ENGRANAJES
Autores:
Manuel Romero GirónRafael Ruiz Ortega
Elementos de Máquinas. C.F.G.S. Mecatrónica Industrial.
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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
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1- Introducción
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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
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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
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2-El engranaje
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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.
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3- Ventajas y desventajas
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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.
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4-Aplicaciones
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4- Aplicaciones
CAJA DE CAMBIOS MECANISMO DIFERENCIAL
BOMBA HIDRÁULICA
GRAN VARIEDAD DE TAMAÑOS Y FORMAS
CAMPO DE APLICACIÓN ILIMITADO
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5-Tipos de engranajes
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5- Tipos de engranajes
A. SEGÚN EL TIPO DE DENTADO
RECTOS HELICOIDALES
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5- Tipos de engranajes
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
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5- Tipos de engranajes
ENGRANAJES CILÍNDRICOS DE DENTADO RECTO
EXTERNOS INTERNOS
SENTIDOS DE GIRO OPUESTOS SENTIDOS DE GIRO IGUALES
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5- Tipos de engranajes
ENGRANAJES CILÍNDRICOS DE DENTADO HELICOIDAL
DIENTES INCLINADOS SOPORTAN CARGA AXIAL ENGRANE PROGRESIVO :
MENOS VIBRACIONESMENOS RUIDOS
DOBLE HERRINGBONE SIMPLE
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5- Tipos de engranajes
ENGRANAJES CÓNICOS
CÓNICOS RECTOS CÓNICOS HELICOIDALES
DE CORONA Y PIÑÓN RECTO ZEROL
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5- Tipos de engranajes
ENGRANAJES HIPERBÓLICOS
HELICOIDAL CRUZADO DE SIN FIN CAVEX DE SIN FIN ENVOLVENTE
HIPOIDAL ESPIROIDE HELICON BEVELOID
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A modo de resumen
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6-Mecanizado de engranajes
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6- Mecanizado de engranajes
Métodos para fabricar engranajes
CONFORMACIÓN
TALLADO
FORMADO EN FRÍO
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6- Mecanizado de engranajes
Métodos para fabricar engranajes
TALLADO
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6- Mecanizado de engranajes
Métodos para fabricar engranajes
TALLADO
DESBASTE
ACABADO
DE FORMA (POR COPIA)
POR GENERACIÓN (RODADURA)
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6- Mecanizado de engranajes
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.
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6- Mecanizado de engranajes
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
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6- Mecanizado de engranajes
TALLADO DE FORMA
La herramienta tiene la forma del espacio entre dientes.
TALLADO POR GENERACIÓN
Se realiza el engrane entre dos elementos.
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6- Mecanizado de engranajes
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7-Tratamientos superficiales
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7- Tratamientos superficiales
Métodos para endurecer los dientes de los engranajes
CARBURIZADO
POR INDUCCIÓN
NITRURADO
POR FLAMA
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7- Tratamientos superficiales
Métodos para endurecer los dientes de los engranajes
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.
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7- Tratamientos superficiales
Métodos para endurecer los dientes de los engranajes
- 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
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8-Fallos
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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
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•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
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•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
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•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
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9-Lubricación
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9- Lubricación
Funciones
Reducir al mínimo:
- Contacto metal-metal - Coeficiente de fricción
- Pérdidas - Desgaste
- Sobrecalentamiento - Corrosión
-Impactos - Esfuerzos
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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.
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10-Cálculo de engranajes
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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
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10- Cálculo de engranajes
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’.
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10- Cálculo de engranajes
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10- Cálculo de engranajes
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10- Cálculo de engranajes
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.
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10- Cálculo de engranajes
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.
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10- Cálculo de engranajes
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
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10- Cálculo de engranajes
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
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10- Cálculo de engranajes
PIÑÓN RUEDA
z1 = 18 d. z2 = ?
m1 = 5 m2 = ?
a = 150 mm
α = 20 °
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10- Cálculo de engranajes
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
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11-Videos
52Elementos de Máquinas. C.F.G.S. Mecatrónica Industrial.
https://www.youtube.com/watch?v=kVTS8sLQUVI
53Elementos de Máquinas. C.F.G.S. Mecatrónica Industrial.
https://www.youtube.com/watch?v=ZghwSBiM0sU
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