FUNDAMENTOS LUB. DE ENGRANES.pdf

“Fundamentos para la “Fundamentos para la Lubricación de Lubricación de

Engranajes”Engranajes”

Ing.Ignacio Quiros AmievaDirector Tecnico, Grupo Tritech.

Ing. Gilberto Andrade ViascánGerente de Ventas, Grupo Tritech

18 de Junio de 2004

Contenido

I) Generalidades- Reseña histórica- Propositos de los engranes- ClasificaciónII) Consideraciones de Diseño- Geometria- Velocidad- Capacidad de Carga- Otras consideracionesIII) Lubricacion de Engranajes- Principios de Lubricación- Tipos de película lubricante- Propositos de la lubricación.- Sistemas de Lubricación- Lubricantes- Aditivos.IV) Selección del Lubricante- Factores a considerar- Asociaciones- Especificaciones- Cálculo de la viscosidad

Contenido

V) Mantenimiento- Limpieza- Niveles- Filtración externa- Agua- Analisis de laboratorio- Inspeciones y fotografias- Procedimiento de CambioVI) Fallas en Engranajes- Desgaste- Escoriado- Fatiga Superficial- Flujo Plastico- Fracturas- CompuestosVII) Consideraciones Finales- Que debreriamos buscar en un aceite para engranajes.- Como medir una optima lubricación.- Operación sin problemas.

Demanda de lubricantes para cajas de engranes

• Los diseños y construcción de cajas de engranes y transmisiones modernas requieren de mejores lubricantes ya que demandan:– Mayores potencias– Menores consumos de energia– Materiales mas resistentes al desgaste– Depositos y diseños más pequeños– Mayores ciclos de drenado– Mayor Confiabilidad y producción continua.– Menor contaminación ambiental

Puesto que el lubricante es parte del diseño de una máquina, elmercado requiere de mejores lubricantes en los Engranajes yTransmisiones.

Demanda de lubricantes para cajas de engranes

• El futuro….

• Alta resistencia a la fatiga en todos suscomponentes.

• Alta confiabilidad en la transmisión de velocidades y torques.

• Alta capacidad de enfriamiento en condicionesde maxima capacidad de transmisión.

• Operación en bajos niveles de rudio.

*Dependiendo de cada aplicación en un engranaje, losrequerimientos de diseño varian.

Reseña Histórica

• Al igual que la rueda no se ha podido definir el inventor aunque existen indicios de su uso desde antes de cristo

• Como una ciencia formal el estudio y diseño lleva alrededor de100 años

• Las formas de los dientes (involutao cicloide) pueden llevarse hasta500 años atrás.

• Siglo XIX comienza el uso de metales y de fabricación de engranes por medio de máquinas

• Las capacidades de cargacomienzan a medirse a mediadosdel siglo XIX

• Se ha revolucionado en los últimos75 formando parte de un sin número de máquinas

Propósitos de los engranes

Propósito de los engranes

• El engrane es una rueda dentada, utilizada para:– Transmitir movimiento de

un eje a otro.– Trasmitir potencia.– Cambiar velocidad y

sentido de rotación.

M1 <> M2

P1 <> P2 + Pv

n1 <> n2=

Paralelos De intersección

Sin intersección

CLASIFICACIÓN DE ENGRANES POR SUCONSTRUCCIÓN Y COLOCACIÓN DE EJES.

Cambio de la dirección del movimiento

CLASIFICACIÓN DE ENGRANES POR SUCONSTRUCCIÓN Y COLOCACIÓN DE EJES.

Transmitir Potencia

Cambio de velocidad, dirección y Potencia

Cambiar dirección del movimiento

Cambiar torque

Clasificación

TIPOS DE ENGRANES POR SU

DISEÑO

E. Rectos E.Helicoidales

E.Cónicos

E. SinfinE. Sinfin

Clasificación

Clasificación

Rectos

Cónicos

Clasificación

Helicoidales

Doble helicoidal

Clasificación

Hipoidales

Gusano o tornillo

El tamaño no importa, los principios son los mismos

Nomenclatura básica

Consideraciones de Diseño

• Configuración• Tipo• Espacio• Geometría• Velocidad• Capacidad de carga

Geometría

Geometría

• Dos rodillos girando dan velocidades tangenciales iguales

• Eso es el diámetro de paso o primitivo• Operación suave se logra con la forma del

diente y el perfil• El piñón es el que transmite la potencia y la

catarina o rueda es la que lo recibe

Geometría de los engranes (involuta)

Geometría de los engranes ( ángulo de presión.)

