Instituto Tecnológico de Chihuahua
Diseño mecánico
Elevador de cangilones
Reporte final
Docente: Ing. Ricardo Sáenz Juárez
Alumno: Alejandro Velo Loya
Carrera: Ing. Electromecánica
Numero de control: 20061418
Clase: 3-4pm
Índice
Introducción…………………………………………………………………………..1
Desarrollo…………………………………………………………………………..….1
Datos iniciales………………………………………………………………………...1
Cálculos…………..……………………………………………..……………..………2
1.- Hp del motor………………………………………………..………………….……2
2.- Datos del reductor (tipo, modelo, tamaño, relación de velocidad)……….….…3
3.- Relación total del equipo……………………………………………..……...…….4
4.-Relación del reductor………………………………………..………………...……4
5.- Relación de bandas…………………………………………..…………………....5
6.-Tipo de bandas…………………………………………………………….……..…5
7.- Diámetro de polea motriz, número de ranuras...………………………..……….7
8.- Diámetro de polea conducida, número de ranuras……………….……..……...8
9.- Datos del buje motriz………………………………..……………………..………9
10.- Datos del buje conducido…………………………………………………….…11
11.- Diámetro de flecha y cuñero del motor……………………….…………..……12
12.- Diámetro de flecha de entrada y cuñero del reductor……………..…………13
13.- Cálculos de la flecha…………………………………..……………..…………14
Dibujos acotados de piezas grandes……….……………...….………………...17
Figuras en isométrico de piezas grandes……….……………………………...25
BOM total………………..………………………………………….………………...37
Conclusiones………………………………………………………………………..41
Fuentes de información……………………………………………………………41
Introducción
Este reporte será acerca del diseño total de un elevador de cangilones. En primer
lugar, se nos proporcionará datos iniciales donde a partir de ahí se harán cálculos
requeridos para determinar el tamaño de ciertos componentes. A la par de utilizar
manuales para piezas comerciales. En ciertos casos se tendrán que mandar a
fabricar piezas específicas, para esto se agregará un dibujo con cotas de dicha
pieza para que cualquier persona que tenga este reporte pueda fabricar el
elevador. Además, se mostrarán los isométricos de las piezas más grandes y
esenciales. En la parte final del reporte se encontrará la lista de materiales o
BOM que es de los elementos más importantes en el diseño de maquinaria
grande. Se sabe que en la industria se necesita la transportación de materiales
a granel y es una tarea compleja, debido a esto se suelen utilizar este tipo de
elevadores para realizar la tarea de manera más sencilla. Pero se deben de
diseñar de buena manera tomando en cuenta todos los riesgos que se puede
tener. En términos generales este reporte contiene todo lo necesario para
ensamblar uno completo, con los datos iniciales dados respectivamente.
Desarrollo
Datos iniciales
Factor de servicio mínimo Fs
4
Densidad del material en kg/m3
1200 𝐦𝟑
Velocidad m/min
𝐤𝐠
𝟏𝟎𝟎
𝐦
𝐦𝐢𝐧
Diámetro del tambor
100 cm
Separación entre cangilones
30 cm
Ancho de cangilón r
16 cm
Alto del cangilón
16 cm
Largo del cangilón L
40 cm
Bote x cada metro
3.33
Longitud entre centros de los cangilones
3m
RPM del motor (estándar)
1750 rpm
1
Cálculos
1.- Hp del motor
Para obtener la potencia necesaria del motor primero se tienen que sacar los
siguientes datos:
-Volumen del bote =
𝜋𝑟2
𝜋(0.16𝑚)2
𝐿=
4
4
(0.4𝑚) = 8.04x10−3𝑚3
-Peso del material = Volumen x Densidad
kg
= (8.04x10−3 𝑚3) (1200 m3 ) = 9.6509 kg
-Flujo masico = Velocidad x Bote por cada metro x Peso
m
Bote
kg
= (100 min) (3.33 m ) (9.6509 kg) = 3216.99 min
-Fuerza por el peso del material = Bote por cada metro x Longitud entre centros
x Peso del material
Bote
= (3.33 m ) (3 m) (9.6509 kg) = 96.50 kg
m
kg−m
-Potencia = (96.50 kg) (100 min) = 9650.97 min
-Conversión a Hp
kg−m
1Hp = 4566 min
kg−m
kg−m
W = (9650.97 min ) ÷ (4566 min ) = 2.113 Hp
Esa potencia se multiplica por el factor de servicio y nos daría la potencia del
motor.
