ms costosos que los rectos, pero ofrecen algunas ventajas. Son ms silenciosos que los rectos, debido al contacto ms uniforme y gradual entre sus superficies anguladas a medida que los dientes se engranan. Los engranes cnicos, presentan dientes formados en superficies cnicas, se emplean sobre todo para transmitir movimiento entre ejes que se intersecan. a)b)c)

Fig. 2 a) Engranes rectos, b) Engranes helicoidales, c) Engranes cnicos

En nuestra tortilladora, los engranes sern usados como transmisores de la fuerza que se aplicar en una manivela para lograr mover los rodillos aplanadores y el cortador con un solo movimiento. Los engranes que se utilizarn son cilndricos rectos, esto se debe a que solamente los utilizaremos para transmisin de fuerza, el ruido no es un factor importante y debido al bajo costo de estos, creemos que es la opcin ms viable para nuestro diseo. Se utilizar un dimetro primitivo de 2[in] y la relacin de velocidades ser 1:1.

Elementos mecnicos flexibles

Estos elementos como lo son las bandas, cables, cadenas, etc., se emplean en sistemas de transporte y para transmitir potencia a distancias comparativamente largas. Para seleccionar una banda se deben de tener varias consideraciones, por ejemplo, la existencia de un cierto deslizamiento y fluencia provoca que la velocidad angular no sea constante, por otra parte, en ocasiones se requiere de una polea gua o tensor para evitar ajustes en la distancia entre centros. Existen cuatro tipos principales de bandas, las cuales se muestran en la siguiente tabla:a)

Tabla obtenida de: BUDYANAS Richard, et al. Diseo en Ingeniera Mecnica de Shigley, 8va Ed., Mc Graw Hill, 2008, pp 860

En nuestro diseo, se usar este elemento en la banda transportadora donde caer la tortilla despus del paso por los rodillos aplanadores y cortador. Dentro de nuestras consideraciones hemos decidido por tres materiales para la fabricacin de esta banda: Bandas de TPO (Cleanline): Estas bandas se usan industrialmente en la seccin de alimentos debido a la eliminacin de bacterias. Bandas transportadoras de PTFE (Tefln): Se consideran este tipo de bandas por la fcil manufacturacin. Reja de metal: Son de las ms comunes, son utilizadas generalmente en cualquier establecimiento de tortillas.Resortes

Son elementos mecnicos que pueden recuperar su estado inicial una vez que ha cesado la deformacin a la que han estado sometidos. Como consecuencia de esta deformacin, los resortes ejercen una fuerza o un momento de recuperacin que se puede considerar en la mayora de los casos proporcional al desplazamiento lineal o angular aplicado sobre l. Existen distintos tipos de resortes, para nuestras necesidades, los resortes helicoidales son los ptimos, de estos se pueden identificar tres tipos:

Los resortes de traccin: se caracterizan por ser de bobina o espira cerrada, destinados a soportar esfuerzos de traccin cuando son sometidos a la accin de fuerzas opuestas que lo atraen, pueden usarse multitud de configuraciones y longitud del gancho, donde las vueltas unidas suministran la tensin inicial en el resorte para ayudar a manipular la carga y la velocidad. Sus aplicaciones varan desde pequeos equipos mdicos hasta resortes de frenos para maquinaria pesada o automotores. Los resortes compresin: destinados a soportar esfuerzos de compresin y choque, propiedad esta que les permite disminuir su volumen cuando se aumenta la presin ejercida sobre ellos, convirtindose en los dispositivos de almacenamiento de energa disponibles ms eficientes; representan la configuracin ms comn utilizados en el mercado actual. Su fabricacin se realiza a partir de alambre redondo, y sus formas pueden ser: cilndrica, de barril cnico, convexo y otros tipos de perfil. Los resortes de torsin: Sus espiras son por lo general cerradas, estn destinados a soportar esfuerzos laterales o deformacin helicoidal cuando se le aplica un par de fuerzas paralelas de igual magnitud y sentido contrario, ofrecen resistencia a la aplicacin de torque externo. Los resortes de torsin de tipo especial incluyen los de doble torsin y los que tienen un espacio entre las vueltas para minimizar la friccin

En nuestra tortilladora el resorte ser implementado en un mecanismo de seguridad el cual impedir que la maquina pueda usarse a menos que se libere el seguro. Este sistema de seguridad est formado por un botn el cual mediante un resorte activa el mecanismo de la figura 3. En este mecanismo el tipo de resorte que implementaremos ser uno helicoidal de compresin (vase figura 4).

