4 Engranajes lubricacion

Lubricantes para engranajes

EL TUTOR DE LUBRICACION SHELL

Módulo Cuatro

Contenido Sección Uno Principios de la acción de engranajes Introducción Tipos de engranajes Combinaciones de engranajes Resumen Sección Uno

Sección Dos

Método para selección de aceites lubricantes en cajas de engranajes industriales cerrados Resumen Sección Dos

Sección Tres Fallas en engranajes Clasificación de las fallas en engranajes

La lubricación de engranajes

Fallas en los dientes de los engranajes

Las funciones de los lubricantes de engranajes

Examinando dientes de engranaje

Las propiedades requeridas para un lubricante de engranajes Grados de viscosidad para engranajes Indice de viscosidad La selección de lubricantes para engranajes cerrados Métodos de aplicación Lubricantes para engranajes abiertos Engranajes automotrices Test de desempeño para engranajes automotrices Servicios de calidad API para aceites de transmisión y diferenciales Principales Test



Módulo Cuatro

Sección Uno PRINCIPIOS DE LA ACCION DE ENGRANAJES Los engranajes juegan un papel vital en la industria siendo encontrados en casi todo tipo de maquinaria. Su lubricación apropiada es claramente de gran importancia. Con el objeto de entender los principios y las prácticas de la lubricación de engranajes, necesitamos conocer un poco acerca de los diferentes tipos de engranajes, cuándo y porqué son usados. Estos temas conforman la materia de la primera sección de este Módulo. Cuando usted haya estudiado la información clave en esta sección usted será capaz de: Explicar qué es un engranaje, qué hace y que ventajas tienen los engranajes sobre otro tipo de métodos mecánicos de transmisión de potencia. Nombrar y describir los tres tipos principales de engranajes utilizados para transmitir movimiento entre ejes paralelos, y resumir ventajas y desventajas.

Explicar porqué las combinaciones de engranajes son comúnmente usadas y describir las combinaciones más utilizadas.

Si usted estudia la información suplementaria, usted además será capaz de: Definir el término relación de engranaje y explicar como está relacionado a número de dientes del engranaje. Explicar los significados de los términos comúnmente usados en las descripciones de engranajes de addendum y dedendum, cara, paso, paso del engranaje y línea de paso. Explicar porqué la mayoría de los dientes del engranaje están cortados por un perfil curvo.

Nombrar los dos tipos de engranajes usados para transmitir movimiento entre ejes intersectos y distinguirlos entre ellos.

Describir los movimientos de rotación y deslizamiento que tienen lugar cuando los engranajes encajan.

Nombrar y describir los tres tipos de engranajes usados para transmitir movimiento entre ejes cruzados y resumir sus ventajas y desventajas.

Aplicar comercialmente en su labor de vendedores los conocimientos teóricos adquiridos.

Lubricantes para engranajes INTRODUCCION Un engranaje es simplemente una rueda con dientes.


Módulo Cuatro cidad: aún a 110 kph las ruedas giran a 1.000 r.p.m. Los engranajes en la caja de velocidades de un vehículo y la transmisión proveen la reducción necesaria en velocidad.

Dos o más engranajes son utilizados en combinación para transmitir movimiento entre dos ejes que rotan, usualmente con un cambio de velocidad y torque (o fuerza de giro) y frecuentemente con un cambio de dirección. La gran ventaja de los engranajes sobre otros métodos de transmisión de potencia, tales como correas, cadenas o cuerdas, es que los engranajes pueden transmitir mayores fuerzas a altas velocidades. Además los engranajes lo hacen de una manera suave y sin deslizarse. Los engranajes proveen una forma conveniente y efectiva de transmitir movimiento y potencia que prácticamente se puede encontrar en casi todo tipo de maquinaria. Su rango en tamaño puede variar desde pequeñísimos engranajes en los mecanismos de los relojes y otros mecanismos delicados, hasta enormes ruedas dentadas de varios metros de diámetro utilizados en algunas cajas de engranajes industriales. Los engranajes son frecuentemente usados para transmitir potencia entre un motor o cualquier otro tipo de generador de potencia, y una máquina. Ellos permiten que tanto el motor y la máquina funcionen eficientemente. Por ejemplo, un típico motor de un carro funciona más eficientemente cerca a las 4.000 r.p.m. Las ruedas del vehículo tienen que girar mucho más lento que esta velo-

Mecanismo sencillo de engranajes.

Sistema de transmisión de vehículo de 4 ruedas.



Módulo Cuatro

Más acerca de

RELACION DE ENGRANAJE l más pequeño de un par de engranajes se conoce como piñón. Si el piñón está sobre el eje que mueve, el par de engranajes actúa para reducir la velocidad. Si el piñón está sobre el eje accionado, el par de engranajes actúa para incrementar la velocidad.

E

La relación entre la velocidad de entrada y la velocidad de salida es conocida como la relación de engranaje. Como la velocidad a la que los engranajes giran es proporcional al número de dientes que poseen, la relación de engranaje es la misma que la relación de número de dientes de los engranajes de mando y accionado. En la ilustración se observa un par con una relación 6:1 (48 dividido por 8). Un par de engranajes que reducen la velocidad, incrementan el torque; un par de engranajes que aumentan la velocidad, disminuyen el torque. Despreciando los efectos de la fricción, la relación de los torques de entrada y salida es la inversa de la relación de las velocidades de entrada y salida. Así, un par de engranajes que actúan para reducir la velocidad en un sexto, tendrá un incremento de 6 veces el torque.

Menor velocidad Mayor torque

Mayor velocidad Menor torque

Lubricantes para engranajes TIPOS DE ENGRANAJES Hay solamente unos pocos tipos de engranajes básicos, a pesar de las enormes variaciones en tamaños y aplicaciones. Los tipos de engranajes pueden ser convencionalmente clasificados de acuerdo a la dirección en que transmiten el movimiento: ya sea entre ejes paralelos, entre ejes intersectos o entre ejes no intersectos.


Módulo Cuatro Para convertir un movimiento de rotación en lineal se utilizan los engranajes de cremallera y piñón rectos, la cremallera se mueve en dirección normal al eje del piñón. Los engranajes helicoidales son similares a los engranajes rectos pero tienen los dientes un poco desviados formando ángulo con el eje.

Engranajes que transmiten el movimiento entre dos ejes paralelos. El engranaje más simple de todos es el engranaje recto. Este tiene ruedas con dientes rectos los cuales son paralelos al eje. Cuando los engranajes giran, solamente uno o dos dientes de las ruedas opuestas se encajan en cualquier momento. El contacto entre los dientes tiene lugar abruptamente a lo ancho de todo el diente. Como resultado, los engranajes rectos tienden a ser muy ruidosos y corren toscamente a altas velocidades. Cuando ocurre el desgaste de los dientes las condiciones de operación son aún peores, por esto los engranajes rectos están limitados a velocidades relativamente bajas. Los dientes no están sometidos a esfuerzos axiales de ninguna naturaleza. Los engranajes rectos interiores se obtienen al ser tallados los dientes, en la parte interior de una corona, los ejes giran en el mismo sentido. Se emplea en conjuntos planetarios que permiten extraordinarias reducciones y ocupa poco espacio, ejemplo servotransmisiones.

Engranajes rectos



Módulo Cuatro La principal desventaja de los engranajes helicoidales es que sus dientes al estar en ángulo generan empujes laterales cuya magnitud varía de 10 al 15 % de la fuerza que ellos transfieren de acuerdo al ángulo de la hélice. Cojinetes que puedan absorber estos empujes laterales deben ser usados en conjunto con los engranajes helicoidales simples.

Engranajes helicoidales

Este diseño hace que el contacto entre los dientes de las ruedas opuestas tenga lugar suave y gradualmente, con varios dientes en contacto simultáneamente. Los engranajes helicoidales, giran más silenciosa y suavemente que los engranajes rectos. Además, si algún diente se llagara a desgastar, la carga se le transfiere a los otros dientes en contacto disminuyendo así la carga sobre el diente desgastado. Debido a estas ventajas, los engranajes helicoidales son ampliamente utilizados para transmitir potencia a altas y bajas velocidades entre ejes paralelos.

Los empujes laterales pueden ser eliminados con el uso de engranajes helicoidales dobles, algunas veces conocidos como engranajes de espina de pescado. Aquí cada rueda tiene dos juegos de dientes helicoidales corriendo en direcciones opuestas. Los empujes laterales son eliminados con el empuje de los dientes ubicados en sentido opuesto. Los engranajes helicoidales dobles son usados donde son importantes las altas cargas, la operación silenciosa y suave, por ejemplo en reductores de velocidad de una turbina generadora y aplicaciones similares. Transmisión de cargas pesadas a altas velocidades. Los engranajes rectos, helicoidales y helicoidales dobles, ilustrados arriba, son algunas veces conocidos como engranajes externos. Los engranajes de cremallera y piñón internos mostrados abajo son dos variaciones comunes de estos tipos de engranajes los cuales se ven diferentes pero tienen características similares. La cremallera y piñón helicoidales se relacionan con los engranajes helicoidales, así como la cremallera y el piñón recto se relacionan con engranajes rectos.



Módulo Cuatro

Cremallera y piñón. Engranaje helicoidal dable.

Engranajes que transmiten movimiento entre ejes intersectos. Cuando es necesario transmitir potencia y movimiento entre dos ejes que se interceptan en ángulo, se utilizan los engranajes cónicos. Los dientes sobre los engranajes cónicos parece que hubiesen sido cortados de un cono en la punta de un eje, en lugar de un cilindro. Hay dos tipos de engranajes cónicos:

Engranaje interno.

Engranajes cónicos rectos, tienen los dientes rectos. En este diseño, al igual que los engranajes rectos, solo uno o dos partes de dientes están en contacto a la vez. Por lo tanto estos engra-

Lubricantes para engranajes najes están limitados relativamente a bajas velocidades.