W = (2.113Hp) (4) = 8.45 Hp
Consultando los valores comerciales de los motores a 1750 rpm, se llega a la
conclusión de que se debe utilizar un motor de 10Hp.
2
2.- Datos del reductor (tipo, modelo, tamaño, relación de velocidad)
Para poder seleccionar un reductor se necesita calcular la velocidad final.
nf = Velocidad ÷ (𝜋 * Diametro del tambor)
m
nf = (100 min ) ÷ (𝜋 * 1m)
nf = 31.83 rpm
Como ya se conoce la velocidad final del reductor y la velocidad nominal del
motor se puede calcular la relación total del sistema:
RT = 1750rpm ÷31.83 rpm = 54.97
Ya que tenemos identificado el tipo de motor nos vamos al catálogo de Falk
(página 11) para reductores. Teniendo un motor de 10Hp, clase ll (ya que se
piensa usar por más de 10hrs) con una velocidad final de 31.83 rpm se observa
lo siguiente:
3
Se elige un reductor tipo 5215J_25, debido a que el 25 se acerca más a la
relación total del sistema. Por lo tanto, esa será su relación de velocidad.
Conociendo el tipo de reductor, se busca en la tabla de la página 29, sus
principales características.
En esa misma página se indica las dimensiones del reductor.
3.- Relación total del equipo
La relación total del sistema se determinó previamente y dio un valor de 54.97
4.-Relación del reductor
Al haber elegido un reductor 5215J_25 su relación total será 25.
4
5.- Relación de bandas
Para determinar la relación de bandas se necesita conocer la relación del
reductor real, así que se utilizará el dato que viene en la tabla del reductor. La
cual es 24.94. Para conocer la relación de bandas se divide la relación total del
sistema entre la del reductor.
Rb = 54.97 ÷ 24.94 = 2.20
6.-Tipo de bandas
Para determinar qué tipo de bandas se van a utilizar se hará lo siguiente:
a) Ir a la página 328 del manual de Dodge para sacar el factor de servicio.
b) Al obtener este factor, multiplicarlo por los Hp del motor.
1.3 * 10Hp = 13
Dicho valor nos sirve para determinar qué tipo de banda es.
5
c) Con el valor previamente calculado, utilizar la gráfica de la página 327
para determinar qué tipo de banda es.
Al comparar los 1750 rpm del motor con nuestro factor se llega a la conclusión
de que es una banda tipo A.
d) Ahora se busca en la tabla de bandas A, con una Rb de 2.20 (previamente
calculado). En página 335.
La tabla nos dice que la Hp por banda es 5.63, así que para determinar
cuántas bandas vamos a usar, dividimos la potencia del motor entre los
Hp por banda.
6
10Hp ÷ 5.63 = 1.77 ≈ 2
Por lo tanto, se usarán 2 bandas tipo A.
Al modelar y ensamblar las piezas, se mide la distancia entre centros del
motor y del reductor y se llegó a la conclusión de que se necesitan bandas
tipo A75.
7.- Diámetro de polea motriz, número de ranuras
Para poder elegir la polea tenemos que buscar en el manual de Dodge, cual es
el diámetro mínimo recomendado según la velocidad nominal y la potencia del
motor. Así que usamos la tabla de la página 328.
Se puede observar que la polea debe tener un diámetro mínimo de 3.8 pulgadas.
Ahora, volvemos a usar la tabla de la página 335 para obtener los diámetros de
la polea motriz y la conducida.
7
Al observar que estas dimensiones cumplen el diámetro mínimo permitido, se
usará una polea motriz de 4.6 pulgadas de diámetro y una polea conducida
de 10.6 pulgadas, ambas de 2 ranuras (ya que estamos usando 2 bandas).
Ya al conocer el diámetro de la polea, se pueden observar sus dimensiones en
la página 372.
8.- Diámetro de polea conducida, número de ranuras
Como se pudo observar en el punto anterior, se llegó a la conclusión de que se
usara una polea conducida de 10.6 pulgadas con 2 ranuras.
8
9.- Datos del buje motriz
Para poder conocer las características del buje motriz que se va a seleccionar
primero tenemos que ir a la página 11 del catálogo de Siemens para conocer
qué tipo de armazón se usa.
Al conocer que el armazón es un 215T, se busca en este mismo catalogó cual
es el diámetro mínimo que debe tener el buje (página 44).
