Diseño De Eje

Diseño de eje

1. Universidad de los Andes Escuela de Mecánica Dpto. Tecnología y DiseñoDiseño de Eje Molina Antonio
2. Enunciado del Problema de Diseño.Se desea diseñar un eje capaz de operar sin fallo en un remolque detirón de defensa de cama baja marca Monclova del cual conocemos lassiguientes especificaciones:Remolque Monclova:•Chasis electrosoldado de acero marca Cuni de 130 Kg.•Interioren madera de pino•Exterior en chapa de aluminio•Un sólo eje•Cauchos 185 – 60 – R14•Capacidad máxima de carga de 1500 Kg.•Largo: 3.05 m•Ancho: 1.52 m•Alto: 1.52 m
3. Dimensiones.Donde:f = 0.28mP = 0.645 mm = 2.025 mn = 2.670 mhl = 1.040 m
4. Cálculo del Peso del Remolque con Carga.Sabiendo que las densidades del aluminio y la madera de pino son: ρ aluminio = 2.8 Mg/m3 ρ madera pino = 0.47 Mg/m3Y que en la construcción convencional se utilizan placas de madera de 1.25 pulgadas con chapa de aluminio de 1/16 de pulgada tenemos: m armazón = 2 (3.05m x 1.52m x 0.032m x 0.47 Kg/m3) + 2 (3.05m x 1.52m x 0.0016m x 2.80 Kg/m3) + 2 (3.05m x 1.4528m x 0.032m x 0.47 Kg/m3) + 2 (3.05m x 1.4528m x 0.0016m x 2.80 Kg/m3) + 2 (1.4528m x 1.4528m x 0.032m x 0.47 Kg/m3) + 2 (1.4528m x 1.4528m x 0.0016m x2.80 Kg/m3)
5. Cálculo del Peso del Remolque con Carga.m armazón = 0.436 Mg = 436 Kgm tot = 1500 Kg + 436 Kg + 130 Kg = 2066 Kg•Tenemos entonces que:Ptot = 2066 Kg (9.81 m/s2) = 20267.46 N
6. Cálculo de la Aceleración del Remolque.Basados en prestaciones de camionetas pick-up estándar año 2008calculamos la desaceleración del remolque cuando es frenadorepentinamente:Vo = 130 Km/hVf = 0 Km/ht = 9seg130 Km/h = 36.11 m/sEntonces:a = 0m/s – 36.11 m/s = - 4.00 m/s2 9s
7. Determinación de las Cargas. ∑ Fx = - ψZl – Fl + Fx = -m.aDonde:1.) La fuerza por acción del freno de inercia (Fl )del remolque según Dwyer(1)es aproximadamente el 10%del peso del remolque cargado:Fl = 0.1 (20267.46 N) ≈ 2026.75 N2.) El término ψZl corresponde al efectode resistencia al rodado:Donde el coeficiente ψ paraelasfalto/caucho es de 0.064 yZl la normal al remolque queviene dada por:
8. Determinación de las Cargas. 6645.07 N/m Fy Zl 3.05 m∑ Fy = Zl + Fy – 3.05m (6645.07 N/m) = 0 (1)∑ M = 2.67m (Zl ) – 3.05m (6645.07 N/m) (2.025m) = 0 (2)Quedando:Fy= 4899.76 N y Zl=15371.39 NEntonces:ψZl = 0.064 (15371.39 N) = 983.77 NFinalmente:Fx = 2066 Kg (-4.00 m/s2) + 983.77 N + 2026.75 N = -5254 N
9. Determinación delas Cargas.Tenemos hasta el momento la influencia de dos fuerzas sobre las llantasdel remolque que luego serán transferidas al eje mismo, estas son:1.) Normal al Remolque: Que se reparte equitativamenteentre las 2 llantas quedando;Fn = 15371.39 N = 7685.695 N 22.) Fuerza de frenado: FI + ψZl que también se reparte entreambas llantas:Ff = 3010.89 N = 1505.445 N 2
10. Determinación de lasCargas.Existe una tercera fuerza a tomar en cuenta que es la fuerza de cruce,de estar presente su valor máximo lo dicta el roce contra el pavimentoal tomar una curva cerrada sin volcar al remolque.3.) Fuerza de cruce: Tomando el coeficiente de rozamientoasfalto/caucho μ = 0.6 tenemos:Fc max = μ Zl = 0.6 (15371.39 N) = 9222.83 NLas cargas quedarían dispuestas sobre la llanta de la manera siguiente: Ff Fc Fn11. Determinación de los efectos de las cargas en el eje.La fuerza de cruce genera momento flector sobre la flecha que sedistribuye equitativamente entre ambas llantas quedando:Mx = 9222.83 N (0.28m) = 1291.20 N.m 2La fuerza de frenado genera momento torsor sobre la flechay viene dado por:Tz= 3010.89 N (0.28m) = 843.05 N.mNota: Para el diseño de ejes y determinación de su diámetro mínimoseacostumbra a despreciar el efecto de las cargas cortantes. Esta tendenciase aplica en esta síntesis también.
12. Determinación de momentos sobre el eje. Y Análisis del plano Y-Z: Z Mx Mx Fn Fn 0.1 0.10 6 Ra Rb 1.44 m Detalle para dimensiones en el extremo del eje:∑Ma= 0-1291.20 +Ma+Mb -1291.20+ 0.106(7685.695) +1.028 Rb – 1.134 (7685.695) = 0
13. Determinación de momentos sobre el eje.∑Mb=...