Módulo Cuatro `

Engranajes cónicos helicoidales, tienen dientes en ángulo para proveer un encaje suave. Tienen ventajas similares a los engranajes y pueden rodar mucho más rápido que los engranajes cónicos rectos. Engranajes que transmiten movimiento entre dos ejes no intersectos. El movimiento puede ser transmitido entre ejes que no sean paralelos ni se intercepten, mediante los engranajes helicoidales cruzados o engranajes oblicuos. Hay un área de contacto muy limitada entre los dientes de estos engranajes, por lo tanto están sujetos esfuerzos considerables. Los engranajes pueden ser solamente usados para transferir bajas cargas a bajas velocidades y no son muy utilizados en la industria.

Engranajes cónicos planos y de espiral.

Engranajes helicoidales cruzados.

Lubricantes para engranajes TERMINOLOGIA DE LOS ENGRANAJES lgunos de los términos comúnmente usados en la descripción de los engranajes son citados a continuación.

A


Módulo Cuatro Cara: La superficie del diente de un engranaje que hace contacto con las superficies de los dientes en el engranaje que encaja. Flanco: Un lado de la superficie de un diente. Pitch: La distancia entre los puntos idénticos en dientes adyacentes en el mismo engranaje. Círculo Pitch: La curva que conecta los puntos medios de contacto de todos los dientes en un engranaje. Línea Pitch: Una línea en un diente de un engranaje que marca el punto medio de contacto con un diente encajado. La línea pitch muy pocas veces se encuentra expresada en la mitad entre la raíz y la punta del diente.

Addendum: La distancia entre la punta del diente de un engranaje y el círculo pitch. Dedendum: La distancia entre la raíz de un diente y el círculo pitch.

Cresta: La superficie más alta del diente. Tip: La línea donde la superficie de la cresta del diente y su cara se encuentran. Raíz: Es la base del diente.

Lubricantes para engranajes ACCION ENTRE LOS DIENTES DE LOS ENGRANAJES

L

os engranajes deben encajarse y girar con un mínimo de fricción.

Sus dientes deben ser por tanto diseñados para que puedan rodar en lugar de deslizarse uno sobre otro. Se puede mostrar teóricamente que la mejor forma para los dientes de los engranajes es el que se conoce como el perfil evolvente. Este perfil tiene forma de curva trazada desde la base de la rueda del mismo arco del diámetro de la rueda del engranaje. En la práctica, cuando un engranaje se encaja tienen lugar tanto la rodadura como el deslizamiento. Los diagramas de la página muestran la situación para un par de engranajes de dientes rectos. El primer contacto ocurre entre la base del diente que está siendo empujado y la punta del diente que empuja. El contacto continúa hasta que la punta del diente empujado se separe de la base del diente que empuja. La rodadura ocurre durante todo el contacto de la base a la punta del diente empujado y de labase a la punta del diente que empuja. El deslizamiento también tiene lugar, con la velocidad de deslizamiento máxima al iniciar el contacto, disminuyendo a cero en el punto medio e incrementándose otra vez hasta que el diente desencaje. Sobre el diente empujado, el desliza-


Módulo Cuatro miento es siempre en dirección saliendo de la línea de paso, mientras que en el diente que empuja es siempre entrando hacia la línea de paso. La combinación de la rodadura y deslizamiento ocurre con todos los tipos de engranajes. Sin embargo, la proporción de rodadura a deslizamiento y la dirección de deslizamiento en relación a la línea de contacto entre las superficies del diente varía de un tipo de engranaje a otro. Con los engranajes rectos y los cónicos rectos, la dirección del deslizamiento es en ángulo recto a la línea de contacto. Con los engranajes de tornillo sin-fin, algo de deslizamiento casi sobre las líneas de contacto puede ocurrir, mientras que con los helicoidales y cónicos helicoidales, la dirección del deslizamiento es intermedio entre estos dos extremos.



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Lubricantes para engranajes Los engranajes hipoidales, son usados para transmitir potencia y movimiento entre ejes en ángulo recto. Son similares a los engranajes cónicos espirales excepto que los ejes de mando y mandados son excéntricos. Los engranajes hipoidales dan especial origen a problemas de lubricación ya que la combinación de movimientos deslizantes, ejerce sobre la película de aceite tensiones que tienden a romperla y por lo tanto, son muy raros en la industria. Sin embargo, con apropiada lubricación los engranajes hipoidales operan de una forma suave y silenciosa a altas velocidades. Su principal utilización es en los ejes traseros de las transmisiones de vehículos. Debido a que permite tener el eje de propulsión excéntrico, la altura de la caja en el carro puede ser reducida para darle a los pasajeros más espacio. Los engranajes de tornillo sin-fin, son un desarrollo de un engranaje oblicuo en el cual los dos ejes están en ángulo recto uno con el otro. El engranaje de diámetro pequeño, o sin-fin, tiene una o más roscas continuas de tal forma que es equivalente a un engranaje con pocos dientes. Este engranaje tipo tornillo empuja la rueda, la cual es similar a un engranaje helicoidal recto excepto por sus dientes los cuales están inclinados para encajar en los dientes del sin-fin. Los engranajes de sin-fin se pueden encontrar en muchas aplicaciones industriales. Estos pueden producir grandes reducciones de velocidad, y por lo tanto se tiene un mayor incremento en el torque que otros engranajes simples. Como observare-


Módulo Cuatro mos adelante, la fricción en los engranajes sinfin puede ser considerable y por lo general pueden requerir lubricantes de mayor viscosidad, por ejemplo, los usados en engranajes rectos. Estos engranajes ofrecen serias dificultades para su lubricación y requieren materiales especiales para su construcción, pues con las grandes velocidades de deslizamiento lateral entre los dientes del sin-fin y los dientes de la rueda, la película lubricante tiende a romperse. Las áreas de contacto son agrandadas ligeramente sin-fin tiene dientes helicoidales y pueden aumentarse aún más si los dientes de la rueda son curvados para envolver el sin-fin parcialmente, en este caso el diseño se conoce como una garganta sencilla. Otros aumentos en áreas de contacto pueden efectuarse sí él sin-fin en sí mismo está garanteado, se llama entonces “Doble garganta”. Una característica de los engranajes de tornillo sin-fin es que las velocidades relativas de los dos componentes no están necesariamente definidos por sus diámetros, por que la separación del sinfin es el factor decisivo. Otra característica es que un engranaje sin-fin de alta reducción no puede transmitir impulso desde la rueda mayor a la pequeña (sin-fin), en algunas aplicaciones como las grúas o ascensores ofrece ventajas debido a que actúa como freno en caso de que por desperfecto la rueda tienda a impulsar el tornillo. Sin embargo, es posible la transmisión de doble dirección en los sin-fin es de arranque múltiple de baja relación.



Módulo Cuatro

Engranajes hipoidales.

Engranajes de tornillo sin-fin.

Lubricantes para engranajes MATERIALES DE LOS ENGRANAJES os dientes de los engranajes transfieren po tencia y movimiento a través de pequeñas áreas de contacto. Estas líneas de contacto están sujetas a esfuerzos muy altos y consecuentemente, el diente del engranaje debe ser fabricado de un material muy fuerte.

L

Los engranajes usados para aplicaciones industriales son usualmente fabricados de acero o de bronces endurecidos. El acero es normalmente usado para engranajes rectos, helicoidales y cónicos. Un número de factores, deben ser tenidos en cuenta cuando se escoge un acero en particular para ser usado en la fabricación de engranajes. Se requiere un acero muy resistente para que el desgaste sea mínimo, buena facilidad de maquinado, para facilitar la fabricación y una dureza razonable y elasticidad ayudará a mejorar la resistencia a los choques. El desgaste sobre el diente del engranaje puede frecuentemente ser minimizado usando diferentes aceros para cada uno de los componentes de un par de engranajes. En general, el material con el cual se fabrica un piñón debe ser más duro que el usado para un engranaje grande. En muchos engranajes helicoidales cruzados y engranajes de tornillo sin-fin donde se tienen deslizamientos considerables, se usan aceros


Módulo Cuatro endurecidos para el piñón, mientras que el engranaje movido es normalmente fabricado de bronce fosforado.

Lubricantes para engranajes COMBINACIONES DE ENGRANAJES En teoría, un simple par de engranajes es todo lo que se necesita para convertir una velocidad de entrada dada, en velocidad de salida requerida. Solo tres engranajes son necesarios si los ejes de entrada y salida deben rotar en la misma dirección. En la práctica, si se requiere un cambio considerable de velocidad o la distancia entre los ejes que giran es sustancial, se utilizan combinaciones de engranajes. Estas combinaciones denominadas trenes de engranajes, son capaces de producir la salida requerida evitando así la necesidad de engranajes excesivamente grandes. Las combinaciones de engranajes pueden ser divididas en engranajes abiertos o engranajes cerrados, estos últimos son normalmente conocidos como cajas de engranajes. Los engranajes abiertos son usados donde no es práctico o económico proveer una caja al engranaje. Normalmente son mecanismos muy grandes que operan en lugares abiertos tales como minas, canteras o muelles. Generalmente operan a bajas velocidades y raramente necesitan ser fabricados con el mismo grado de precisión de un engranaje cerrado de alta velocidad. Los engranajes cerrados son usados ampliamente. En una fábrica casi todo lo que se mueve: Bandas, secadores, ventiladores, bombas, equipos de manejo de materiales, plantas de procesos y muchos otros equipos de una planta, serán impulsados por un motor de combustión o eléctrico moviendo una caja de engranajes. La caja


Módulo Cuatro de engranajes normalmente es una unidad de propósito general construido por un fabricante especializado. Como usted puede esperar, una enorme variedad de tamaños y tipos de cajas de engranajes son usados en la industria. Aquí solamente es posible mencionar unas pocas combinaciones de engranajes comúnmente usados. Las cajas de engranajes que utilizan combinaciones de engranajes helicoidales son ampliamente usadas, porque pueden transmitir cargas altas silenciosa y eficientemente. Una versión de este tipo caja de engranajes en donde es posible seleccionar una de varias combinaciones de engranajes, tiene aplicación común en transmisiones automotrices.