9
En la tabla se puede observar que el diámetro mínimo del buje debe de ser de
3
1.375 pulgadas (18 ).
Al conocer este valor, se va a determinar qué tipo de buje es más adecuado
(manual de Dodge pagina 198).
Aquí tenemos 2 opciones, elegir uno de 1.6 o uno de 2.0 pulgadas. Lo que
interviene en esta decisión es que el cuñero puede romper buje dependiendo de
sus dimensiones.
10
Al modelar y analizar sus dimensiones se llega a la conclusión de que se usará
un buje cónico 2012.
10.- Datos del buje conducido
Para determinar qué tipo de buje se debe utilizar, se tiene que tomar en cuenta
el diámetro de la flecha de entrada del reductor seleccionado, el cual es el 5215
(Catalogo Falk página 29).
En este dibujo del buje se pueden observar distintos datos, el diámetro de la
flecha de entrada y su cuña. El diámetro de la flecha es de 1.875 pulgadas, por
lo tanto, se debe elegir un buje que tenga un diámetro mínimo de 1.875.
Al analizar las dimensiones y tomar en cuenta los riesgos de ruptura se tomó la
decisión de elegir un buje cónico 2517.
11
11.- Diámetro de flecha y cuñero del motor
El diámetro de la flecha y el cuñero de motor lo encontramos en el catálogo de
Siemens (página 44).
Diámetro de flecha: 1.375 pulgadas.
Cuñero del motor: 0.174 x 0.312 x 2.44 pulgadas.
12
12.- Diámetro de flecha de entrada y cuñero del reductor
Para obtener el diámetro de flecha de entrada y su cuñero, tenemos que ir a las
dimensiones del reductor seleccionado.
Analizando estos datos se llega a la siguiente conclusión:
Diámetro de flecha de entrada: 1.875 pulgadas.
Cuñero del reductor: 3/4 x 3/8 x 3-1/2.
13
13.- Cálculos de la flecha
Para determinar las medidas de la flecha se deben de tomar en cuenta los
siguientes datos:
Diámetro de flecha hueca del reductor 2 15/16”
Largo total de la flecha (tomando en 105 cm
cuenta
separación
de
todos los
componentes)
Peso del tambor
511 kg
Peso del reductor
120 kg
Hp del motor
10
Peso del motor
90kg
Peso de la base
10kg
Primero sacamos las fuerzas que intervendrán en cada punto.
Wt = Wr + Wm + Wb = 220
100
Nf = 𝜋(100) = 32
T=
71 600 𝐻𝑝
F=
𝑟𝑝𝑚
=
71 600 (10)
32
22375 𝑘𝑔−𝑐𝑚
F1 =
𝑟
𝑊𝑡+𝐹
2
=
=
= 22375 𝑘𝑔 − 𝑐𝑚
22375 𝑘𝑔−𝑐𝑚
50𝑐𝑚
511+447.5
2
= 447.5 𝑘𝑔
= 494.25 kg
14
Ahora, se puede observar que las fuerzas que nos faltan son en los puntos B y
E, por lo tanto, para sacar Re se harán sumatoria de momentos y enseguida se
harán sumatorias de fuerzas en eje Y para Rb.
Sumatoria de momentos en B
0 = 495(10) + 495(60) – Re (70) – 220(22)
Re = 425.85
Sumatoria de fuerzas en Y
0 = -220 + Rb – 495 – 495 + 425.85
Rb = 784.15
Al obtener estos resultados, con ayuda de un diagrama de cortantes, se obtuvo
el valor del punto crítico en la chumacera.
M = 4840
Posteriormente se utiliza la siguiente fórmula para conocer el diámetro mínimo
según un factor de seguridad.
15
Utilizando un FS = 6 se determina lo siguiente:
16 (6)
dB = (𝜋(3600) (4(4840)2 + 3(22375)2 ))^1/2 )^1/3
db = 6.97
Por lo tanto, teniendo en cuenta que el diámetro mínimo debe ser de 69 mm, por
métodos prácticos, teniendo en cuenta todos los componentes, se eligió utilizar
un diámetro de 80mm.
Ya al obtener este valor, se puede empezar el modelo de la pieza, donde los
demás datos ya los obtuvimos según piezas previamente diseñadas. Las
especificaciones de la flecha se pueden observar en el dibujo 6.
