REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACION SUPERIOR INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGIA DE CABIMAS PROGRAMA NACIONAL DE FORMACION (PNF) MECANICA
DISEÑO DE TRENES DE ENGRANES
Autor MAVAREZ, BEYKER C.I.: 16.160.171
Cabimas, marzo de 2012.
DISEÑO DE TRENES DE ENGRANES ESQUEMA INTRODUCCION 1. Necesidad e importancia de los engranes 2. Clasificación de los engranes 3. Definición de tren de engrane 4. Relación entre velocidad de giro y el diámetro primitivo de engranes recto 5. Tren simple y tren compuesto 6. Relación de transmisión de los trenes simples y compuesto 7. Trenes epicicloidales o planetarios
CONCLUSIÓN
INTRODUCCION
El siguiente trabajo se efectúa una revisión de la definición de engranes y su clasificación para luego dar las razones de su uso en la transmisión de velocidad sea incrementándola o reduciéndola, se hace una clara diferenciación entre trenes de engranes simples y compuestos y que tiene que ver el diámetro primitivo de estos con las relaciones de velocidad que se desean producir con un tren de engrane, para ello se emplearon distintas fuentes vía web en el área académica del diseño y construcción de sistemas de transmisión de velocidad.
DISEÑO DE TRENES DE ENGRANES 1.
NECESIDADES E IMPORTANCIA DEL ENGRANE Un engranaje sirve para transmitir movimiento circular mediante contacto de
ruedas dentadas. Una de las aplicaciones más importantes de los engranajes es la transmisión del movimiento desde el eje de una fuente de energía, como puede ser un motor de combustión interna o un motor eléctrico, hasta otro eje situado a cierta distancia y que ha de realizar un trabajo. De manera que una de las ruedas está conectada por la fuente de energía y es conocido como engranaje motor y la otra está conectada al eje que debe recibir el movimiento del eje motor y que se denomina engranaje conducido. Si el sistema está compuesto de más de un par de ruedas dentadas, se denomina tren. Las razones para utilizar trenes de engranajes: 1. No es posible obtener la relación de transmisión únicamente con una pareja de ruedas. a) Una relación de transmisión muy distinta de la unidad conduce a ruedas muy grandes. b) La relación de transmisión es irreducible. c) La relación de transmisión es un número racional. d) Cuando los ejes están excesivamente alejados. 2. Se desea obtener mecanismos con relación de transmisión variable.
2.
CLASIFICACION DE LOS ENGRANES Engranes rectos. Los engranajes cilíndricos rectos son el tipo de engranaje
más simple y corriente que existe. Se utilizan generalmente para velocidades pequeñas y medias; a grandes velocidades, si no son rectificados, o ha sido
corregido su tallado, producen ruido cuyo nivel depende de la velocidad de giro que tengan.
Engranes cónicos. Los engranajes cónicos tienen forma de tronco de cono y permiten transmitir movimiento entre ejes que se cortan. Sus datos de cálculo se encuentran en prontuarios específicos de mecanizado. Entre los cónicos tenemos los siguientes:
Engranajes cónicos de dientes rectos. Efectúan la transmisión de
movimiento de ejes que se cortan en un mismo plano, generalmente en ángulo recto aunque no es el único ángulo pues puede variar dicho ángulo como por ejemplo 45, 60, 70, etc, por medio de superficies cónicas dentadas. Los dientes convergen en el punto de intersección de los ejes. Son utilizados para efectuar reducción de velocidad con ejes en 90°. Estos engranajes generan más ruido que los engranajes cónicos helicoidales. En la actualidad se usan muy poco
Engranaje cónico helicoidal. Se utilizan para reducir la velocidad en un
eje de 90°. La diferencia con el cónico recto es que posee una mayor superficie de contacto. Es de un funcionamiento relativamente silencioso. Además pueden transmitir el movimiento de ejes que se corten. Los datos constructivos de estos engranajes se encuentran en prontuarios técnicos de mecanizado. Se mecanizan en fresadoras especiales.
Engranaje cónico hipoide.
Un engranaje hipoide es un grupo de
engranajes cónicos helicoidales formados por un piñón reductor de pocos dientes y una rueda de muchos dientes, que se instala principalmente en los vehículos industriales que tienen la tracción en los ejes traseros. Tiene la ventaja de ser muy adecuado para las carrocerías de tipo bajo, ganando así mucha estabilidad el vehículo. Por otra parte la disposición helicoidal del dentado permite un mayor contacto de los dientes del piñón con los de la corona, obteniéndose mayor robustez en la transmisión. Su mecanizado es muy complicado y se utilizan para ello máquinas talladoras especiales.