• Angulo de presión ( 13.5 grados para cargas bajas, 20 medianas y hasta 25 para trabajo pesado).

Linea de acción

TANGENCIAL

Circulo Base

Angulo de presión

?

Linea de los centros

Circulo Base

Geometría de los engranes (Línea de acción)

Geometría de los engranes (Interferencia)

Geometría de los engranes (backlash o huelgo)

• Huelgo, espacio entre dientes

• Puede servir para revisar alineamiento o desgaste

Geometría de los engranes (Adendo y Dedendo)

• Rodadura vrs. Deslizamiento– La rodadura solo en la

primitiva– La velocidad aquí es cero– La velocidad de

deslizamiento redunda en el diseño en la eficiencia del engrane

– La velocidad de deslizamiento puede ir desde un 50% hasta un 150% de la velocidad en la primitiva y eso genera calor

Relación de velocidades

Velocidad

• La forma mas simple de transmitir son dos cilindros o dos conos

• Velocidad lineal = Vel. Angular x Radio• Las dos velocidades deben ser iguales, por lo

que la relación de velocidad es:Rpm (1) = Diam (2)Rpm (2) Diam (1)

• Diámetro de pasoP = # dientes

Diam.(plg)

1 2

Velocidad

85-98.008,000-15,0003-10Hipoidales

35-90.005,000-10,0003-80Gusano

Ejes no paralelos y no coplanares

97-99.258,000-30,0001-8Espiral

97-99.501,000-10,00001-8Cónicos rectos

Ejes no paralelos coplanares

97-99.506,000-40,0001-10Helicoidales

97-99.755,000-20,0001-7Rectos

Ejes Paralelos

Eficiencia Típica

(%)

Velocidad máxima(Ft/min)

Relación de

Velocidad

Tipos de fricción en engranes

Dientes de engranesRegímenes mixtos

Fricción por rodadura,en el círculo de paso(pitchline), lubricación:Elastohidrodinámica (EHD)

Fricción de deslizamiento, por arriba y por debajo del círculo de paso, lubricación: Límite / Hidrodinámica

Círculo de paso

Línea de paso RodaduraRodadura

Círculo de paso (CP) – mitad del diente(A) Addendum – arriba del CP -Deslizamiento(D) Dedendum – debajo del CPDeslizamiento

Engranajes tipos de fricción y características –DIN 868

Tipo de fricción -contacto

RODADURA RODADURA DESLIZAMIENTO DESLIZAMIENTO

Tipo de engrane

Rectos Cónicos rectos

Posición de ejes

Paralelos Intersectan

Helicoidales cruzados

Se cruzan Se cruzan 90°C

Hipoidales

Forma del elemento

Cilindro Conos Cilindro Conos

Tipo de contacto

entre dientes

Cilindro-tornillo

% de deslizamiento

Rango de eficiencias

STD

Etapas 1 > 98.5% 2 > 97% 3 > 95.5 4 > 94 %

> 98% > 95%

Alta relación de transmisión 50 – 90%

Baja relación de transmisión 85-96%

> 50 -80%

En línea

En línea

En un punto

En un punto

En línea

Rodadura deslizamiento

Rodadura deslizamiento

Se incrementa el

deslizamiento

Se incrementa el

deslizamiento

Mayor deslizamiento que rodadura

“Sin fin”