16
Dibujos acotados de piezas grandes
En este apartado se mostrarán los dibujos de las piezas fabricadas
específicamente para este proyecto. Se mostrará el nombre de la pieza, que
numero de dibujo es y sus unidades. En la lista de materiales adjunta más
adelante, se especifica el número de dibujo respectivo de cada pieza (si es que
lo requiere)
17
18
19
20
21
22
23
24
Figuras en isométrico de piezas grandes
A continuación, se presentarán las principales piezas en isométrico, donde se
pondrá el ensamble de un componente grande (si es que lo tiene) y sus
principales piezas con su nombre comercial. En caso de que alguna pieza se
haya mandado a fabricar, se señalará en que dibujo se encuentra del subtema
anterior “Dibujos acotados de piezas grandes”. La tornillería vendrá especificada
en el BOM.
1. ELEVADOR COMPLETO
25
2. ESTRUCTURA
a) Estructura PTR 2 pulgadas, ver dibujo 13.
3. ENSAMBLE BANDA PLANA
26
a) Banda plana 3/8, 18 pulgadas de ancho, ver dibujo 14.
b) Cangilón, lamina calibre 10, ver dibujo 15.
27
4. ENSAMBLE
DE
TAMBOR
PRINCIPAL
Y
SUS
PRINCIPALES
COMPONENTES
a) Tambor de 42 pulgadas diámetro exterior, (tubo 42”, cedula 40), ver dibujo
5.
28
b) Buje XTB50, marca DODGE, con agujero de 182 mm, cuñero 1X1/2
c) Flecha CRS 1020, ver dibujo 6
d) Ensamble de chumaceras de piso SNL518, con rodamiento 2218k y con
buje cónico H318.
29
5. GUARDABANDAS
a) Ver dibujo 16.
6. ENSAMBLE DE REDUCTOR CON MOTOR
30
a) Reductor de velocidad, montado en flecha. Modelo 5215J25, marca Falk.
(piezas incluidas: Base tensor, barra tensora y soporte de tensor).
Base tensor.
Barra tensora.
31
Soporte de tensor.
b) Guía para base de motor derecha e izquierda, ver dibujo 3 y 4.
c) Soporte de motor, ver dibujo 1
32
d) Motor eléctrico, 10 Hp,1750 rpm, 220/440 volts, trifásico
e) Placa de motor, ver dibujo 2
f) Ensamble polea conducida: Polea 10.6 pulgadas de diámetro de paso, 2
ranuras tamaño A y Buje cónico 2517, marca Dodge, agujero 1 7/8” de
diámetro, cuñero 3/8.
33
g) Ensamble polea motriz: Polea 4.6 diámetro de paso, 2 ranuras tamaño A
y Buje cónico 2012, marca Dodge, agujero 1 3/8” de diámetro, cuñero
5/16.
h) Banda A75
7. ENSAMBLE TAMBOR DE RETORNO
34
a) Tambor de retorno: Tambor de 42 pulgadas diámetro exterior, (tubo 42”,
cedula 40), ver dibujo 5.
b) Buje XTB50, marca DODGE, con agujero de 182 mm, cuñero 1X1/2.
c) Flecha de retorno: flecha CRS 1020, 3 1/8 x 110cm, ver dibujo 7.
35
8. ENSAMBLE CHUMACERA TENSORA UCT 216 MARCA SKF.
a) Chumacera de retorno UCT 216, marca Falk, con barra roscada, cilindro
tope y perno, ver dibujos 11 y 12.
9. GUIA PARA CHUMACERA TENSORA.
a) Guía para chumacera de retorno, ver dibujo 8.
10. SEPARADOR PARA CHUMACERA TENSORA.
a) Ver dibujo 9.
36
BOM total
DESCRIPCION
CANTIDAD
REDUCTOR Y MOTOR
1
Reductor de velocidad,
1 pieza
montado en flecha.
