Engranajes elementos mã¡quinas

ENGRANAJES

Autores:

Manuel Romero GirónRafael Ruiz Ortega

Elementos de Máquinas. C.F.G.S. Mecatrónica Industrial.

2Elementos de Máquinas. C.F.G.S. Mecatrónica Industrial.

Índice de la presentación

1- Introducción2- El engranaje3- Ventajas y desventajas 4- Aplicaciones5- Tipos de engranajes6- Mecanizado de engranajes7- Tratamientos superficiales8- Fallos9- Lubricación10- Cálculo de engranajes

1- Introducción

Transmisiones mecánicas

Comunican el movimiento de un eslabón, órgano o elemento, a otro.

Se emplean cuando es necesario un cambio en la velocidad o en el par de un dispositivo giratorio.

Tipos de transmisiones mecánicas

Transmisiones flexibles Transmisiones rígidas

Correas Ruedas de fricciónCadenas Leva-SeguidorCables Sistemas articulados Ejes flexibles Engranajes

1- Introducción

Transmisiones mecánicas

Comunican el movimiento de un eslabón, órgano o elemento, a otro.

Se emplean cuando es necesario un cambio en la velocidad o en el par de un dispositivo giratorio.

Tipos de transmisiones mecánicas

Transmisiones flexibles Transmisiones rígidas

Correas Ruedas de fricciónCadenas Leva-SeguidorCables Sistemas articulados Ejes flexibles Engranajes

2-El engranaje

2- El engranaje

Mecanismo utilizado para transmitir potencia mecánica entre las distintas partes de una máquina.

Formados por dos ruedas dentadas. La mayor se denomina rueda o corona y la menor piñón.

3- Ventajas y desventajas

El movimiento transmitido es de rodadura pura.

Proporcionan a las máquinas una graduación en las relaciones de velocidad.

Transmite grandes potencias de un eje a otro.

Dimensiones exteriores pequeñas.

Rendimiento alto.

Gran duración y fiabilidad.

Fácil mantenimiento.

χ Ruido durante su funcionamiento a grandes velocidades.

χ Desgaste abrasivo en la superficie de los dientes.

χ No pueden transmitir potencia entre distancias grandes entre centros .

χ Los engranes tienen un costo elevado comparado con las cadenas y las poleas.

4-Aplicaciones

4- Aplicaciones

CAJA DE CAMBIOS MECANISMO DIFERENCIAL

BOMBA HIDRÁULICA

GRAN VARIEDAD DE TAMAÑOS Y FORMAS

CAMPO DE APLICACIÓN ILIMITADO

5-Tipos de engranajes

5- Tipos de engranajes

A. SEGÚN EL TIPO DE DENTADO

RECTOS HELICOIDALES

B. SEGÚN LA POSICIÓN DE LOS EJES

I. EJES PARALELOS (ENGRANAJES CILÍNDRICOS)

-RECTOS : INTERNOS O EXTERNOS

-HELICOIDALES: SIMPLES, DOBLES O HERRINGBONE

II. EJES QUE SE CORTAN (ENGRANAJES CÓNICOS)

- CÓNICOS RECTOS- CÓNICOS HELICOIDALES- ZEROL

- DE CORONA Y PIÑÓN CILÍNDRICO

III. EJES QUE SE CRUZAN EN EL ESPACIO (ENGRANAJES HIPERBÓLICOS)

- HELICOIDALES CRUZADOS

- HIPOIDALES- DE SIN FIN CAVEX - ESPIROIDE - DE SIN FIN ENVOLVENTE - HIPOIDAL BEVELOID

ENGRANAJES CILÍNDRICOS DE DENTADO RECTO

EXTERNOS INTERNOS

SENTIDOS DE GIRO OPUESTOS SENTIDOS DE GIRO IGUALES

ENGRANAJES CILÍNDRICOS DE DENTADO HELICOIDAL

DIENTES INCLINADOS SOPORTAN CARGA AXIAL ENGRANE PROGRESIVO :

MENOS VIBRACIONESMENOS RUIDOS

DOBLE HERRINGBONE SIMPLE

ENGRANAJES CÓNICOS

CÓNICOS RECTOS CÓNICOS HELICOIDALES

DE CORONA Y PIÑÓN RECTO ZEROL

ENGRANAJES HIPERBÓLICOS

HELICOIDAL CRUZADO DE SIN FIN CAVEX DE SIN FIN ENVOLVENTE

HIPOIDAL ESPIROIDE HELICON BEVELOID

A modo de resumen

http://dpto.educacion.navarra.es/micros/tecnologia/engranaje.swf

6-Mecanizado de engranajes

6- Mecanizado de engranajes

Métodos para fabricar engranajes

CONFORMACIÓN

TALLADO

FORMADO EN FRÍO

TALLADO

DESBASTE

ACABADO

DE FORMA (POR COPIA)

POR GENERACIÓN (RODADURA)

CONFORMACIÓN

• Altos costos de herramienta• Baja precisión• Ruido

Aplicaciones:

• De baja precisión• Donde el bajo ruido no sea necesario• Para grandes cantidades• Para bajas velocidades

Ejemplos:

• Juguetes• Aparatos domésticos de baja velocidad y fuerza.