Se cruzan

10 a 30 20 a 40 60 a 70 60 a 70 70 a 100

Capacidad de carga

Capacidad de carga

• Cargas variables• Carga estática y de bajo ciclaje: Aplicaciones

especiales • Durabilidad• Resistencia a esfuerzos• Desgaste• Scoring

Capacidad de carga

• Cargas variables• Carga estática y de bajo ciclaje: Aplicaciones

especiales• Durabilidad• Resistencia a esfuerzos• Desgaste• Scoring

Capacidad de carga

• Durabilidad– Fatiga superficial como la

picadura o pitting. El cálculo se da en los esfuerzos de contacto

• Resistencia a la flexión– Cargas repetidas,

ecuación de Lewis

• Esfuerzos de contacto o Hertzianos– Deformación elástica. Útil

para escoger el material y el lubricante

Capacidad de carga

• Carga estática y dinámica, factor de servicio. Puede ir desde 1.25 hasta 3.1

2.25 o mas21.751.5Sobrecargas Altas

2.00 o mas1.751.51.25Sobrecargas medias

1.851.61.351.1Sobrecargas

moderadas

1.751.51.251Uniforme

SobrecargasAltas

SobrecargasMedias

SobrecargasModeradasUniforme

Tipo de carga de lafuente motriz

Tipo de carga de en la maquina impulsada

Capacidad de carga

• Resistencia a esfuerzos– Ruptura de dientes. La limitación viene de los

esfuerzos de tensión que resiste el material principalmente

Derechos Reservados, México 2003

ESFUERZO

Elongación en mm

Región elástica

Límite elástico

(fluencia)

Región plástica

X

Tensión máxima de elongación Fractura

Elongación en mm

Región elástica

Límite de fluencia

XFractura

Material frágilMaterial dúctil

ESFUERZO

Propiedades del material -Elasticidad

Capacidad de carga

• Desgaste– Es el mas difícil de predecir analíticamente. Lo

determina el ancho de película– Es menor en aplicaciones de media a alta velocidad– Depende mucho del acabado superficial y el

tratamiento del metal

Derechos Reservados, México 2003

Superficie aparente

SUPERFICIE REAL DE CONTACTO = SUMA DE (S1 + S2 + S3 + S4)

SUPERFICIE 1

SUPERFICIE 1

S2S1 S3 S4

w w

Presión

Distancia espacial

Superficie real y aparente de contacto

Lubricación

Lubricación de engranes

Lubricación Hidrodinámica

Existe cuando la película lubricante entre las dos superficies es de suficiente espesor para separar por completo las asperezas en las superficies. En este caso existe la fricción fluida verdadera entre las superficies en movimiento y no ocurre contacto de metal con metal.

R

Existe cuando la película de lubricante entre las dos superficies es de suficiente espesor para separar la mayor parte de las asperezas de las superficies, pero puede ocurrir algún contacto de metal con metal.

R

h

Lubricación mixta

Tribol

Existe cuando el espesor de la película es igual a las alturas de las asperezas y ocurre un contacto amplio de metal con metal.

Lubricación límite

Lubricación Elastohidrodinámica

• La película de lubricante se forma entre dos superficies altamente cargadas y en movimiento

• La viscosidad se incrementa cuando es forzada a la zona de carga (mayor presión), lo cual hace queincremente su capacidad de carga

• Los picos de las asperezas se deforman elásticamente

• Este fenómeno se da principalmente en rodamientos, engranes y levas

Curva Stribeck y los regímenes de lubricación

Tipos de Película

• Se busca que este en EHD y el tamaño de película es de: 000002-000005 plg. valores cercanos a los acabados superficiales

• En la lubricación mixta o cercana a la EHD normalmente se necesita aditivos anti-desgaste para ayudar cuando se da el contacto

• En la lubricación limite hay contactos fuertes entre las superficies y solo moléculas de aceite las separan y se necesitan aditivos de extrema presión

Propósitos de la Lubricación

• Reducir la fricción y el desgaste separando las superficies– Barreras físicas o químicas– Físicas, film hidrodinámico, compuestos polares

que son adsorbidos en la superficie bajo carga y la película EHD

– Químicas son aditivos, reaccionan a altas temperaturas forman nuevos compuestos para prevenir la soldadura


• Disminuir y controlar la fricción

• Amortiguar el impacto– La película de lubricante

debe permanecer intacta durante los cambios en la carga para prevenir el contacto de metal-metal


• Sellar - eliminar la contaminación– Transportando partículas y otros contaminantes a

filtros y separadores


• Prevenir la corrosión– Protegiendo las superficies contra sustancias

corrosivas


• Controlar la temperatura– Absorbiendo y transmitiendo el calor generado

Capacidad de carga

• Escoriado– A altas velocidades el

deslizamiento puede crear condiciones instantáneas de temperatura y presión que destruyen la película de lubricante y las asperezas se pueden llegar a soldar, por la inercia estas uniones se rompen y rasgan el material del diente en dirección del movimiento.