Lubricantes para engranajes RESUMEN DE LA SECCION UNO Los engranajes son ampliamente usados en la industria para transmitir movimiento, casi siempre con cambios en velocidad, torque y dirección. Los engranajes operan suavemente para transmitir mayores fuerzas a mayores velocidades que otro método mecánico de transmisión de potencia tales como cables, cadenas, correas y ruedas de cadenas. Hay básicamente unos pocos tipos de engranajes. Los más importantes son: engranajes rectos, engranajes helicoidales y engranajes helicoidales dobles (usados para transmitir movimiento entre ejes paralelos); engranajes cónicos (usados para transmitir movimiento entre ejes intersectos); engranajes de tornillos sin-fin (usados para transmitir movimiento entre ejes no intersectos). Los engranajes rectos son ruedas con dientes rectos dispuestos paralelamente al eje de empuje. Tienen la tendencia de operar ruidosamente y están expuestos al desgaste. Los engranajes helicoidales simples tienen ruedas con dientes dispuestos en ángulo al eje. Operan más suavemente y pueden por lo tanto soportar cargas pesadas a altas velocidades. Sin embargo, estos generan empujes laterales. Los engranajes helicoidales dobles tienen las ventajas de los engranajes helicoidales simples y no generan empujes laterales.


Módulo Cuatro Los engranajes de tornillo sin-fin son ampliamente usados porque son capaces de producir reducciones considerables en velocidad e incrementos sustanciales en el torque. Los engranajes del mismo o diferentes tipos son frecuentemente usados en conjunto. Estas combinaciones son capaces de transmitir una cantidad requerida de potencia a una velocidad requerida sin limitaciones prácticas de tamaño y resistencia del material de engranaje. Las combinaciones de engranajes helicoidales, de helicoidales y cónicos espirales, de tornillo sin-fin y de tornillos comúnmente usadas. Las cajas de engranajes que utilizan estas combinaciones son producidas como modelos estándar por fabricantes especializados..


Sección Dos LA LUBRICACION DE ENGRANAJES En esta sección primero revisaremos las propiedades importantes que los lubricantes de engranajes deben poseer con el objeto de llevar a cabo sus funciones. Luego estudiaremos los factores que deben ser considerados cuando se selecciona un lubricante de engranajes para una aplicación en particular. Cuando usted haya estudiado la información clave de esta sección usted deberá ser capaz de: Mencionar cuatro de las funciones más importantes de un lubricante para engranajes. Resumir las ventajas y desventajas de los aceites y grasas como lubricante de engranajes. Describir el significado de las siguientes propiedades de los lubricantes de engranajes: Viscosidad, índice de viscosidad, resistencia a la oxidación, propiedades anticorrosión, propiedades antiespuma y demulsibilidad. Explicar cómo los siguientes factores afectan la escogencia de los lubricantes adecuados para engranajes cerrados: Tipo de engranajes y velocidad, temperatura ambiente y de operación, características de carga y métodos de aplicación de lubricante.


Módulo Cuatro Resumir los factores que afectan la escogencia de lubricantes adecuados para engranajes abiertos. Si usted estudia la información suplementaria usted también estará en condiciones de: Explicar cómo se puede determinar el grado de viscosidad óptimo para un lubricante de engranajes. Listar algunos tipos de fallas de los engranajes y explicar brevemente como surgen.

Lubricantes para engranajes LAS FUNCIONES DE LOS LUBRICANTES PARA ENGRANAJES La eficiencia con la cual un engranaje opera, depende no solo de la forma en la cual ellos son usados, sino también del lubricante que les sea aplicado. Los lubricantes para engranajes tienen varias funciones importantes para llevar a cabo: Lubricación


Módulo Cuatro Protección Los engranajes deben ser protegidos contra la corrosión y la herrumbre. Mantener la limpieza Los lubricantes para engranajes deben sacar todos los desechos que se forman durante el encaje de un diente con otro.

Tipos de lubricantes para engranajes

Cuando los engranajes transmiten potencia, los esfuerzos sobre sus dientes se concentran en una región muy pequeña y ocurre en un tiempo muy corto.

Aceites minerales puros

Las fuerzas que actúan en esa región son muy elevadas, si los dientes de los engranajes entran en contacto directo, los efectos de la fricción y el desgaste destruirán rápidamente los engranajes.

Aceites inhibidos contra la herrumbre y la corrosión (R & O)

La principal función de un lubricante para engranajes es reducir la fricción entre los dientes del engranaje y de esta forma disminuir cualquier desgaste resultante. Idealmente, esto se logra por la formación de una película delgada de fluido la cual mantiene separadas las superficies de trabajo. Refrigeración Particularmente en engranajes cerrados, el lubricante debe actuar como un refrigerante y extraer el calor generado a medida que el diente rueda y se desliza sobre otro.

Se aplican en engranajes que trabajan bajo condiciones moderadas de operación.

Se utilizan cuando las temperaturas son altas y existe el riesgo de contaminación con agua, que conduce a la formación de herrumbre en los metales ferrosos. Poseen aditivos antiherrumbre, antiespuma, antidesgaste y antioxidantes. Estos aceites no tienen muy buena adhesividad, pero trabajan bien en sistemas de circulación donde se aplica en forma continua. Aceites minerales de extrema presión (E.P.) Se utilizan cuando los engranajes tienen que soportar altas cargas o cargas de choque, bajas velocidades y altas cargas. Son aceites inhibidos,

Lubricantes para engranajes a los que se les incorporan aditivos de extrema presión, los cuales son normalmente de azufre y fósforo; es necesario tener mucho cuidado con estos aceites, cuando se aplica en reductores que trabajan en ambientes de alta humedad (ejem.: torres de enfriamiento), ya que el vapor de agua presente puede reaccionar con el azufre y el fósforo formando ácido sulfúrico y ácido fosfórico, que atacan las superficies metálicas. Aceites compuestos Tienen como característica principal su elevada adhesividad. Son una mezcla de aceite mineral y sebo animal en proporciones variables. Se utilizan en reductores con engranajes de tornillo sinfin corona en donde la acción de deslizamiento es muy elevada. Estos aceites se pueden filtrar y enfriar sin que se separe el sebo animal del aceite base. La adhesividad también se logra adicionando pequeño porcentaje de un aditivo para tal fin al lubricante, evitando el goteo. Estas son sustancias sintéticas. Aceites sintéticos Se utilizan generalmente en engranajes que presentan alto grado de deslizamiento, o que trabajan a altas temperaturas por períodos prolongados. Los lubricantes sintéticos requieren una adecuada combinación de aditivos y bases sintéticas fluidas para incrementar los beneficios sobre los aceites minerales. Los más usados son Polialfaoleinas. Grasas Su aplicación en engranajes no es muy amplia


Módulo Cuatro debido a que tienen muy poca capacidad refrigerante y por que las partículas contaminantes tienden a ser atrapadas y son difíciles de eliminar. Se utilizan algunas veces en la lubricación de engranajes que operan a bajas velocidades y bajas cargas, son más comúnmente utilizadas en engranajes abiertos y cajas de engranajes que tienden a dejar escapar aceite; también se utilizan en engranajes que operan intermitentemente, por que las grasas tienen la ventaja de mantener una película de lubricante en los dientes del engranaje, aunque estos no estén girando, lo que permite proveer lubricación inmediatamente son iniciados. Las grasas semifluidas sintéticas son particularmente adecuadas para lubricar unidades de engranajes “de por vida”. Las grasas para engranajes son blandas, para minimizar a fricción fluida y para limitar la tendencia de los engranajes a cortar un canal en la grasa y dejar el diente del engranaje seco. Lubricantes sólidos Son usados cuando las temperaturas de operación son muy altas o muy bajas, cuando las fugas no pueden ser toleradas y cuando se debe operar en un vacío. Estos lubricantes son películas secas untuosas, que se aplican a los dientes de los engranajes; los más utilizados son el bisulfuro de molibdeno, bisulfuro de tungsteno, grafito, talco y politetrafluoroetileno; son costosos, tienen vida limitada contra el desgaste, pero son ideales para aplicaciones especiales como la aviación espacial.

Lubricantes para engranajes LAS PROPIEDADES REQUERIDAS PARA UN LUBRICANTE DE ENGRANAJES Para que un lubricante lleve a cabo sus funciones apropiadamente, debe tener ciertas características, las principales son: Viscosidad Es la propiedad más importante de un lubricante para engranajes, éste debe tener una viscosidad suficientemente alta para mantener un adecuado espesor de película de aceite entre los dientes del engranaje, bajo cualquier condición de operación. Entre más alta sea su viscosidad, más fácilmente se puede lograr esto. Por lo tanto parecería a primera vista que los aceites con alta viscosidad son los mejores lubricantes para engranajes. Sin embargo, hay otros factores a ser tenidos en cuenta. Un lubricante para engranajes no solo lubrica los dientes de éstos, sino también los cojinetes que soportan los ejes de las ruedas de los engranajes. Un incremento en la viscosidad causa una pérdida de potencia a medida que los engranajes y los cojinetes que los soportan están sujetos a un incremento en el arrastre. Esto aumenta la temperatura del sistema de engranajes y del aceite, el cual puede oxidarse rápidamente y espesarse. La situación es empeorada por el hecho de que los aceites de alta viscosidad no son particularmente efectivos en disipar el calor.