Tornillo sin fin y corona.
Es un mecanismo diseñado para transmitir grandes
esfuerzos, que también se utiliza como reductor de velocidad aumentando la potencia de transmisión. Generalmente trabaja en ejes que se cruzan a 90º. Tiene la desventaja de
que su sentido de giro no es reversible, sobre todo en grandes relaciones de transmisión, y de consumir en rozamiento una parte importante de la potencia. En las construcciones de mayor calidad la corona está fabricada de bronce y el tornillo sin fin, de acero templado con el fin de reducir el rozamiento. Si este mecanismo transmite grandes esfuerzos es necesario que esté muy bien lubricado para matizar los desgastes por fricción.
3.
DEFINICION DE TREN DE ENGRANES Se llama tren de engranajes a aquella transmisión en la que existen más de dos
engranajes. Los trenes de engranajes se utilizan cuando
La relación de transmisión que se quiere conseguir difiere mucho de la unidad.
Los ejes de entrada y de salida de la transmisión están muy alejados.
Se quiere que la relación de transmisión sea modificable. Los trenes de engranajes se pueden clasificar en trenes
simples, si existe sólo
una rueda por eje; y compuestos, si en algún eje hay más de un engranaje. También se puede diferenciar entre
trenes reductores y multiplicadores,
según que la relación de transmisión sea menor o mayor que la unidad. La relación de transmisión entre el eslabón conductor y el conducido es: En los trenes de engranajes a la relación de transmisión se le atribuye signo positivo si los sentidos de giro de entrada y de salida son iguales, y negativo si son opuestos. Además, en los trenes de engranajes los ejes de entrada y de salida pueden ser paralelos, cruzarse o cortarse en el espacio. Los trenes de engranajes que se han considerado hasta ahora se caracterizan porque los ejes de todas las ruedas están fijos mediante cojinetes al bastidor; por eso, se dice que son trenes de engranajes ordinarios. Existen trenes de otro tipo, en los que el eje de alguna rueda no está fijo al bastidor, sino que se puede mover. A esta clase de ruedas se las conoce como
ruedas satélites, y a los trenes de engranajes que tienen alguna rueda de este tipo se les denomina trenes epicicloidales, planetarios o de ruedas satélites.
4.
RELACION ENTRE LA VELOCIDAD DE GIRO Y EL DIAMETRO PRIMITIVO DEL ENGRANE RECTO Un par de engranes que trabajan unidos se diseñan a partir de sus círculos
primitivos o de paso, estos círculos son siempre tangentes entre sí. El diámetro de estos círculos se obtiene de multiplicar el módulo por la cantidad de dientes. El módulo se define como el tamaño de los dientes y para que dos engranes trabajen juntos deben tener igual módulo. Se tiene entonces:
Dp = M* Z En donde Dp:
Diámetro primitivo o de paso
M:
Módulo
Z:
Cantidad total de dientes del engrane
Si se tienen dos engranajes 1 y 2 con velocidades de giro n1(rpm) y n2 (rpm) se pueden obtener unas relaciones de gran utilidad. Si los dos engranes van a trabajar juntos, en una unidad de tiempo ambos recorren la misma cantidad de metros, por ejemplo en un minuto ambos recorren:
n1* p* Dp1 = n2 * p* Dp2 n1/ n2 = Dp2 / Dp1; Pero Dp = M*Z n1 / n2 = Z2 / Z1
Se define la relación de transmisión i: 1 como la cantidad de vueltas que debe dar el engranaje motor para que el engranaje conducido de una vuelta. Por ejemplo, un reductor que disminuya a un cuarto la velocidad de giro tiene una relación 4: 1. En general:
i = n1 / n2 = Dp2 / Dp1 = Z2 / Z1 De esta forma, un diseño de engranajes parte por definir el módulo y la relación de transmisión que se desea, de esta forma y usando las relaciones anteriores se obtienen los diámetros de paso. En el diseño de los engranajes se busca la forma y el ancho del diente para soportar las cargas que se ejercen sobre ellos. Esta carga varía principalmente, dependiendo de la potencia transmitida y de la velocidad de giro. Dependiendo de los esfuerzos que se producen en los dientes, se pueden fabricar engranajes de diversos materiales y en una gran cantidad de formas. La última figura, muestra ejemplos de engranajes y ruedas catalinas fabricadas en la empresa Bignotti Hnos. que es frecuentemente visitada por los alumnos de este ramo, como parte de las actividades necesarias para conocer más de cerca los mecanismos y procesos de manufactura existentes en el país.