Cuando el botn es presionado el mecanismo queda posicionado de tal manera que no permite giro alguno del engrane principal y por tanto de toda la mquina.Fig. 3 Resorte helicoidal de compresin.Fig. X Mecanismo de seguridad.

Al ser presionado de nuevo y gracias al resorte el mecanismo se libera y con ello la maquina puede operar de nuevo sin problema alguno. Fig. 4 Mecanismo de seguridad.

Para seleccionar el material de construccin del resorte debemos tener en cuenta que: El resorte no estar trabajando en un medio corrosivo por lo que no se requiere de su fabricacin de acero inoxidable. La carga a la que estar sometida es constante. Ser un resorte pequeo.

Por lo anterior, tentativamente el material a utilizar ser alambre estirado en fro, ya que cumple con las caractersticas requeridas.

Rodamientos

Los rodamientos son en donde se apoyarn los ejes que sostendrn a los rodillos y al cortador. Para el diseo que proponemos, utilizaremos de dos tipos: cojinete de bolas (aunque las opciones de rodillos y de agujas no estn descartadas) y de deslizamiento. Los primeros los utilizaremos en los ejes que tienen a los rodillos, ya que estos permanecern fijos a la mquina.

a) b) c)

Fig 5. a) Cojinete de bolas, b) Cojinete de rodillos, c) Cojinete de agujasImgenes obtenidas de: L. NORTON, Robert, Diseo de Maquinaria,4ta Ed., Mc Graw Hill, 2009,pp. 62

Estos rodamientos tienen diversas ventajas, ya que son de alta precisin, tienen un bajo par de torsin y baja vibracin, adems de que hay una gran variedad y necesitan poco mantenimiento. Estos no sern diseados, sern elegidos de los modelos comerciales que ya existen. Sus elementos rodantes proporcionan operacin a baja friccin y un buen control dimensional. Para el rodamiento del cortador, utilizaremos un cojinete deslizante, ya que se podrn usar muchos cortadores intercambiables, por lo que este cojinete no ser fijo. Este rodamiento tendr muchas desventajas en comparacin con los anteriormente mencionados, por lo que tendr que tener una buena lubricacin para evitar que se desgaste, tanto el eje como el cojineteResultadosLos resultados pese a que no fueron concluyentes debido a que es la primera iteracin dieron cuerpo al trabajo y encaminaron la idea principal que es el desarrollo de un rediseo de la tortilla dora. En esta iteracin tuvo como resultado la generacin de las medidas aproximadas del primer prototipo que se implementara, ser de un tamao mediano lo suficiente como para darle comodidad al usuario y ayudar a la ergonoma en el modelo. Se logr escoger el tipo de elementos mecnicos que se ocuparan y se argument el por qu se escogieron lo cual nos abre el panorama para empezar a aterrizar an ms las cosas. Se defini un rango claro acerca de los materiales y el por qu se escogieron, por cada pieza importante se tienen aproximadamente dos opciones de materiales de los cuales se escoger el que nos beneficie en la cuestin econmica o el que se ajuste mejor al diseo real. De la maquina en general los resultados son: El cortador tendr aproximadamente 2 [in] de dimetro sujeto a disponibilidad en catalogo o facilidad de manufacturacin los materiales previstos para este elemento son acero inoxidable o plstico especializado en la industria alimenticia, todo esto considerando parmetros como uso, cantidad de humedad que le puede llegar a afectar, duracin, etc. Los rodillos laminadores se harn aproximadamente de 4 [in] de dimetro para asegurar una laminacin de la masa adecuada debido a que entre ms grande sea el dimetro del rodillo la masa se podr manejar con mayor facilidad. Al igual que con el cortador los posibles materiales para hacerlos son acero inoxidable y plstico para la industria alimenticia por las mismas razones del punto del cortador. Los engranes sern rectos con un radio primitivo de 2 [in] con una relacin de velocidad 1:1, fueron escogidos de esta manera debido a que en el mbito donde se usa esta mquina no es un factor importante el ruido y este se ver an ms mormado debido a que no hay grandes velocidades en la operacin de la mquina, los engranes sern escogidos de catlogo debido a la complejidad de manufactura, pero no se descarta que en alguna iteracin cercana puedan ser manufacturados en un material diferente al final para ver un aproximado a la maquina real. El resorte ser hecho con alambre estirado en frio debido a su reducido tamao y que siempre estar sometido a una carga constante como tampoco estar en contacto directo con la materia prima no necesita ser de acero inoxidable. Para los cojinetes se decidi escogerlos por catlogo para los laminadores se usaran cojinetes de bola (los de aguja y de rodillos cumplen con la misma funcin as que no sern descartados pero su posibilidad de utilizacin es baja debido a la cuestin econmica) y para el cortador se usara un cojinete deslizante debido a que no estar fijo (Se podr intercambiar el cortador).