Módulo Cuatro Si la viscosidad es muy alta, los cojinetes se sobrecalentarán y en el peor de los casos puede fallar. Los aceites de alta viscosidad también tienen la desventaja de formar espuma, tienen pobres propiedades de separación de agua, son difíciles de filtrar y son menos hábiles para despojarse de los contaminantes sólidos. Los requerimientos críticos para la viscosidad de un lubricante de engranajes se reúnen mejor cuando se tiene un aceite delgado pero que sea consistente con la lubricación apropiada del diente del engranaje, permitiendo un margen de seguridad razonable. En la práctica, esto significa que las viscosidades de la mayoría de los aceites para engranajes están dentro del rango de viscosidad ISO de 46 a 680 (centistokes a 40º C).

Lubricantes para engranajes Formación de una cuña de aceite entre

LOS DIENTES DE UN ENGRANAJE Lubricación hidrodinámica Engranajes cargados muy levemente operando a velocidades relativamente altas, son lubricados eficazmente bajo las condiciones de lubricación hidrodinámica. Cuando el engranaje rota, el lubricante se adhiere a las superficies de los dientes, y es arrastrado a la zona entre los dientes para formar una cuña de lubricante, cuando el lubricante es forzado, en la parte más estrecha de la cuña, la presión se incrementa lo suficiente para mantener la superficie del diente separada. La eficiencia de la lubricación hidrodinámica depende de: Viscosidad del lubricante El espesor de la película aumenta cuando la viscosidad aumenta.


Módulo Cuatro Lubricación de película límite En engranajes altamente cargados, especialmente aquellos que operan a baja velocidad, la película lubricante es muy delgada y hay un significativo contacto metal-metal entre los dientes del engranaje, dándose la condición de lubricación de película límite. La eficiencia de la lubricación depende de la naturaleza química del lubricante y de su interacción con la superficie. Lubricación elastohidrodinámica Se ha establecido que las condiciones del lubricante que existen en la mayoría de los engranajes no son las que aplican para la lubricación hidrodinámica ni para la lubricación límite. Los dientes de los engranajes están sometidos a enormes presiones de contacto sobre áreas relativamente pequeñas (área de 30.000 bar) y aún son lubricados exitosamente con películas muy delgadas de aceite, esto es posible por dos razones:

Temperatura La viscosidad y por tanto el espesor de la película decrece cuando la temperatura aumenta.

a. Las altas presiones causan la deformación plástica de las superficies y reparten la car ga sobre un área más amplia.

Carga El espesor de la película lubricante disminuye cuando la carga se incrementa.

b. La viscosidad del lubricante se incrementa considerablemente con la presión, aumen tando así la capacidad de carga.

Velocidad El espesor de la película lubricante aumenta cuando la velocidad aumenta.



Módulo Cuatro

Lubricantes para engranajes GRADOS DE VISCOSIDAD PARA ENGRANAJES Engranajes industriales Pueden ser clasificados por grado de viscosidad de acuerdo al sistema especificado por la ISO. Ver módulo 1 página 18.

Engranajes automotrices

cSt 40° C

Pueden ser clasificados por el sistema SAE.Ver módulo 1 página19. 850 775 700 625 550 500 450 400 365 315 280 240 205 175 140 115 85 60 40 20 10

140 460

320

90

220 150

85W 100 80W

68 46 22 15 10 ISO Gear

32

75w

SAE Gear

Comparación de clasificaciones de aceite por viscosidad.


Módulo Cuatro

Lubricantes para engranajes La viscosidad de un aceite disminuye a medida que la temperatura se incrementa. El efecto de la temperatura sobre la viscosidad se describe como él índice de viscosidad. Los aceites que tienen un alto índice de viscosidad muestran menor variación de la viscosidad con la temperatura, que los aceites que tienen bajó índice de viscosidad. Donde los engranajes tienen que operar en un rango amplio de temperaturas, el índice de viscosidad del lubricante para engranajes debe ser lo suficientemente alto para mantener la viscosidad dentro de los límites requeridos. El aceite no se debe tornar tan delgado a altas temperaturas que sea incapaz de formar una película lubricante adecuada. Ni tampoco se debe espesar demasiado a bajas temperaturas que le sea imposible al motor mover los engranajes, o que el aceite no fluya a través del sistema de lubricación. Propiedades antidesgaste En ciertas aplicaciones, particularmente cuando los engranajes están operando bajo cargas de choque, no es posible para un aceite mineral simple proveer una película que sea lo suficientemente gruesa para evitar el contacto metal con metal. Para estas condiciones se deben incorporar al lubricante los aditivos de extrema presión (o EP). A temperaturas relativamente altas, (que se desarrollan cuando se encajan los dientes de engranajes con altas cargas), estos aditivos reaccionan con las superficies de metal para formar una película química. La película se adelga-

Módulo Cuatro za y se rompe más fácilmente que dos superficies metálicas en contacto, y por lo tanto es capaz de reducir la fricción y el desgaste y amortiguar el efecto de la carga.

Variación de la Viscosidad cSt

INDICE DE VISCOSIDAD


Omala 68

Tivela 150 Omala 460 68 150 460 -20 0

20 40 60 80 100 120 Temperatura °C

Variación de la viscosidad con la temperatura para varios aceites de engranajes.

Lubricantes para engranajes Resistencia a la oxidación Todos los aceites minerales pueden oxidarse para formar óxidos orgánicos, lacas adherentes y lodos. Esta ruptura química depende del grado de exposición al aire y es acelerada por el calor, la presencia de humedad de ciertos contaminantes especialmente de partículas de metales no ferrosos. Los lubricantes para engranajes están usualmente sometidos a condiciones severas que promueven la oxidación. Estos son calentados por fricción, agitados y revueltos por la acción de los engranajes, y atomizadas por los engranajes, ejes y cojinetes. Los aditivos antioxidantes pueden ser adicionados a los lubricantes para engranajes para minimizar la oxidación, y sus problemas asociados de corrosión, y de formación de lodos, para prolongar su vida de servicio. Propiedades anticorrosivas Los lubricantes para engranajes no solamente deben ser no corrosivos, sino que también deben proteger las superficies que lubrican de la herrumbre y otras formas de corrosión. Una causa común de corrosión es el agua la cual puede entrar en la caja de engranajes, como por ejemplo, por una falla en el sistema de refrigeración o a través de la condensación de humedad de la atmósfera. Esta última forma de contaminación es un problema particular en cajas de engranajes que trabajan intermitentemente y paran por períodos de tiempo. Si un aceite va a prevenir la corrosión éste se debe distribuir equitativamente sobre las superficies metálicas. Los aceites minerales son agentes humectantes pobres, pero las propiedades de hu-


Módulo Cuatro mectación al metal tienden a mejorarse con el uso a medida que las impurezas son formadas. Donde se requiera un alto grado de resistencia a la herrumbre y a la corrosión, se utilizan los aceites que contienen inhibidores de corrosión. Propiedades antiespuma La espuma se puede presentar cuando los lubricantes están sometidos a la acción de la agitación de los engranajes de alta velocidad en presencia de agua y aire. La situación puede empeorar por la acción de las bombas de aceite y otros componentes de un sistema de circulación. La espuma puede reducir severamente la eficiencia de lubricación y conducir a la pérdida de lubricante a través del respirador de la caja de engranajes. Los aceites de baja viscosidad altamente refinados generalmente tienen buenas propiedades antiespuma pero, en algunas situaciones, se debe hacer necesario el uso de un lubricante que tenga aditivos antiespumantes. Esto es particularmente necesario en calidades API GL-3 hacia arriba. Demulsibilidad Para uso industrial los lubricantes para engranajes que están expuestos a ser contaminados con agua deben tener buenas propiedades de demulsibilidad para que el agua y el lubricante se separen rápidamente. Si se dejan formar emulsiones, agua en aceite, estas reducirán la eficiencia de la lubricación de ambos engranajes y sus rodamientos y promueven el deterioro más rápido del aceite, y la oxidación/corrosión de los elementos del sistema de engranaje.



Módulo Cuatro

LA SELECCION DE LUBRICANTES PARA ENGRANAJES CERRADOS Varios factores afectan la selección de un lubricante para un conjunto particular de engranajes cerrados, los principales son: Características de los engranajes, velocidad de los engranajes, efectos de la temperatura y características de carga.

Características de los engranajes Para propósitos de lubricación, los engranajes tipo industrial pueden ser considerados dentro de dos grupos: 1. Engranajes rectos, engranajes helicoidales dobles, engranajes cónicos y cónicos espirales. Cuando estos engranajes giran, la principal acción de un diente sobre otro es el movimiento de rodadura. En presencia de un lubricante, esta acción causa una cuña hidrodinámica de lubricante entre los dientes. A velocidades suficientemente altas, la cuña será lo suficientemente espesa para separar los dientes que encajan y soportan la carga. A medida que la velocidad disminuye, o la carga aumenta, la película que separa las superficies disminuye su espesor. Eventualmente puede ocurrir algún contacto metal-metal. La selección del aceite depende principalmente de la velocidad del engranaje y la carga. A menudo aceites minerales, tales como un aceite depende principalmente de la velocidad del engranaje y la carga. A menudo aceites minerales, ta-

Caja de cambios de un automóvil, (engranaje cerrado).

les como un aceite Shell Vitrea y el Shell Vitrea M, cumplirán satisfactoriamente. El aceite debe ser lo más suficientemente viscoso para formar una película efectiva de lubricante a la temperatura de operación, pero no tan gruesa que se tenga pérdida excesiva de potencia a través de la fricción fluida. En general, entre mayor sea la velocidad en la cual el engranaje opera, menor será la viscosidad requerida del lubricante. Los aceites de menor viscosidad también tienen la ventaja, que son mejores refrigerantes, dan mejor separación de agua y otros contaminantes y tienen menos tendencia a la formación de espuma. Donde las velocidades son bajas y las cargas son altas, se vuelve imposible de mantener la lubricación hidrodinámica en estos engranajes. Entonces, los aceites que contiene aditivos de extrema presión deben ser usados para reducir la fricción y minimizar el desgaste.