5.
TREN SIMPLE Y TREN COMPUESTO Trenes de engranes recurrentes simples. Existe cuando un engrane está
unido a una flecha y se encuentra transmitiendo con otro o más engranes. (1 eng/eje).
Tren de engrane simple
Trenes de engranes recurrentes compuestos. Se forma cuando un eje tiene montados más de un engrane no importando la distancia entre estos. (+ de 1eng/eje).
Trenes de engranes recurrentes compuestos
6. RELACIÓN DE TRANSMISIÓN DE TRENES SIMPLES Y TRENES COMPUESTOS
Las ruedas intermedias no afectan a la relación de transmisión, solo modifican el sentido de giro y la distancia entre centros.
Tren ordinario simple
Tren ordinario compuesto
7. TRENES EPICICLOIDALES (PLANETARIOS) Los engranajes planetarios, interiores o anulares son variaciones del engranaje recto en los que los dientes están tallados en la parte interior de un anillo o de una rueda con reborde, en vez de en el exterior. Los engranajes interiores suelen ser impulsados por un piñón, (también llamado piñón Sol, que es un engranaje pequeño con pocos dientes). Este tipo de engrane mantiene el sentido de la velocidad angular. El tallado de estos engranajes se realiza mediante talladoras mortajadoras de generación. La eficiencia de este sistema de reductores planetarios es igual a 0.98^( Numero de etapas); es decir si tiene 5 etapas de reducción la eficiencia de este
reductor seria 0,904 o 90,4% aproximadamente. Debido a que tienen más dientes en contacto que los otros tipos de reductores, son capaces de transferir / soportar más torque; por lo que su uso en la industria cada vez es más difundido. Ya que generalmente un reductor convencional de flechas paralelas en aplicaciones de alto torque debe de recurrir a arreglos de corona / cadenas lo cual no solo requiere de más tamaño sino que también implicara el uso de lubricantes para el arreglo corona / cadena. La selección de reductores planetarios se hace como la de cualquier reductor, en función del torque (Newton-metro). Como cualquier engranaje, los engranajes del reductor planetario son afectos a la fricción y agotamiento de los dientes, (en ingles "pitting" y "bending"). Debido a que los fabricantes utilizan diferentes formas de presentación del tiempo de operación para sus engranajes y del torque máximo que soportan, la ISO tiene estándares para regular esto: ISO 6636 para los engranajes, ISO 281 para los rodamientos e UNI 7670 para los ejes.
De esta forma se pueden
comparar realmente las especificaciones técnicas de los engranajes / reductores y se puede proyectar un tiempo de operación antes de fallo de cualquiera de los mismos, (ya sean engranajes para reductores planetarios o flechas paralelas).
CONCLUSION
Finalizado el trabajo se ha concluido lo siguiente: Engranaje es una rueda o cilindro dentado empleado para transmitir un movimiento giratorio o alternativo desde una parte de una máquina a otra. Un conjunto de dos o más engranajes que transmite el movimiento de un eje a otro se denomina tren de engranajes. Los engranajes se utilizan sobre todo para transmitir movimiento giratorio, pero usando engranajes apropiados y piezas dentadas planas pueden transformar movimiento alternativo en giratorio y viceversa. Los engranajes cilíndricos rectos son el tipo de engranaje más simple y corriente que existe. Se utilizan generalmente para velocidades pequeñas y medias; a grandes velocidades, si no son rectificados,
o ha sido corregido su
tallado, producen ruido cuyo nivel depende de la velocidad de giro que tengan. Los engranajes planetarios, interiores o anulares son variaciones del engranaje recto en los que los dientes están tallados en la parte interior de un anillo o de una rueda con reborde, en vez de en el exterior.
Los trenes de engranes recurrentes compuestos se forman cuando un eje tiene montados más de un engrane no importando la distancia entre estos igualmente los trenes de engranes recurrentes simples se producen cuando un engrane está unido a una flecha y se encuentra transmitiendo con otro o más engranes.