– Hay que aclarar que no es un tema de fatiga ya que no depende del tiempo

Capacidad de carga

Velocidad linealCap

acid

ad d

e to

rque

del

eng

rane

EscoriadoDesgaste

Pitting

Resistencia

Otras consideraciones de diseño

• Desalineamiento– Produce mayores esfuerzos– Distorsiones del eje, deflexión del eje, esfuerzos

térmicos, errores de maquinado, desgaste en rodamientos o en engranes o montaje

• Metalurgia– Resistencia a la flexión y la durabilidad de la

superficie dependen de ella.

Sistemas de lubricación

Sistemas de lubricación

• Salpique• Presión forzada• Goteo• Atomización o niebla• A mano

Salpique

• Salpique– Velocidades bajas

(< 5,000 ft/min)– Normalmente la

catarina es la que se sumerge

– Si es muy baja la velocidad use raspadores o discos

BREATHER

SEDIMENT CHAMBER

Presión forzada

• Velocidades altas (> 5,000 ft/min)

• Se necesita mas aceite para enfriamiento

• Pueden existir depósitos internos o externos

STRAINER

PUMP

CHECKVALVE

OIL COOLER

BEARINGFEEDLINES

FLOWSIGHT

RELIEFVALVE

Goteo

• Baja velocidad, baja carga

• Lubricación a perdida

Atomización o spray

• Niebla en altas velocidades

• Spray en bajas velocidades o engranes abiertos

A mano

• Puede ser con brocha ó por goteo

Lubricantes

Tipos de lubricantes para engranes

• Aceites minerales• Grasas• Aceites sintéticos• Compuestos

Lubricantes

• Tipos de aceites minerales– R & O

• Altamente refinados, usados en altas velocidades

– EP• Sulfuros, Fósforo, sólidos, mayores cargas

– Compuestos• Engranes de gusano, contienen grasa animal para darle

lubricidad en aplicaciones de alta velocidad de deslizamiento

• Diferencias típicas:– R y O Mayor demulsibidad, IV mayor en sintéticos,

EP Timken de 60 lb,

Lubricantes

• Tipos de grasas– Baja velocidad o donde las fugas puedan ser

problema.– Reducen fricción pero no calor.– Grados 0, 00 y 000– Mayor mantenimiento por los residuos que quedan

pegados

Lubricantes

• Tipos de sintéticos– Uso principal en temperaturas extremas (alta o

baja)– Poliglicoles (PAG), esteres orgánicos, SHC, esteres

fosfatados, silicones y polialfaolefinas (PAO)– Mayor costo inicial, compatibilidad con sellos y

pinturas., sensibles a la contaminación.– Menor costo de operación, menor temperatura,

ahooro de energía, menor contaminación.

Rangos de temperaturas de operación tipicos.

ACEITE MINERAL

SHC

ESTER ACIDO DIBASICO

ALKIL BENCENOS

POLIOLESTER

POLIGLICOL

ESTER DE FOSFATO

90 ºC

150 ºC

200 ºC

250 ºC

320 ºC-60 ºC

-45 ºC

-30 ºC-15 ºC

En función de suformulación

Servicio contínuo

Lubricantes

• Compuestos– Tipos de asfálticos o residuales

• Usados en aplicaciones de engranes abiertos. Alta viscosidad, pegajosos y para bajas velocidades.

– Gel de aceite de viscosidad• Mejor fluidez para limpiar contaminantes, de

fácil aspersión y drenado

Aditivos

Aditivos

• Son químicos que se le agregan a los lubricantes para mejorar ciertas características.

• La formulación es crítica. Hay componentes que son opuestos por ejemplo inhibidores de corrosión y EP

• Compuestos Polares• Polímeros• Elementos activos como Azufre, Fósforo,

Cloro, etc.