Lubricantes para engranajes Más acerca de

LA SELECCION DEL GRADO DE VISCOSIDAD os fabricantes de cajas de engranajes sumi nistran guías para la selección de un lubricante para una caja en particular operando bajo condiciones específicas.

L

Para engranajes rectos, helicoidales operando bajo cargas livianas, la selección del grado de viscosidad adecuado depende principalmente de la velocidad de la línea de paso del engranaje. La viscosidad es inversamente proporcional a la línea de paso. Para cargas pesadas, grados de viscosidad más altos son requeridos. Estos pueden ser escogidos de una evaluación combinada de carga/velocidad, factor que toma en cuenta la carga sobre un diente del engranaje y la velocidad de la línea de paso. Guías similares pueden ser usadas para indicar los grados de viscosidad más probables a ser utilizadas para otros tipos de engranajes.


Módulo Cuatro cSt 2500 1000 500 250 100 50 25 Relación entre la viscosidad y la velocidad de la línea de paso en engranajes helicoidales y rectos.

cSt 2500 1000 500 250 100 50 25 Relación entre la viscosidad y el factor carga/velocidad en engranajes helicoidales y rectos.



Módulo Cuatro

2. Engranajes de tornillo sin-fin

Velocidad del engranaje

En estos engranajes hay una gran cantidad de contacto deslizante. Este movimiento tiende a sacar cualquier lubricante entre los dientes de los engranajes y es virtualmente imposible mantener una cuña hidrodinámica de aceite. Aleaciones especiales son usadas para reducir a fricción entre los dientes de los engranajes, pero considerablemente cantidades de calor son generadas y los problemas de lubricación permanecen.

Hemos visto que la selección de un lubricante para engranajes debe tener en cuenta las velocidades a las cuales operan los engranajes de alta velocidad, los aceites de baja viscosidad pueden ser usados; a bajas velocidades, aceites de mayor viscosidad son requeridos.

El mejor aceite para engranajes de tornillo sin-fin es un aceite sintético como el aceite Shell Tivela SA. Este aceite tiene excelentes propiedades de lubricación y es capaz de reducir la fricción, y por lo tanto el consumo de energía, en engranajes de tornillo sin-fin. Tiene un alto índice de viscosidad y es más estable que los aceites minerales al ataque químico. Los aceites minerales de alta viscosidad pueden ser usados pero tienden a tener una vida de uso más corta que los lubricantes sintéticos, especialmente si las temperaturas de operación son altas.

No es siempre posible seguir esta guía tan simple. Muchas cajas de engranajes contienen varios juegos de engranajes, operando a diferentes velocidades, pero todos lubricados con el mismo aceite. En esos casos, la velocidad del engranaje de baja velocidad es usualmente el factor crítico con el cual se determina la viscosidad del lubricante. En algunas cajas de engranajes, en donde hay grandes diferencias entre las velocidades de los engranajes de alta y baja velocidad, puede ser necesario usar un sistema de viscosidad doble. Un aceite de baja viscosidad lubrica los engranajes de alta velocidad y un aceite de alta viscosidad lubrica los engranajes de baja velocidad. Algunas veces puede ser posible realizar esto automáticamente, primero usando aceite frío para lubricar los engranajes de baja velocidad. Luego, después que el aceite ha sido calentado y su viscosidad disminuida, es circulado a los engranajes de alta velocidad.



Módulo Cuatro

Efectos de la temperatura

Características de carga

La temperatura ambiente a la cual operan los engranajes, afectará la selección de un lubricante. Donde se espera que las cajas de engranajes trabajen en ambientes fríos, el aceite debe ser capaz de proveer lubricación efectiva a la temperatura de arranque más baja esperada. Al mismo tiempo, el índice de viscosidad del aceite debe ser lo suficientemente alto para asegurar que la lubricación es efectiva a la temperatura de operación más alta anticipada.

Cuando los engranajes arrancan o paran de repente, o altas cargas son aplicadas, se generan altas presiones sobre los dientes de los engranajes. Estas cargas de choque pueden tender a romper la película de aceite entre los dientes del engranaje y causar el contacto metal-metal. Aceites con viscosidad mayores a las normales pueden ayudar a contrarrestar los efectos del choque, pero, donde las condiciones son aparentemente más severas, los aditivos de EP son esencialmente para preservar la lubricación efectiva y minimizar el desgaste.

La temperatura de operación es importante, también, no solo debido a su efecto sobre la viscosidad, sino también porque una temperatura de operación alta tenderá a promover la oxidación del aceite. Los engranajes que operan a altas temperaturas deben ser lubricados con aceites que tengan buenas propiedades antioxidantes. 600

Temperatura ° C

500

Límite de estabilidad térmica

400 300

Lubricantes con antioxidantes

200 100

Lubricantes sin antioxidantes

0

Límite más bajo de temperatura 1

10

100

10.000

Duración (horas)

Temperatura límite para el uso de aceites minerales.

Lubricantes para engranajes METODOS DE APLICACION Los engranajes cerrados son usualmente lubricados por uno de estos tres métodos. El método más simple es el de lubricación por salpique en el cual los dientes del engranaje inferior están sumergidos en un baño de aceite. El aceite es transferido a las superficies que se encajan y llevado alrededor de la caja de engranajes y sobre los rodamientos. El método es satisfactorio donde las velocidades no son tan altas, que el aceite sea agitado excesivamente y donde ocurren pérdidas de potencia indeseables y aumento de la temperatura. Los engranajes lubricados por salpique usualmente se calientan bastante y requieren de aceites de mayor viscosidad que los engranajes lubricados de otra forma.


Módulo Cuatro te al diente de arranque, al menos que el engranaje esté operando a bajas velocidades. Esto provee una refrigeración más eficiente y reduce el riesgo de que se cree exceso de aceite en la raíz de los dientes. Los refrigeradores de aceite y el equipo de filtración pueden ser incorporados al sistema de lubricación por aspersión, los cuales son comúnmente usados en conjuntos de engranajes de potencia operando a altas velocidades.

Engranajes lubricados por aspersión.

Caja de engranajes lubricada por salpique.

En sistemas de lubricación por aspersión el aceite es alimentado sobre los dientes del engranaje cerca del punto donde se encajan. El aceite se drena hacia el fondo de la carcaza de donde es recirculado. Originalmente la práctica era suministrar el lubricante sobre el diente de encaje, pero ahora es considerado aplicar mejor el acei-

En la lubricación con neblina de aceite el lubricante es atomizado y disperso en la caja de engranajes en una corriente de aire comprimido seco. Las gotas de aceite depositadas sobre los dientes de engranaje proveen una lubricación efectiva sin arrastre de aceite. Mientras que el suministro de aire comprimido seco tiene efecto refrigerante. Los aceites usados en éste método de lubricación deben ser resistentes a la oxidación ya que la formación de una neblina aumenta enormemente el área de superficie en contacto con el aire. Es importante asegurarse que la caja de engranajes está adecuadamente ventilada de tal forma que no se crea fricción en la caja de engranajes.

Lubricantes para engranajes LUBRICANTES PARA ENGRANAJES ABIERTOS Los engranajes abiertos tienden a ser usados al aire libre en condiciones desfavorables expuestos a todo tipo de climas, como en minas, canteras y muelles. Normalmente operan a velocidades lentas y raramente son fabricados con la misma precisión que los engranajes cerrados. La lubricación tiende a ser intermitente. A continuación se incluyen importantes características de los lubricantes para engranajes abiertos:


Módulo Cuatro choques de cargas. Por lo tanto los lubricantes de engranajes abiertos pueden necesitar propiedades antidesgaste mejoradas y contener aditivos de extrema presión. Protección contra el medio ambiente Un lubricante para engranajes abiertos debe conservar sus propiedades en las condiciones climáticas más severas posibles. Su viscosidad puede disminuir en clima caliente o aumentar en clima frío.

Adherencia

Métodos de aplicación

Un lubricante para engranajes abiertos debe tener buenas propiedades de adherencia para no ser desplazado por el diente del engranaje, removido por el viento, limpiando por la lluvia o la nieve o lazando por las fuerzas centrífugas mientras que el engranaje opera. Por lo tanto, se requieren lubricantes más viscosos que los empleados en las cajas de engranajes y usualmente contienen aditivos adherentes.

Los engranajes abiertos sobre ejes horizontales son algunas veces lubricados al salpique pero éste método es conveniente sólo para aceites de baja viscosidad.

Grasas y grasas semifluidas son usadas algunas veces en engranajes abiertos. Aunque estas tienen la ventaja de ser retenidas de manera más efectiva en los dientes de los engranajes que los aceites, es frecuentemente difícil de obtener un cubrimiento satisfactorio de las superficies trabajadas. Propiedades de transporte de cargas Los engranajes abiertos son con frecuencia pesadamente cargados y pueden ser sometidos a

El lubricante debe ser suficientemente adhesivo para mantener una película continua sobre el diente del engranaje, pero no tan viscoso que se canalice en el reservorio o que cause grandes pérdidas de potencia. Donde se usan lubricantes más viscosos el método tradicional de aplicación es manual. El lubricante puede ser aplicado al diente del engranaje con una brocha. Un método más satisfactorio utiliza lubricantes de alta viscosidad los cuales son diluidos con un disolvente apropiado, por ejemplo, los S h e l l Malleus Fluids.

