Jorge PazosDiseño de Maquinas 3

Diseño de Maquinas 3

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Definición

• Rueda o cilindro dentado empleado para transmitir un movimiento giratorio o alternativo desde una parte de una máquina a otra

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Tipos de Engranes • Engranes de eje paralelo

• Engranes no paralelos coplanares

• Engranes no paralelos no coplanares

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Engranes de eje paralelo

• Es el tipo más simple y popular, conectan ejes paralelos y pueden transferir grandes cantidades de potencia con alta eficiencia. Se dividen en:– Rectos – Helicoidales

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Engranes Rectos

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Engranes Rectos• Una rueda con dientes paralelos al eje

tallados en su perímetro. Los engranes rectos transmiten movimiento giratorio entre dos ejes paralelos. En un engrane sencillo, el eje impulsado gira en sentido opuesto al eje impulsor. Si se desea que ambos ejes giren en el mismo sentido se introduce una rueda dentada denominada 'rueda loca' entre el engrane impulsor o motor y el impulsado.

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La cremallera

• Barra dentada plana que avanza en línea recta, funciona como una rueda dentada de radio infinito y puede emplearse para transformar el giro de un piñón en movimiento alternativo, o viceversa.

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Engranes Helicoidales

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Engranes Helicoidales

• Los dientes de estos engranes no son paralelos al eje de la rueda dentada, sino que se enroscan en torno al eje en forma de hélice, los dientes del engrane entran progresivamente a la zona de acoplamiento, y por lo tanto tienen una acción más suave que los dientes de los engranes rectos

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Engranes No paralelos Coplanares:

• Los engranes que tienen ejes no paralelos y que son coplanares (como los engranes rectos y helicoidales), como los engranes cónicos, rectos, Zerol y espirales se encuentran en esta clasificación. La característica común de esta clase es la reexpedición de la potencia alrededor de una esquina, como se podría requerir cuando se conecta un motor montado horizontalmente al eje del rotor montado verticalmente en un helicóptero.

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Engranes No paralelos Coplanares:

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Engranes No paralelos No Coplanares:

• Son más complejos en geometría y manufactura que los engranes de clasificaciones anteriores, como resultado, son más caros. Los ejes no son paralelos ni coplanares. Estos engranes proporcionan relaciones de reducción considerablemente más altas que los conjuntos de engranes coplanares o de ejes cruzados simples; pero su capacidad de soporte de carga es baja, su presión de contacto es bastante alta y su tasa de desgaste muy elevada.

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Tornillo sin Fin

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Tornillo sin Fin• Las aplicaciones de tornillo sin fin solo

sirven para aplicaciones de carga ligera. La relación que se obtiene de un tornillo sin fin son de la cantidad de numero de dientes del engrane en revoluciones para una vuelta del engrane.

También es importante la no-reversibilidad del engranaje de tornillo sin fin, rasgo único de algunos diseños, que ocurre a causa de la gran cantidad de deslizamientos en este tipo de engranes.

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Geometría de los Engranes• La forma de los dientes del engrane se

obtiene de la curva involuta que se muestra en la figura. El procedimiento es:

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Engranes de acoplamiento simple

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Tren De Engranes• Los trenes de engranes son elementos

de maquinas que consisten de engranes múltiples. Se usan para obtener una velocidad angular deseada de un eje de salida: mientras que el eje de entrada gira con una velocidad angular diferente. La razón de la velocidad angular entre los engranes de entrada y salida es constante.

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Trenes de Engrane Recto Simple

• Solo tiene un engrane montado sobre cada eje. Se obtiene una relación de velocidad a partir del engrane motor el cual se toma en cuenta con una velocidad positiva si gira contra las manecillas del reloj y a partir de este se toman positivas las velocidades de los engranes pares y negativas las de los impares.

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• Si se desea que dos engranes adyacentes giren con el mismo sentido, se debe interponer entre ellos un engrane loco, llamado así por no tener efecto sobre la magnitud de la razón de la velocidad angular, pero si causa una inversión de la dirección

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Relaciones de Velocidad

La relación de velocidad es:

Producto del número de dientes de todos los engranes conductores Producto del número de dientes de todos los engranes conducidos

 Esta relación se multiplica por la velocidad angular de entrada y se obtiene la velocidad angular de salida.

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Trenes de Engrane Recto Compuesto

• En un tren de engranes compuesto al menos un eje soporta dos o más engranes. En este tipo de engranes todos están sincronizados con sus respectivos ejes, de manera que las velocidades angulares de todos los engranes son iguales a las del eje sobre el cual están montados.

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Trenes de Engrane Recto Compuesto

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CAJAS REDUCTORAS• Para potencias bajas se utilizan moto-reductores

que son equipos formados por un motor eléctrico y un conjunto reductor integrado. Las herramientas manuales en general (taladros, lijadoras, cepillos, esmeriles, etc.) poseen un moto-reductor.