Aditivos

• Inhibidores de la oxidación• Inhibidores de la corrosión• Demulsificadores• Mejoradores del Índice de viscosidad• Depresantes del punto de congelamiento• Inhibidores de espuma• Detregentes/Dispersantes• Antidesgaste AW• Extrema Presión EP

Aditivos

• Inhibidores de la oxidación– Los subproductos de la oxidación del lubricante

normalmente son dañinos para las partes del reductor (particularmente los no ferrosos) o para el lubricante (cambios de viscosidad)

– La oxidación es exponencial con la temperatura y el tiempo

Aditivos

• Inhibidores de la corrosión– Normalmente se da por

contacto con agua (herrumbre)

– Tratan de pegarse al metal para evitar el contacto con la humedad

– En metales no ferrosos el ataque es primordialmente ácido. Aquí dependerá del metal que queramos proteger

Aditivos

• Demulsificantes– El aceite tiene que

separase del agua que se forma por los condensados para poder ser drenada

– Es mayor el problema con los sintéticos

Aditivos

• Mejoradores del Índice de viscosidad– La viscosidad de un fluido es inversamente proporcional a la

temperatura– Son polímeros de cadenas largas y tienden a romperse en

aplicaciones de alto corte• Depresores del punto de congelamiento

– En aplicaciones de baja temperatura el aceite se puede convertir en un sólido y no fluir.

– Las bases nafténicas tienen mejores propiedades• Antiespumantes

– No se debe confundir con aire atrapado, el tamaño de la burbuja es mayor.

– La espuma no es transmisora de calor, produce cavitación en bombas y normalmente se da por efectos mecánicos

• Detergentes/Dispersantes– Controlar la formación de lodos y barnices– Busca mantener en suspensión los contaminantes

Aditivos

• Antidesgaste (AW)– Usados más en aceites de baja viscosidad. – Los mas usados son fosfatos orgánicos (ZDDP)

• Extrema presión (EP)– Buscan controlar la soldadura entre las superficies– Normalmente activados por alta temperatura– Son agresivos a algunos metales

Avances en tecnologías de protección de superficie

Capa delgada protectora > Convencional

Película protectiva de alta densidad > Lubricantes Sólidos

Acción de alisar la superficie > Mejoradores de superficie

Película convencional

• Lubricación con EP y AW solubles necesitantemperatura para activarse– Fósforo– Zinc (zinc difosfato or ZDP)– Azufre– Clorinados

Nota: Los ZDP También funcionan como antioxidantes


Aditivos solubles EP/AW

Pelicula natural de oxidos

Aditivos EP / AW bajo lubricación hidrodinámica (ideal)( Estado no-reactivo)


Bajo condiciones de lubricación de límite, la película de óxido natural se rompe y los aditivos se sacrifican y reaccionan para formar una capaprotectora


Soldadura

Cuando las fuerzas de frición exceden la capacidad de carga de la película EP/AW, la soldadura puede ocurrir.

Película con sólidos

• Algunos sólidos típicos– Disulfuro de Molibdeno– Grafito– PTFE (Teflón)– Talco– Mica

(*Tienen la estructura molecular como un juegode naipes)


Aditivos solubles EP/AW

Aditivos sólidos

Los aditivos sólidos bajo condicionesde lubricación hidrodinámica

Superficie

Superficie consólidos


Película mejorada

Avance tecnologico de aditivación EP

Lubricantes EP Convencionales

Lubricantes EP con aditivos sólidos

Ensayos SRV(*) : Normas DIN 51834 - ASTM D 5706

Pruebas de Fricción-Desgaste, Análisis de Propiedades EP

Nuevas Tecnologías EP

Lubricantes EP con tecnologias de reacondiconamiento superficial (*)

* La eficiencia es función del tipos de engranaje y de lascondiciones de operación del sistema.

Selección del lubricante

El engranaje como un sistema tribológico

Carg

aC

arga

Carg

aC

arga

Tipo y calidad del Tipo y calidad del lubricantelubricante

••Estructura, y composiciónEstructura, y composición

••VISCOSIDADVISCOSIDAD

••Forma de aplicación y frecuenciaForma de aplicación y frecuencia

Propiedades de los materiales, forma y diseño

Condiciones de operación

Agua, polvo, químicos, etc

Velocidad

Temperatura

•Ambiente

•Proceso

Factores mecánicos

Montaje, alineación, Sellos

Factores humanos

Tipo y calidad del mantenimiento


• Factores para seleccionar un lubricante– Tipo de engrane– Velocidad de funcionamiento– Potencia transmitida– Naturaleza y uniformidad de la carga– Relación de reducción– Temperatura de operación– Método de lubricación

Lubricación

• Asociaciones que norman y establecen requisitos y criterios de selección en un lubricante para engranajes

– AGMA – American Gear anufactures Association

– SAE GEAR – API (GL-1 a GL6) - Society of Automotive

Engineers ( GL = Gear Lubricant)

– US Military– DIN -

Especificaciones AGMA

Equivalencias de viscosidades

Aceite de bajaviscosidad

•Alta velocidad

•Carga ligera

•Baja Temperatura

Aceite de alta viscosidad

•Baja velocidad

•Carga pesada

•Alta Temperatura

Cálculo de la viscosidad


“Es necesario considerar lasrecomendaciones del

fabricante”.