Lubricantes para engranajes El disolvente se evapora después de la aplicación para dejar una capa delgada de lubricante. El lubricante es fácil de aplicar por este método y puede ser pulverizado sobre el diente del engranaje automáticamente, dando paso a; empleo de sistemas de lubricación centralizada, provistos de boquillas aspersoras que se hallan estratégicamente situadas para brindar una adecuada cobertura del lubricante sobre los dientes. El lubricante preferiblemente de procedencia tipo fluido tixotrópico y el normal tipo fluido Newtoniano.


Módulo Cuatro tos a temperaturas ambiente y condiciones de operación extremas. Shell Malleus GL es la mezcla única de aceites minerales tipo Parafínico de alto índice de viscosidad con aceites base sintética, a los cuales se les há adicionado una cuidadosa selección de aditivos que le imparten un óptimo desempeño. Su balanceada formulación permite al lubricante permanecer suave y facilmente bombeable sobre largos períodos evitando con su óptimo desempeño la recostrucción de las raices de los dientes de los engranajes. Bajo condiciones no dinámicas se comporta como una grasa grado NLGI 1&2 Y bajo condiciones dinámicas en que es forzado a fluir por ductos de lubricación o es sometido a esfuerzos cortantes se comporta como un lubricante ISO 320/460/680 y/ó SAE 90/140/250, caracterísitica típica de los fluidos Tixotrópicos.

Un engranaje abierto.

FLUIDO TIPO TIXOTROPICO Shell Malleus GL 205 Lubricante para Cables, Guayas, Engranajes Abiertos y Cerrados Shell Malleus GL es un lubricante EP libre de Plomo y de calidad premium que ha sido desarrollado para la lubricación y protección de cables, guayas, engranajes abiertos y cerrados expues-

Aplicaciones * Dientes de engranajes abiertos a la atmosfera trabajando a bajas velocidades * Guayas y cables de lento movimiento y que inclusive se encuentran expuestos a inmersión en aguas salinas. ∗ Guayas de winches y molinetes. * Sistemas de engranajes cerrados que operan bajo cargas y temperaturas extremas y bajas velocidades.

Lubricantes para engranajes * Sistemas de engrase de cojinetes planos por medio de sistemas de lubricación centralizad gracias a sus caracterísitcas de fluido tipo tixotrópico. * Ideal como lubricante único en aquellos sistemas donde se requiera racionalizar referencias de lubricantes tipo SAE 90, 140-250, grasas NLGI 1,2,3 y compuestos asfalticos, reemplazandolos por Shell Malleus GL 205. Características de Desempeño * Excepcional estabilidad física y mecáncia Shell Malleus GL mantiene sus propiedades protectoras naturales durante toda su larga vida de trabajo. * Excelente desempeño antidesgaste. A temperaturas de trabajo, velocidades y presiones Shell Malleus GL 205 forma un colchón protector de lubricación sobre el área de contacto entre la corona de engrane y los dientes del piñón motriz. * Superior capacidad de carga. Gracias al aditivo de Bisulfuro de Molybdeno and grafito que se combinan para reducir, las temperaturas de la zona de contacto entre dientes, el picado sobre las superficies de contacto de los dientes del engranaje y aliviar las condiciones de “Stick-Slip” (pegado e hincado) que sufren las superficies sometidas a un régimen trabajo con altas cargas y bajas velocidades.


Módulo Cuatro * Resistencia al Agua Efectivamente resistente al lavado de agua por inmersión y spray. * Proteccion ante la Corrosión Protege las superficies metálicas de la corrosión en ambientes hostiles tales como condiciones de de agua salina. Repele la mugre y el polvo. * Sostenibilidad ambiental Shell Malleus GL libre de aditivos tipo plomo y de solventes Dispensadores Shell Malleus GL puede ser aplicado manualmente ó mediante sistemas automáticos de lubricación centralizada. Disponibilidad Shell Malleus GL 205 está disponible en un rango amplio de viscosidades, según datos técnicos que en su totalidad se listan en la tabla de especificaciones situada al final. Seguridad y Salud Shell Malleus GL 205 no representa un significativo nivel de riesgo ó seguridad cuando es usado apropiadamente en las aplicaciones recomendadas y cuando son mantenidos buenos estandares de higiene personal e industrial Debe lavarse inmediatamente con agua y jabón cada vez que se tenga contacto con la piel.



Módulo Cuatro

Para mayor información sobre aspectos de seguridad e higiene, remitirse a la correspondiente hoja de datos de seguridad del producto “Shell Product Safety Data Sheet”.

Protección al medio ambiente Transportar los residuos de aciete usado a puntos de recolección autorizada. No descargar residuos aceitosos dentro de drenajes ó lechos de agua.

CARACTERISTICAS FISICAS TIPICAS Shell Malleus GL Kinematic Viscosity Del Aceite Base @ 100°C cSt (IP 71/ASTM-D445) Viscosidad Aparente @ -18°C P -40°C P (ASTM-D1092) Densidad @ 15.6°C (IP 365)

kg/l

Prueba de Extrema Presión de las Cuatro Bolas Carga de Soldadura kg Indice de Desgaste por Carga kg (ASTM-D2596) Prueba de extrema presión de Cuatro Bolas Diámetro descostrado mm

25*

65*

95*

205

300*

13.0

18.0

35.0

61.0

2400 13750

6600 39000

9400 -

20500 -

30000 -

1.003

1.070

1.076

1.080

1.090

500 75

620 85

800 110

800 120

800

0.54

0.57

0.67

0.67

+2045

+2045

+2045

+ 2045

(ASTM-D2266) Prueba Falex de Carga Continua Falla kg (ASTM-D3233)

*No disponibles en Colombia solo bajo pedido.

+2045

Lubricantes para engranajes ENGRANAJES AUTOMOTRICES Caja de cambios Mecanismo mediante el cual la rotación del cigüeñal se transmite a las llantas propulsoras; consiste en un sistema de engranajes cuya característica es engranar a grandes y distintas velocidades entre sí. Dependiendo del tipo de tracción (trasera o delantera) encontramos engranajes de dientes rectos, helicoidales, cónico, helicoidales e hipoidales, la potencia de un motor de explosión aumenta con el número de revoluciones por minuto hasta que se logra la velocidad de régimen. Al sobrepasar esta velocidad la potencia del motor vuelve a decrecer. Cuando un vehículo va sin fuerza, subiendo una pendiente, se recurre a la caja de cambios para hacer que, el motor vuelva a girar más rápido, dando toda su potencia, y el vehículo pueda subir con facilidad.


Módulo Cuatro Diferencial Si la corona, a la que hace girar el piñón de ataque, está unida a un eje, cuyos extremos se encuentran las ruedas, el mismo número de vueltas dará la rueda de la derecha que la rueda de la izquierda. Pero en una curva la rueda interior recorre un trayecto menor que la rueda exterior; estos recorridos desiguales son efectuados al mismo tiempo y puesto que suponemos las dos ruedas montadas rígidamente sobre el mismo eje, darán igual número de vueltas, por lo que, siendo de igual tamaño, forzosamente una será arrastrada por la otra, patinando sobre el piso. Para evitarlo se recurre al diferencial, mecanismo que hace dar mayor número de vueltas a la rueda que en la curva le corresponde recorrer la parte exterior y disminuye las de la parte interior, ajustándolas automáticamente.

Puente trasero El giro del motor, pasa por la caja de cambios y llega al puente trasero en el que tiene que comunicarse a las ruedas colocadas en un eje transversal. Este cambio en ángulo recto se consigue por el engranaje del piñón de ataque P (en el extremo el árbol de transmisión) y de la corona R montada en el eje de las ruedas y que comunica a éstas el movimiento del motor, siempre demultiplicado (reducido) por ser el piñón de ataque más pequeño de la corona. La relación demultiplicación de la pareja piñón corona es la misma que la relación de los números de dientes.

Puente trasero.



Módulo Cuatro

Diferenciales controlados El inconveniente del diferencial (menos sensible en los automóviles que en los camiones o tractores), es que cuando una rueda propulsora pierde adherencia y patina, gira a gran velocidad y la otra no gira a falta de fuerza. Para resolver este problema se utiliza el diferencial controlado que consiste en un dispositivo que hace que las dos ruedas giren a la misma velocidad y aunque alguna no agarre, la otra puede sacar al vehículo de la situación difícil en la que se encuentra. Este tipo de diferenciales requiere lubricante con propiedades antideslizante (limited slip). Diferencial.



Módulo Cuatro

TEST DE DESEMPEÑO PARA ENGRANAJES AUTOMOTRICES Aplicación

Condiciones de operación encontroladas

Todos los vehículos

Contaminación con agua

Vehículos pesados, equipos de costrucción etc. etc. Vehículos de pasajeros, taxis, camiones livianos Todos los vehículos Todos los vehículos

Todos los vehículos

Test de desempeño requerido

Problemas potenciales Herrumbre Intoducción de partículas de herrumbre dentro del equipo

ASTM L / 33

Alto torque

Fallas en engranajes como: picado, desgaste, astillado, etc etc..

ASTM L - 37

Alta velocidad

Escoriación por choque de cargas a alta velocidad

ASTM L - 42

Alta temperatura Bombeo, salpique, agitación del lubricante

Depósitos Espesamiento del aceite

ASTM L / 33

Espuma en el aceite

ASTM D - 892

Lubricante en contacto con lavadores a presión, enfriadores de aceites, etc etc..

del cobre

Corrosión ASTM D - 130

Clasificaciones y especificaciones de los aceites para engranajes Existen diferentes sistemas para describir las características para engranajes, los cuales sirven de guía para la selección del lubricante correcto bajo condiciones específicas de operación. Algunos de los más importantes son: Para aceites industriales

Para aceites automotrices

AGMA Standard 250.04

API API

ISO 6743 - 6

MIL MIL -- LL -- 2105 2105 D D

David Bromn Bromn Diiv 51537 51537



Módulo Cuatro AGMA STANDARD 250.04

Aceites R & O para engranajes

Rango de viscosidad cSt (mm2 / s) a 40º C

Grado ISO equivalente

Lubricante para engranaje E.P.