TALLADO DE DESBASTE

• Alta precisión• Muy buen acabado superficial• Bajo ruido

Aplicaciones:

• De alta precisión• Donde el bajo ruido sea necesario• Para velocidades altas

FORMADO EN FRÍO

-Método más reciente.-Usa matrices o dados que ruedan sobre los cuerpos de los engranes.-Se da forma al engrane mediante deformación plástica.

• Buena exactitud• Elevada resistencia a la fatiga• Alta productividad• Poco desperdicio de material

TALLADO DE FORMA

La herramienta tiene la forma del espacio entre dientes.

TALLADO POR GENERACIÓN

Se realiza el engrane entre dos elementos.

7-Tratamientos superficiales

7- Tratamientos superficiales

Métodos para endurecer los dientes de los engranajes

CARBURIZADO

POR INDUCCIÓN

NITRURADO

POR FLAMA

CARBURIZADO

NITRURADO

- El engrane cortado se coloca en un medio carburizante y se calienta.

- La capa superficial de los dientes absorbe el carbono.

- El carbono penetra cierta profundidad para endurecer el espesor del diente.

-Se aplica a los engranajes de acero aleado.

-El engranaje a nitrurar recibe un tratamiento de bonificado y se coloca en el horno de nitruración calentándolo a 538 ºC.

-El nitrurado se efectúa mediante gas de amoniaco que se descompone en nitrógeno atómico e hidrogeno sobre la superficie del acero, formando nitruros de extraordinaria dureza.

- El engrane es endurecido superficialmente por medio de corrientes alternas de alta frecuencia.

- El proceso consiste en enrollar una bobina de inducción alrededor de la pieza. En pocos segundos los dientes son llevados por encima de su temperatura crítica .

- Después de este proceso el engranaje es retirado de la bobina y se le da un temple.

-Mediante una flama oxciacetilénica empleando quemadores especiales.

-Para obtener un calentamiento uniforme, generalmente se hace girar el engranaje en la flama.

-El engranaje es semiendurecido y los dientes se rebajan y se les da el acabado final antes de endurecerlos.

POR INDUCCIÓN

POR FLAMA

8-Fallos

8- Fallos

DESGASTE

ROTURA

FATIGA SUPERFICIAL

DESLIZAMIENTO O DEFORMACIÓN

PLÁSTICA

• Normal• Por sobrecarga• Escoriación ligera• Escoriación fuerte• Rayado abrasivo• Por corrosión

• Picado inicial• Picado destructivo• Desconchado• Micropicado

• Por fatiga• Por sobrecarga• Aleatoria

•Causa: Cargas fuertes y pequeñas velocidades.Mayor contacto metal-metal.

•Proceso: Rápido.

•Apariencia: Superficie brillante y pulida.

•Causa: Presencia de pequeñas partículas abrasivas en el lubricante

• polvo• metal• arena• impurezas

•Apariencia: Rayas verticales finas.

DESGASTE POR SOBRECARGA

8- Fallos

RAYADO ABRASIVO

•Causa: Sobrecargas que no se pueden aliviar con el picado inicial.

•Apariencia: Mayor tamaño o número de hoyos superficiales.

•Comentarios: Los esfuerzos cíclicos terminan destruyendo el perfil del diente.

•Causa: Altas cargas superficiales y generación de calor.

•Apariencia: Hoyos muy pequeños (< 3 μm)

•Comentarios: Tiende a desaparecer si las temperaturas y cargas no son excesivas

PICADO DESTRUCTIVO

8- Fallos

MICROPICADO

•Repetición de esfuerzos (no previstos, por ejemplo, por vibraciones) que sobrepasan la resistencia a fatiga del material.

•Comienza con una grieta en la raíz que progresa hasta la rotura.

•Puede ocurrir en diferentes áreas y puede ser causada por concentradores de esfuerzos tales como grietas de esmerilado y picado, materiales extraños o un mal tratamiento térmico.

ROTURA POR FATIGA

8- Fallos

ROTURA POR SOBRECARGA

•Causado por golpe o sobrecarga

ROTURA ALEATORIA

9-Lubricación

9- Lubricación

Funciones

Reducir al mínimo:

- Contacto metal-metal - Coeficiente de fricción

- Pérdidas - Desgaste

- Sobrecalentamiento - Corrosión

-Impactos - Esfuerzos

9- Lubricación

Métodos

•Periódica: Para ruedas descubiertas a bajas velocidades.

•Permanente: Para ruedas cerradas y velocidades menores a 18 m/s.

•A presión: Para ruedas cerradas y altas velocidades.

•Por atomización: Ruedas cerradas, altas velocidades y condiciones especiales.

Recomendaciones

•Lodos: evitar lodos de metal, polvo, suciedad, humedad, vapores químicos.•Limpieza•Cambio de aceite en engranajes cerrados:

Primer cambio: 250 a 300 hSegundo cambio: 2500 a 3000 h. Como mínimo cada 6 meses.