Modelo 5215J25, marca
Falk
2
Motor eléctrico, 10 Hp,
1 pieza
1750 rpm, 220/440 volts,
trifásico
3
Polea 4.6 diámetro de
1 pieza
paso, 2 ranuras tamaño
A
4
Polea 10.6 pulgadas de
1 pieza
diámetro de paso, 2
ranuras tamaño A
5
Buje cónico 2012, marca 1 piezas
Dodge, agujero 1 3/8” de
diámetro, cuñero 5/16
6
Buje cónico 2517, marca 1 pieza
Dodge, agujero 1 7/8” de
diámetro, cuñero 3/8
7
Bandas A75
2 piezas
8
Soporte de motor, ver
1 pieza
dibujo 1
9
Placa de motor, ver
1 pieza
dibujo 2
10
Guía para base de
1 pieza
motor derecha, ver
dibujo 3
37
11
Guía para base de
1 pieza
motor izquierda, ver
dibujo 4
12
Opresores 7/16x7/8
4 piezas
13
Cuña 5/16 x5/16 x 2.44,
1 pieza
CRS1020
14
Cuña 3/8 x3/8 x 3.5,
1 pieza
CRS1020
15
Tornillo maquina 3/4x4
4 piezas
16
Tornillos maquina 3/8 x
4 piezas
1 ½, con tuercas y
arandelas
17
Tornillos 3/8 x 1, con
4 piezas
tuercas y arandelas
18
Tornillos ½ x 1 ½, con
4 piezas
tuercas y arandelas
19
Tuercas 3/4
12 piezas
TAMBOR DE CABEZA
20
Tambor 42´´ diámetro,
1 pieza
50cm longitud, ver
dibujo 5
21
Buje cónico XTB50,
2 piezas
marca Dodge, agujero a
3 1/8, cuñero 1x1/2
22
Flecha CRS1020, 3 1/8
1 pieza
x 115cm, ver dibujo 6
23
Chumacera de piso,
2 piezas
carcaza SNL518,
rodamiento 2218K, buje
cónico H318
24
Tornillos 3/4x3
8
38
TAMBOR DE
RETORNO
25
Tambor 42´´ diámetro,
1 pieza
50cm longitud, ver
dibujo 5
26
Buje cónico XTB50,
2 piezas
marca Dodge, agujero a
3 1/8, cuñero 1x1/2
Flecha CRS1020, 3 1/8
27
x 110cm, ver dibujo 7
28
Chumacera de retorno
1 pieza
2 piezas
UCT 216, marca Falk
29
Guía para chumacera de 2 piezas
retorno, ver dibujo 8
30
Separador para guía
2 piezas
chumacera de retorno
ver dibujo 9
31
Barra roscada, ver
2 piezas
dibujo 10
32
Cilindro tope para barra
2 piezas
roscada, ver dibujo 11
33
Perno para tope, ver
2 piezas
dibujo 12
34
Tornillos 1/2x3, con
8
tuercas y arandelas
35
Tornillos 3/4x3
8
ELEVADOR
36
Estructura PTR 2
1 pieza
pulgadas, ver dibujo 13
39
37
Banda plana 3/8, 18
1 pieza
pulgadas de ancho, ver
dibujo 14
38
Cangilón, lamina calibre
30 piezas
10, ver dibujo 15
39
Tornillos para elevador
90 piezas
de cangilones,
40
Grapa para unión de
1
banda de 3/8 de espesor
41
Tornillos 1/2x1
2
42
Guarda para bandas,
1 pieza
ver dibujo 16
43
Tornillos de 1/4x1
2
40
Conclusiones
Al haber dado por finalizado el diseño del proyecto, uno mismo se da cuenta de
que no es necesariamente complejo el proceso, sino es tedioso y es estar
analizando constantemente pieza por pieza. Sin embargo, es un proceso de
mucho aprendizaje donde se puede observar las razones de la forma en la que
se crea un diseño. Esto va de la mano con la función y el objetivo de la
maquinaria. De igual manera se pueden apreciar piezas dentro del diseño que a
lo largo de los años se siguen utilizando debido a que su funcionamiento es muy
bueno, por ejemplo, los rodamientos. Este trabajo es muy útil para nosotros, los
futuros ingenieros, si es que nos interesa dedicarnos a un área de diseño. De
igual forma al tener en cuenta todo lo involucrado en el proceso, es evidente
porque es bien pagada esta área. Para concluir, el diseño del elevador de
cangilones fue un éxito y a pesar de las adversidades se pudo llegar a un
resultado favorable, y se pudo observar que hay muchos caminos a seguir para
llegar a un resultado final, no hay diseños malos, simplemente hay unos mejores
que otros.
Fuentes de información
-Company, R. E. (1987). Dodge Engineering Catalog.
-Falk. (2023). Falk Quadrive Shaft-Mounted Drives.
-SIEMENS. (2013). Cátalogo de motores 2013.
41