1

41.4 a 50.6

46

2

61.2 a 74.8

68

2 EP

3

90 a 110

100

3 EP

4

135 a 165

150

4 EP

5

198 a 242

222

5 EP

6

288 a 352

320

6 EP

* 8 Compounded *

414 a 506

460

7 EP

612 a 748

680

8 EP

900 a 1100

1000

8 AEP

7 Compounded

8 A Compounded

*

(*) Aceites compuestos con ácidos grasos entre el 3 y el 10% ó aceites sintéticos con componentes grasos.



Módulo Cuatro

APLICACIONES DE ENGRANAJES AUTOMOTRICES E INDUSTRIALES Especificación US 220 US 221 US 224 US 226 US 236 US 227 AGMA 250.03 AGMA 251.02 AIP G L - 4 AIP G L - 5 AIP G L - 6 MIL - L 2105 MIL - L 2105 B MIL - L 2105 C Mack GO - F Mack GO - G (b) Lub.. SIideway (c) Lub Rock DriII

Nivel de calidad Aceite Extrema Presión Aceite para Egranajes HipoidaIes Aceite para Egranaje de Extra Rendimiento Lubricante para engranajes abiertos Lubricante para engranajes abiertos Lubricante para engranajes de Máquinas para movimiento de tierra Transmisiones para Engranajes IndustriaIes Cerrados Engranajes IndustriaIes Abiertos Condiciones severas de veIocidad depIazante y carga Presión, choque y desplazamientos muy severos Presión muy severa, choque y aIto desplazamiento Lubricante para engranajes muItiuso Lubricante para engranaje muItiuso Lubricante para engranajes muItiuso MIL - 2105C con aprobacion prueba ‘‘ snap ” de Mack Mack GOF más 100.000 millas sin astilladuras Cincinnatti - Milacron Gardner - Denver

Lubricantes para engranajes SERVICIO DE CALIDAD API PARA ACEITES DE TRANSMISIONES Y DIFERENCIALES El Instituto Americano de Petróleo (API) ha desarrollado un grupo de SEIS DESIGNACIONES DE SERVICIO para ubicar la calidad de aceites para engranajes. Cada número satisface un servicio más severo que su inmediato inferior. API GL-1 Para servicio automotriz moderado en engranajes helicoidales cónicos y sin-fin, y ciertas transmisiones manuales. Los aceites minerales puros trabajan satisfactoriamente. Para mejorar su servicio puede añadirse inhibidores de corrosión y oxidación, antiespumantes y depresores del punto de congelación. No son necesarios los agentes de extrema presión y modificadores de fricción. API GL-2 Para servicio automotriz en engranajes sin-fin que operan con cargas, temperaturas y velocidades de deslizamiento tales, que los lubricantes API GL-1 no las satisfacen. API GL-3

Para servicio en engranajes helicoidales cónicos y transmisiones manuales bajo cargas y velocidades moderadamente severas, donde los lubricantes API GL-2 no son adecuados.


Módulo Cuatro API GL-4 Este servicio es característico de engranajes automotrices, particularmente HIPOIDALES operados bajo condiciones de alta velocidad, alto torque. API GL-5 Este servicio es característico de engranajes automotrices, particularmente HIPOIDALES operados bajo condiciones de alta velocidad, alto torque. API GL-6 Este servicio es característico de engranajes automotrices, específicamente HIPOIDALES de ALTA COMPENSACION operados bajo condiciones de alta velocidad y rendimiento. Clasificación API Aceites Shell GL-1: Dentax,Vitrea,Valvata,Voluta,Vitrea M GL-2: Hydrafluid, Tellus, S-8085-E GL-3: Omala, Malleus GL-4: Spirax HD GL-5: Spirax, Spirax S, Tivela SA



Módulo Cuatro

PRINCIPALES TESTS

nes unitarias y moderadas velocidades de deslizamiento, tales como las encontradas en los engranajes hipoidales.

FZG Indica las características de protección al desgaste de un lubricante para engranajes. Específico para demostrar la capacidad antidesgaste (desgaste adhesivo) en aceites para engranajes de reducción, engranajes hipoidales, engranajes de transmisión etc. El equipo consiste en un conjunto de engranajes, accionados por un motor eléctrico. Los engranajes se pesan hasta décimos de miligramo, se colocan sobre ejes de prueba, en la caja de eje se pone el aceite en prueba, se aplica la carga y se corre la prueba por 15 minutos a altas temperaturas mínimo 90°C. Al final de este tiempo se pesan nuevamente los engranajes; este procedimiento se continúa durante 12 etapas o hasta que se registren 10 miligramos de pérdida de peso entre dos etapas de carga sucesivas. En cada etapa se va incrementando gradualmente la carga. Los resultados son reportados en términos de las etapas pasadas y de la carga.

Cuatro bolas de media pulgada son distribuidas con una de ellas encima de las otras tres. Estas tres bolas agarradas entre sí forman un soporte sobre el cual la cuarta bola rota en un eje vertical, el aceite en prueba cubre toda e área de contacto de las cuatro bolas, en este test la temperatura no se controla, la carga es aumentada a intervalos específicos, hasta que la bola que rota se suelde a las otras tres. Se reporta el índice de desgaste de carga que es la capacidad de un lubricante para prevenir el desgaste bajo cargas aplicadas. Y el punto de soldadura que es la carga aplicada en kgs a la que la esfera de rodamiento se suelda a las otras tres esferas.

TEST TIMKEN

TEST DE LAS CUATRO BOLAS Se desarrolló para evaluar las propiedades de extrema presión, antidesgaste y antisoldadura, de los lubricantes, bajo condiciones de altas presio-

Carga

Esta prueba mide la resistencia a la abrasión y la capacidad de carga de un lubricante o una grasa. Simula condiciones de extrema presión; la prueba consiste en hacer girar un elemento rotatorio, contra uno estacionario, entre los cuales se inter-

Lubricantes para engranajes pone el aceite en prueba, se fijan pesos que fuerzan a entrar en contacto al elemento rotante con el estacionario. El lubricante se evalúa con relación a su habilidad para prevenir el escoriado de las superficies metálicas, los resultados son expresados como timken OK en libras y representa la máxima carga que puede ser aplicada sin producir escoriación en el metal.


Módulo Cuatro



Módulo Cuatro

METODO PARA SELECCION DE ACEITES LUBRICANTES EN CAJAS DE ENGRANAJES INDUSTRIALES CERRADOS

sistema con los tipos de engranajes particularmente mencionados, este se encuentre trabajando bajo condiciones de severa de vibración y ó presencia de cargas cíclicas de choque..

El método que a continuación se presenta, se denomina el Método Gráfico y a través de su aplicación podemos determinar y ó verificar la viscosidad requerida por parte de un aceite lubricante de engranajes industriales cerrados que son lubricados por salpique.

A continuación se citan dos ejemplos para los cuales se requirió conjugar las correcciones citadas y que adicionalmente ilustran para el ejemplo 2. el criterio a seguir cuando se trate de aproximar una viscosidad que es no coincidente, bien sea por exceso ó por defecto, con alguna de las curvas paramétricas que sobre el Nomograma de la figura 2 representan a los diferentes grados ISO.

También permite seleccionar la viscosidad del lubricante requerida por los sistemas de engranajes industriales cerrados, que cuentan con sistema de lubricación por circulación, realizando, posterior a la determinación de la viscosidad y su consecuente grado ISO, la corrección del mismo, seleccionando el grado ISO inferior subsiguiente al obtenido aplicando el método, que como se enuncia en el párrafo inicial, es el método directo para la selección de la viscosidad de los aceites de sistemas de engranajes industriales cerrados que son lubricados por salpique. Y se incrementa el grado ISO al superior subsiguiente cuando y después de efectuar la corrección anterior, se trate de lubricar sistemas que cuentan con engranajes del tipo tornillo sinfín corona y del tipo engranajes hipoidales. Es también efectuada la corrección del resultado de viscosidad y grado ISO obtenido, incrementando al grado ISO superior subsiguiente, cuando aún y a pesar de no contar dentro del

Ejemplo: Resultados de Método 1.Vis. Exacta 2.Vis. Interm.

100 120

Resultados de Método

1.Vis. Exacta 2.Vis. Interm.

100 120

Lubricación por Lubricación por Salpique Circulación 100 100 Lubricación por Salpique con Engranajes tipo Hipoidales y/ó de Tornillo Sinfin Corona 150 150

68 100 Lubricación por Circulación con Engranajes tipo Hipoidales y/o de Tornillo Sinfín Corona 100 150

a. PROCEDIMIENTO Los pasos para aplicar este método son: - Paso Primero: recopilación de los datos siguien tes: Potencia (HP)* Velocidad de salida (rpm)

Lubricantes para engranajes Relación total de reducción = rpm e n t r a d a / rpm salida. Tipo de Accionamiento bien sea por motor de combustión interna ó motor eléctrico ó Turbina. Tipo de Engranajes.


Módulo Cuatro Relación total de reducción. 1.000 400 200 50 30

500

300

100

40

En la escala superior se localiza la relación total de reducción crítica (ó sea la del par de engranajes que más reducción ofrezcan dentro del general de trenes de engranaje con que la caja cuenta) y a partir de ella se proyecta una recta hasta el punto antes marcado sobre la línea pivote; esta recta corta la escala de viscosidad media del aceite en cSt a 55ºC (Temperatura típica de diseño a la cual funciona normalmente un sistema de engranajes industriales cerrados) línea de temperatura sobre la cual se ubica el corte y se lee el valor correspondiente de viscosidad.