• Para potencias mayores se utilizan equipos reductores separados del motor. Los reductores consisten en pares de engranajes con gran diferencia de diámetros, de esta forma el engrane de menor diámetro debe dar muchas vueltas para que el de diámetro mayor de una vuelta, de esta forma se reduce la velocidad de giro.

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CAJAS REDUCTORASLas figuras muestran dos cajas de reductores con engranes cilíndricos y cónicos.

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Desgaste Abrasivo• Ocurre cuando existe material extraño que

contamina la caja reductora y el sistema de lubricación. Dicha contaminación se puede generar de una variedad de formas, tales como de la viruta del maquinado de las piezas, residuos del rectificado o de otras fuentes.

Mantenimiento:

• Es importante efectuar un mantenimiento adecuado a las cajas reductoras mediante una revisión y recambio del lubricante. En caso de que el sistema posea filtros, éstos deben revisarse y limpiarse.

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Desgaste Abrasivo

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Desgaste Corrosivo • La corrosión química y el desgaste corrosivo

por lo general resultan de la contaminación del sistema de lubricación. Los materiales contaminantes más comunes pueden ser la sal, el agua, solventes, desengrasantes y otros componentes.

Mantenimiento: • En caso de que la caja reductora sea

utilizada en lugares con agentes corrosivos, se debe procurar una inspección periódica de la misma.

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FALLA POR FLUJO PLÁSTICO EN LOS ENGRANAJES

• Los engranajes fallan por Flujo o Deformación Plástica, cuando las superficies en contacto fallan y se deforman ante cargas pesadas.

• Este es el resultado de la acción de rodamiento y deslizamiento de la sección en contacto bajo altos esfuerzos de contacto.

• Usualmente ocurre en engranajes con dientes de baja o mediana dureza, aunque también puede ocurrir en piezas de alta dureza.

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FALLA POR FLUJO PLÁSTICO EN LOS ENGRANES

• Esta falla se caracteriza por mostrar material en exceso que sobresale de las puntas de los dientes.

Mantenimiento: • Las fallas de este tipo se pueden

prevenir reduciendo las cargas aplicadas a incrementando la dureza de las partes en contacto. El incremento de la precisión del contacto de los dientes ayuda a la prevención de esta falla.

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FALLA POR FLUJO PLÁSTICO EN LOS ENGRANES

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FALLA POR FATIGA SUPERFICIAL (PITTING)

• Este proceso de falla es similar al de las carreteras asfaltadas o de cemento en donde pequeños trozos de la misma son desprendidos debido al continuo contacto con los automóviles. En este caso, el contacto con los dientes del otro engranaje provoca este desprendimiento.

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FALLA POR FATIGA SUPERFICIAL (PITTING)

• Causas: ocurre cuando se ha sobrepasado del límite de resistencia a la fatiga del material. Esto se debe tanto a las altas cargas que actúan sobre el engranaje como al alto número de ciclos.

• Mantenimiento: A menos que la pareja de engranajes muestre señales claras de falta de alineación, que puedan ser corregidas de forma sencilla, es necesario efectuar un rediseño de los engranajes en función de las cargas a soportar.

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FALLA POR FATIGA SUPERFICIAL (PITTING)

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FALLA POR ROMPIMIENTO DE LOS

ENGRANES• Fractura de diente: Constituye la

fractura del diente completo o de parte del mismo debido a sobrecargas, impacto (shock) o por un proceso de fatiga producido a través de los repetidos esfuerzos de flexión excesivos.

• La apariencia en el diente denota una forma con capas que delatan la presencia de una fractura progresiva. La zona fracturada es generalmente lisa.

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FALLA POR ROMPIMIENTO DE LOS

ENGRANESMantenimiento• Para prevenir la fractura de dientes es

necesario evaluar las causas que originaron la sobrecarga. Si estas son permanentes, se debe efectuar un rediseño de la pareja de engranajes

• Aunque su prevención es difícil, al efectuar una reconstrucción o mantenimiento general a un reductor, es necesario cambiar todos los rodamientos así como evaluarla calidad del montaje.

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FALLA POR ROMPIMIENTO DE LOS

ENGRANES

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APLICACIONES DE LOS ENGRANES

• El tren de engranajes de un reloj mecánico • En un automóvil, el cambio de velocidades

permite combinar varias ruedas y piñones con objeto de adaptar la carga al régimen del motor

• En los ferrocarriles de cremallera, piñones dentados de la locomotora engranan en una cremallera fijada en las traviesas;

• Maquinillas de afeitar eléctricas el árbol motor hace girar tres rodetes de cuchillas a la vez.

Jorge PazosGuatemala, diciembre 2004

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APLICACIONES DE LOS ENGRANES

• En el accionamiento de los hornos y molinos de las fábricas de cemento

• En las reducciones de velocidad de las turbinas de vapor de los buques

• Los encontramos en las centrales de producción de energía eléctrica, hidroeléc trica

• En la industria siderúrgica: laminadores, transpor tadores, etc.