• Por tablas o:– Visc.(en cst) = 500/(velocidad lineal en m/seg)

• Subir un grado ISO si:– La temp. Ambiente excede los 35 C– La temp. del aceite es mayor a 70 C en sistemas de

circulación

• Subir dos grados ISO si:– La temp. Ambiente excede los 50 C– La temp. del aceite es mayor a 85 C en sistemas de

circulación

Reductores helicoidales, doble helicoidal, rectos y cónicos

Lubricantes para gusanos cilíndricos

Lubricantes para gusanos de doble hélice

Ejemplo cálculo de velocidad

• Tenemos velocidad de entrada de 3600 RPM

• Reductor de dientes helicoidales

• Moviendo un generador eléctrico

• Temperatura ambiente 35 C

• La relación de velocidades 6:1

• Diámetro de la catarina de 3 ft


• Calculamos velocidad tangencial de salida:3600/6= 600 RPMVt=pi(600)(3)

= 5600 ft/min• Según tabla AGMA

debiéramos usar un aceite AGMA 2 (ISO 68)

• Como es una carga uniforme y algo de alta velocidad se escogería un aceite R & O


• Tenemos velocidad de entrada de 3600 RPM

• Reductor de dientes helicoidales

• Moviendo un molino de acero

• Temperatura ambiente 35 C

• La relación de velocidades 60:1

• Diámetro de la catarina de 6 ft


• Calculamos velocidad tangencial de salida:3600/60= 60 RPMVt=pi(60)(6)

= 1100 ft/min• Según tabla AGMA

debiéramos usar un aceite AGMA 6 (ISO 320)

• Como es una carga impacto y baja velocidad se escogería un aceite EP


• Los PDS o hojas de especificaciones dan mucha de la información necesaria.

• Hojas de seguridad MSDS.• Aprobaciones o recomendaciones de

fabricantes.• Pruebas de rendimiento.• Compatibilidad con sellos y otros lubricantes• Certificaciones o puebas de ecologia.

Mantenimiento

Mantenimiento

• Limpieza• Nivel• Filtraje externo• Agua• Análisis de laboratorio• Inspecciones y fotografías• AGMA cambios cada 2500 horas o 6 meses(*)

* Criterio en deshuso, el fundamento esta basado en el análisisprofesional de laboratorio CMO: Condiciones de lubricante, de Contaminación y Desgaste.

Limpieza

• Hay que darle mantenimiento a los respiraderos y filtros, no son eternos

Nivel de aceite

• La cantidad de aceite es tan importante comola elección del lubricante

• Es frecuente la idea de llenar por encima del nivel para que quede “bien lubricado”

Nivel de aceite

• Alto nivel: agitación adicional, se incrementa la fricción fluida y por lo tanto la temperatura.

• Bajo nivel: es más crítico, ocurre contactometal – metal, ocurre desgaste adhesivo y luego abrasivo

Nivel de aceite

• Es muy importante mantener el visor limpio

Visor de aceite

Nivel de aceite

• La cantidad de llenado con grasa puedecambiar

• La posición del reductor también afecta

Reductor conaceite

Reductor congrasa

Filtraje externo

• Hay ocasiones en las que es necesario filtrar el aceite en marcha

• Se recomienda tener un filtro grande de unas 40 micras y luego el fino (para engranes basta con 20 micras)

(*) Nuevos estudios han demostrado que se requieren filtros de hasta 10 micras, dependiendo del fabricante y del medio ambiente.