Lecciones AprendidasEn esta iteracin se aprendi el funcionamiento de los cinco elementos principales del diseo mecnico que son: Las flechas, los resortes, los engranes, los rodamientos y los elementos mecnicos flexibles.

Se vieron sus aplicaciones y distintas versiones de cada uno de ellos al igual de ver como se relacionan unos con otros y como juntos producen diferentes efectos o pueden tener comportamientos equivalentes dependiendo de en qu configuracin sean usados por ejemplo un tren de engranes y un conjunto de engranes-banda.

En resumen de lo aprendido se pueden enunciar los elementos mecnicos de una manera sintetizada de la siguiente manera:

Flecha y eje: Elemento rotatorio que sirve para transmitir potencia o movimiento.Resorte: Un objeto elstico capaz de almacenar energa y desprenderse de ella sin sufrir deformacin permanente aparentemente.Engrane: Se denomina engranaje al mecanismo utilizado para transmitir potencia o movimiento de un componente a otro dentro de una mquina. Los engranajes estn formados por dos ruedas dentadas.Elementos mecnicos flexibles: Son elementos que se ocupan en sistemas de transporte y sirven para transmitir potencia o movimiento a distancias comparativamente ms largas que las que podra manejar un engrane.Rodamientos: Un elemento que sirve como apoyo a un eje y sobre el cual ste gira minimiza la friccin y ayuda a la generacin de movimiento.

Conclusin

En esta iteracin se tena el objetivo de definir el camino que tomara y el marco terico del proyecto se entendi de manera profunda los elementos mecnicos pero solo de una manera terica, la cuestin experimental y el desarrollo matemtico se har en iteraciones futuras.

Se logr esquematizar la maquina al principio de una manera burda (dibujos de aproximaciones a la maquina a la que queramos llegar como objetivo) para despus empezar a definir detalles ayudndonos de un software,

Este desarrollo y esquematizacin se propuso como solucin y rediseo de la maquina tortilla dora estndar y se empezara con un desarrollo mucho ms serio y encaminado a un objetivo palpable en la siguiente iteracin.

Como complemento se aprendi como los materiales juegan un papel importante en estos elementos debido a que no todos los materiales son aptos para cada tarea y escogerlos de una manera eficaz son lo que hace en conjuncin de estos elementos un desempeo eficaz en las mquina, por ejemplo no se va a utilizar un elemento muy suave algo que va a estar sometido a mucha fuerza debido a que se puede fracturar y eso podra dar como consecuencias accidentes, perdidas monetarias paro de mquinas o falla fatal de las mismas.Al igual que con los materiales la cuestin econmica forma parte medular de cualquier proyecto debido a que tal vez en teora tengas el desarrollo adecuado pero no sabes si eso va a encajar con la realidad debido a que siempre se debe de sacrificar algo, por ejemplo en nuestro diseo de manera terica se podra poner engranes cnicos o helicoidales debido a que son menos ruidosos y mucho ms precisos pero en la realidad sera muy difcil debido al factor mencionado [econmico] y a la manufacturacin de tales debido a que es muy difcil sin maquinaria especializada hacer estos engranes de una manera adecuada.