10-Cálculo de engranajes

10- Cálculo de engranajes

Parámetros

Piñón: Rueda dentada de menordiámetro.

Rueda: Rueda dentada de mayordiámetro.

Circunferencia base (rb):Circunferencias a partir de las cuales se generan los perfiles de evolvente.

Línea de centros: Línea que unelos centros, O1 y O2 de las doscircunferencias básicas

Parámetros

Línea de engrane (T2-T3): Tangente común a las circunferencias básicas. Sobre ella se produce el contacto entre los dientes.

Punto primitivo (C’) : Punto de intersección de la línea de engrane con la línea de centros.

Circunferencias primitivas de funcionamiento (r’):Circunferencias de las teóricas ruedas de fricción a las que se han incorporado dientes. Su radio es tal que el movimiento de rodadura entre ambas tendría lugar en el punto primitivo C’.

Ángulo de presión de funcionamiento, α’ : Ángulo que forma la línea de presión con la tangente común a las circunferencias primitivas por el punto C’.

Paso (p): Distancia entre puntos homólogos de dos dientes consecutivos de una misma rueda, medida sobre la circunferencia primitiva de referencia. Para que dos ruedas engranen deben tener el mismo paso.

Módulo (m): Cociente entre el diámetro primitivo de referencia y el número de dientes. Dos ruedas engranan si tienen el mismo módulo.

Altura de cabeza o adendo (ha): Distancia radial entre la circunferencia primitiva y la cabeza del diente

Altura de pie o dedendo (hf): Distancia radial entre la raíz del diente y la circunferencia primitiva.

Altura total (h): Suma de la altura de cabeza y la de pie.

Altura de trabajo (hw): Diferencia entre la altura total del diente y el juego.

Huelgo o juego en cabeza (c): Hueco que dejan una pareja de dientes al engranar, entre la cabeza del diente y el fondo del espacio interdental de la rueda conectada.

Circunferencia de cabeza (ra) : Circunferencia que limita los dientes por su parte superior.

Circunferencia de pie (rf) : Circunferencia que limita el hueco entre dientes por su parte inferior. El hueco debe ser suficientemente profundo para dejar pasar la cabeza de los dientes de la otra rueda.

Espesor (s) : Espesor del diente, medido sobre la circunferencia primitiva.

Hueco (e) : Hueco entre dientes, medido sobre la circunferencia primitiva.

Cara: Parte de la superficie del diente situada entre la circunferencia primitiva y la de cabeza.

Flanco: Parte de la superficie del diente situada entre la circunferencia primitiva y la de pie.

Altura de flanco (b) : Anchura del diente medida en dirección paralela al eje.

PARÁMETRO VALOR NORMALIZADO

Huelgo o juego de cabeza c = 0.25·m

Adendo o altura de cabeza ha = m

Dedendo o altura de pie hf = m+c

Altura de trabajo ht = 2·m

Altura total del diente h = ha + hf

Espesor del diente s = π·m/ 2

Hueco interdental e = π·m/ 2

Paso p = π·m

Radio primitivo r = m·z/ 2

Radio base rb = r·cosα

Radio de la circunferencia de cabeza ra = r + ha = r+ m

Radio de la circunferencia de pie rf = r - hf

En el sistema de engrane de una máquina, formado por una rueda y un piñón, se produce la rotura de la rueda debido a un mal uso del conjunto. Para que sea fabricada de nuevo, es necesario realizar el plano de la misma. Obtener todos los parámetros necesarios para ello conociendo los siguientes datos:

•Tallado normalizado•Ángulo de presión α = 20 °•Número de dientes del piñón z= 18•Módulo m = 5•Distancia entre ejes a= 150 mm

PIÑÓN RUEDA

z1 = 18 d. z2 = ?

m1 = 5 m2 = ?

a = 150 mm

α = 20 °

PARÁMETRO FÓRMULA VALOR (mm)

Huelgo o juego de cabeza c = 0.25·m c = 1.25 mm

Adendo o altura de cabeza ha = m ha = 5 mm

Dedendo o altura de pie hf = m+c hf = 6.25 mm

Altura de trabajo ht = 2·m ht = 10 mm

Altura total del diente h = ha + hf h = 11.25 mm

Espesor del diente s = π·m/ 2 s = 7.85 mm

Hueco interdental e = π·m/ 2 e = 7.85 mm

Paso p = π·m p = 15.7 mm

Radio primitivo r = m·z/ 2 r = 105 mm

Radio base rb = r·cosα rb = 98.66 mm

Radio de la circunferencia de cabeza ra = r + ha = r+ m ra = 110 mm

Radio de la circunferencia de pie rf = r - hf rf = 98.75 mm

11-Videos

https://www.youtube.com/watch?v=kVTS8sLQUVI

https://www.youtube.com/watch?v=ZghwSBiM0sU

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Manuel Romero GirónRafael Ruiz Ortega

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