Niveles de limpieza del sistema ISO 4406ISO 15/12 - ISO 16/13 - R6, R14

- Se recomienda consultar con fabricante

Agua

• Periódicamente hay que drenar el agua que se condensa en los depósitos

Análisis de laboratorio

Inspecciones y fotografías

• Hay que llevar registros de todo lo que hagamos

Procedimiento de cambio

• Planificar el paro con producción

• Parar el reductor• Drenar el aceite en caliente• Tomar muestra de aceite para

verificar el estado del reductor y como referencia

• Destapar visitas• Limpiar el sistema con un

aceite ligero• Llevarlo a nivel y arrancarlo

sin carga hasta que alcancela temperatura de operación

• Parar, remover visitas y hacerinspección, si esta bien seguirtrabajando hasta verlo limpio

Procedimiento de cambio

• Drenar el aceite de limpieza• Cambiar filtros si fuera

sistema de circulación• LLenar al nivel correcto y

arrancar• Destapar visitas y revisar

boquillas de sprayeado• Llevarlo a la temperatura de

trabajo• Revisar presiones y fugas• Parar y revisar• Sacar otra muestra para

usarla como base

Herramientas para el cambio

• Recipientes para el aceite usado

• Recipientes de transferencia

• Embudos• Bombas de aceite• Manejo de depósitos• Aceite nuevo• Mangueras• Tapones• Filtros• Herramientas

Fallas en engranes

Fallas

• Desgaste• Fatiga superficial• Flujo plástico• Ruptura

Fallas

• Desgaste– Pulido– Abrasivo– Corrosivo

• Scoring• Fatiga superficial• Flujo plástico• Fractura• Manufactura• Compuestas

Desgaste

Abrasión

Causa tipica: Se produce por contaminación de partículas arrastradas por el aceite. Generalmente se notan rayaduras en la raíz y en la punta donde el deslizamiento es mayor. Las rayaduras generan microgrietas, picaduras y alteramiento en el perfil de los dientes.

Recomendación: Realizar análisis de aceite para verificar partículas y tamaño, se recomienda filtrar el aceite, verificar filtros, venteos y sellos. Realizar segundo análisis de aceite para verificar limpieza, solidos y metales dedesagste presentes.

Abrasivo

Desgaste

CorrosiónCausa tipica: Se produce por

accion de agentes externos o por condiciones de contaminación del sistema, en particular prescencia de agua y humedad fuera de especificaciones. Agua en prescencia de lubricantes con aditivos base Azufre ó Cloro, pueden acelerar el proceso de corrosión.

Recomendación: Realizar análisis de aceite para verificar cantidad de agua y condiciones del lubricante en uso. En caso de concentración de agua en el aceite, se afecta la viscosidad y aditivos, se recomienda su limpieza o cambio total, dependiendo del resultado del análisis de laboratorio.

Fatiga superficial(micropitting –pitting)

Causa probable: El picado destructivo no es problema de lubricación, pero un error en la viscosidad puede acelerar también el proceso. La fatiga superficial se identifica por picaduras en la raíz del dedendum de los dientes impulsores., si no se controla se presentará la destrucción y probable fractura de los dientes. Si se identifican grietas en la dirección del deslizamiento la picadura será acelerada.

Recomendación: Equilibrar cargas y verificar la alineación. Incrementar uno o dos grados la viscosidad. Utilizar lubricantes sintético o de alta tecnología con Sulfuro de Molibdeno o con aditivos especializados.

Picadura inicial o Pitting

Picadura avanzada

PRUEBA FZG EN ENGRANES DIN 51 354

Objetivo de la pruebaDetermina la capacidad de carga y resistencia de un lubricante en condiciones de película limite y EP. Se mide el desgaste y la aparición de “microppiting” en el par de engranajes de prueba.

Prueba FZG en engranes

DIN 51 354

PRUEBA FZG EN ENGRANES DIN 51 354 - ETAPAS

Lubricantes de alto rendimiento

Aceites convencionales

Lubricantes de engranes

Lubricantes hidráulicos Presión

superficial media a alta

Presión puntual alta, con cargas de

choque.

Prueba FZG Prueba FZG -- Prueba de límite de carga Prueba de límite de carga

Lubricantes especializados

Etapa de

Prueba

Presión Hertz

N/mm2

Tipo de Lubricante Evaluación

Prueba FZG en engranes - DIN 51 354 - Etapas

PRUEBA DE RESISTENCIA ( FZG ) MICROPITTINGAparición de micropitting o pitting en

los engranajes de prueba

Fatiga superficial

• DescostradoCausa probable: Fatiga superficial por altos esfuerzos de

tensión y compresión, si se presenta en intervalos cortos de operación, puede ser un defecto de tratamiento térmico. La lubricación no es la causa, pero un error en la selección de la viscosidad o calidad de aditivos, pueden acelerar el proceso.

Recomendación: Verificar la carga de trabajo, viscosidad y tipo de aditivos.

Flujo plásticoCausa Tipicas: Surge por trabajar el

engranaje por arriba de su carga de deformación en combinación con vibración no controlada. El material fluye hacia los extremos de los dientes formando rebordes que destruyen el perfil original de los dientes.

Recomendación: Verificar las cargas del reductor, incrementar la viscosidad del aceite., verificar dureza de los dientes.

FracturasCausas típicas: Surge como resultado de

una gran repetición de cargas. Puede presentarse por sobrecarga cuando se excede la resistencia de tensión del material, de ninguna manera se debe a defecto de lubricación. El desalineamientoacelera el proceso de fatiga.

Recomendaciónes: Verificar las cargas del reductor, si la fractura es temprana se sugiere analizar el diseño, montaje y selección del engranaje, y dureza contra las cargas de trabajo de diseño.

Compuestas

Residuos (Lodos o barnices)

Consideraciones finales

Qué debiéramos buscar en un aceite de engranes?

• Mayores intervalos de cambios

• Menores temperaturas de operación

• Menos fricción• Menor desgaste

• Menores costos de mantenimiento

• Menores costos totales• Reducir el consumo

energético• Efectos ambientales

positivos• Menores paradas• Mayor vida de los

equipos

Como medir una buena lubricación?

• Tiempo perdido.– Debido a cambios o

rellenos.– Debido a reparaciones.– Es programado?

• Fotografías de la condición del equipo– Durante paradas.– Durante cambios de

aceite.– Durante reparaciones.– Del equipo en general

Como medir una buena lubricación?

• Impresiones de los dientes.

• Temperaturas de operación

• Análisis de laboratorio.• Costo del lubricante.• Costo de la mano de

obra.• Costo de los repuestos.• Costo de la parada.• Análisis de vibración

Algunos consejos

• Engranes nuevos– Recubrimientos del fabricante contra la herrumbre– Observar engranajes durante las primeras 700 a

1,000 horas de trabajo.– Contaminantes durante el traslado– No dejar equipos afuera de bodegas– Acumulación de agua– Limpieza con solventes de petroleo

• Seguridad y salud• Exposición de las piezas (aceite de baja viscosidad)

Algunos consejos

• Asentamiento inicial– Rodarlo sin carga– Cambiar el aceite a las primeras 250-500 horas

Operación sin problemas

• La vida útil depende de el diseño, metalurgia, lubricación y condiciones de operación

• La lubricación correcta depende de:– Lubricante adecuado– Cantidad adecuada– En el momento adecuado– En el lugar correcto– Actitud adecuada

Muchas gracias!!!

Bibliografía

• Albarracín Aguillón Pedro. Tribología y lubricación industrial y automotriz. Lubricación de reductores y engranajes abiertos: 779 – 950

• Association of Iron and Steel Engineers. The Lubrication Engineers Manual Second Edition. Gears and their lubrication: 407 – 433

• Association of Iron and Steel Engineers. The Lubrication Engineers Manual Second Edition. Lubricant additives: 591 – 598

• Booser E. Richard. Handbook of lubrication, Theory and practice of tribology Volume II. Gears: 539 - 564

• Booser E. Richard. Tribology Data Handbook. Steel Industry Lubricant Guides: 370 - 374• Booser E. Richard. Tribology Data Handbook. Fundamentals of Elastohydrodynamic

Lubrication : 611 – 637• Booser E. Richard. Tribology Data Handbook. Gear Lubricant Selection and Application: 781 -

799• Booser E. Richard. Tribology Data Handbook. Gear Distress and Failure Modes: 986 – 1008• Castrol. Principles of lubrication• Deutschman, Michels, Wilson. Diseño de Maquinas. Engranes rectos: 543 – 625• Deutschman, Michels, Wilson. Diseño de Maquinas. Engranes rectos helicoidales, de gusano,

cónicos y otros tipos de engranes: 627 – 681 • Drago Raymond J. Fundamentals of Gear Design. Gear Types• Drago Raymond J. Fundamentals of Gear Design. Failure modes• Drago Raymond J. Fundamentals of Gear Design. Load rating• Drago Raymond J. Fundamentals of Gear Design. Lubrication

Bibliografía

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