20

0

5

Viscosidad media del aceite en cSt a +55ºC 190 190 170 170 150 150

- Paso Segundo: Uso del gráfico de la figura 1: En la escala inferior de la figura, localiz la potencia transmitida (HP)*, afectada por la eficiencia de transmisión (si se conoce), y en la escala inmediatamente superior se localiza, la velocidad de salida (rpm); luego por estos dos puntos se traza una línea recta que corte a la línea de pivote.

10

180 180

160 160

130 130

140 140

110 110

120 120

90 90

100 100

70 70

80 80

50 50

60 60

30 30

40 40

Línea de pivote 11

Velocidad de salida, r.p.m.

33

22

Potencia transmitida, H.P.

11

55

44

10 10

33

22

20 20

55

44

40 40

30 30

50 50

20 20

10 10

100 100

40 40

30 30

300 300

200 200

400 400

100 100

50 50

500 500

300 300

200 200

2.000 2.000

1.000 1.000

500 500

400 400

2.000 2.000

1.000 1.000

3.000 3.000

Figura 1 4 0

5 0

6 0

7 0

8 0

9 0

100

120

130

140

150

160

170

180

190

# #

210

# #

# #

# #

# #

VISCOSIDAD CINEMATICA CENTIESTOKES ACEITES CON KVI < 100 140.000 60.000 30.000 15.000 10.000 5.000 3.000 1.600 1.000 500 300 200 150 100 85 48 30

ISO

20

# # # # # # # # # # # # # # #

15

10 9 8 7

*Casi siempre oscila entre 0.97 a 0.99, pero para el caso más critico si no se conoce se empleará el factor de 1.00.

6 5

GRAFICO ASTM DE VISCOSIDAD-TEM/TURA STANDARD PARA LOS ACEITES INDUSTRIALES DERIVADOS ' PETROLEO

4

2

0 4 0

50

6 0

70

4

10

16

2 1

8 0

2 7

9 0

100

120

130

140

3 2

3 8

4 9

54

6 0

150

6 6

Figura 2

160

170

180

190

71

77

8 2

8 8

# #

9 3

210

9 9

# #

104

# #

110

# #

116

250

121

°F

°c

Lubricantes para engranajes - Paso Tercero: Con el valor de la viscosidad leído en la figura 1 y con la temperatura media de 55ºC, se halla el grado ISO del aceite a emplear mediante el Nomograma que representa la curvas de viscosidad paramétricas de los diferentes grados ISO mostrados en la Figura 2. - Paso Cuarto: Se corrige el grado ISO: - Incrementándolo al mayor siguiente superior sí el reductor está compuesto de engranajes cónicos helicoidales ó tornillo sinfín-corona. - Reduciéndolo al menor siguiente, sí el reductor está siendo lubricado por circulación. b. CONSIDERACIONES PARA ESCOGER EL GRADO DE ADITIVACION REQUERIDO La selección del grado de aditivación depende del mayor ó menor grado de exposición al desgaste en que se vean envueltas por condiciones de diseño de los engranajes, las superficies de los dientes de engrane, determinando así y en orden de menor protección a mayor protección, partiendo en primer lugar con el nivel de lubricidad natural ó mejorada que provea el lubricante y siguiéndole con mayor protección el aditivo antidesgaste, el de extrema presión de carácter no activo y el de extrema presión de carácter activo respectivamente. El tipo de engranajes que demandan el más severo nivel de protección al desgaste son los del tipo hipoidal y el menos severo el los cilíndricos de dientes rectos.


Módulo Cuatro TIPOS DE ENGRANAJES GRADO DE CALIDAD

ACEITE RECOMENDADO ADITIVACION

1. Engranajes rectos

API GL 1 ó 2

Mineral puro ó turbina ó hidráulico.

2. Helicoidales

API GL 2 ó 3

Hidráulico ó motor ó automotriz ó engranajes industriales.

Corona tornillo sinfín

API GL 5

Engranajes Industriales con moderado EP

Hipoidales con automotriz

API GL 3 ó 4

Engranajes Automotrices máximo EP

NOTA: Salvo en casos en que los sistemas de engranajes se encuentran expuestos a contaminación regular con humedad, se recomienda la selección de aceites con características tipo compound. c.CONSIDERACIONES PARA SELECCIONAR UN LUBRICANTE SINTETICO Sistemas de engranajes industriales cerrados con temperaturas de operación mayores a 70°C, se recomienda utilizar aceites sintéticos tipo PAO preferiblemente y para casos extremos los tipo PEG (Polietylen Glicol,) y ó tipo diésteres . Ejemplo: Para un sistema de engranajes industriales cerrados, del cual desconocemos información del lubricante a utilizar, hallar el grado ISO del aceite a determinar y considerando que el sistema cuenta con lubricación por circulación: Datos: -Motor eléctrico -Engranajes cilindricos de dientes rectos. -Potencia Transmitida (HP) -Velocidad de entrada y salida



Módulo Cuatro

-Relación de transmisión -Temperatura de operación 55°C

- Paso Tercero Con el valor de 72 cSt y una temperatura media de 55°C (131°F) se ubica el gráfico de la figura 1 el punto de corte de estos dos valores; dicho punto se encuentra cerca a la línea ISO 150

Solución: - Paso Primero - Potencia = 45CV x 0.98 = 44.1 CV (de 1 a 2) Pt (HP) = 44.1 CV x 0.9863 HP/CV – 43.5 HP - Potencia transmitida de 3 a 4 43.5 HP x 0.98 Pt = 42.63 HP - Velocidad de entrada n = 1.000 rpm (en motores eléctricos, asumir 1.700 rpm, cuando no se conozca) - Velocidad de salida n = 200 rpm. - Relación total de reducción = n / n = 1.000 / 200 = 5 = i

40

60

70

80

90

100

120

130

140

150

160

170

180

190

200

210

220

230

240

250

VISCOSIDAD

1

CINEMATICA CENTIESTOKES ACEITES CON KVI < 100

2

1

50

2

140.000 60.000 30.000 15.000

(a)

(b)

10.000 5.000 3.000 1.600

Relación total de reducción. 1.000

400

200

50

1.000

Relación total de reducción.

30

10

0

1.000

400

200

50

30

10

500

0

300 500

300

100

40

20

5

500

300

100

40

20

5

200 150 100 85 48 30

Viscosidad media del aceite en cSt a +55ºC 190

170

180

150

160

130

140

110 120

90 100

70

50

80

60

30

190

40

170

180

150

160

ISO

20

Viscosidad media del aceite en cSt a +55ºC 130

140

110 120

90 100

70

50

80

60

30

1500 1000 800 680 460 320 220 150 100 68 46 32 22 15 10

15

40 10

Línea de pivote

9

Línea de pivote 1

3

5

20

40

100

300

500

2.000

1

3

5

20

40

100

300

500

2.000

8 7


2

4

10

30

50

200

400

1.000


2

4

10

30

50

200

400

1.000

6 5


1

3 2

5 4

20 10

40 30

100 50

300 200

500 400

2.000 1.000

3.000


1

3 2

5 4

20 10

40 30

100 50

300 200

500 400

2.000 1.000

GRAFICO ASTM DE VISCOSIDAD-TEM/TURA STANDARD PARA LOS ACEITES INDUSTRIALES DERIVADOS ' PETROLEO

4

3.000 2

0

- Paso Segundo En la escala inferior de la Figura 1, se ubica el valor de Pt (43.5 HP), y en la de velocidad de salida el de 200 rpm. Se traza una recta que se prolonga hasta que corte la línea de pivote. Sobre la escala superior se marca el valor de relación total de reducción y se proyecta una línea recta hasta el punto antes marcado sobre la línea de pivote, en el punto de corte con la escala de viscosidad media se lee el valor de 72 cSt a 55°C.

40

50

60

4

10

16

70 21

80 27

90

100

120

130

140

150

160

170

180

190

200

32

38

49

54

60

66

71

77

82

88

93

210

220

99

104

230

240

250

110

116

121

°F

°c

- Paso Cuarto Por tratarse de un sistema de lubricación por circulación debe disminuirse el grado ISO enuno, por el cual: Grado ISO final = 100; y el grado de aditivación correspondiente a un aceite API GL 1ó 2, dadas las caracterísitcas demandadas por la lubricación de los sencillos engranajes con que está construida esta caja reductora, los cuales son cilíndricos de dientes rectos.



Módulo Cuatro

FIGURA 2 (Para Aceites Shell Tivela WA, WB y SD) 40

50

60

70

80

90

100

120

130

140

150

160

170

180

190

200

210

220

230

240

250

VISCOSIDAD CINEMATICA CENTIESTOKES ACEITES CON KVI < 100 140.000 60.000 30.000 15.000 10.000 5.000 3.000 1.600 1.000 500 300 200 150 100 85 48 30 20 15

ISO 460 320 220 150

10 9 8 7 6 5

GRAFICO ASTM DE VISCOSIDAD-TEM/TURA STANDARD PARA SHELL TIVELA WA(150), WB(220) Y SD(460)

4 2

0 40

50

60

70

80

90

100

120

130

4

10

16

21

27

32

38

49

54

140 60

150

160

170

180

190

200

210

220

230

240

250

66

71

77

82

88

93

99

104

110

116

121

°F

°c

Lubricantes para engranajes RESUMEN DE LA SECCION DOS Los lubricantes para engranajes deben lubricar, refrigerar, proteger y mantener la limpieza. Los aceites minerales y sintéticos son generalmente preferidos para utilizarlos como lubricantes para engranajes. Las grasas semifluídas también pueden ser usadas en cajas de engranajes pequeñas que operen intermitentemente y a baja velocidad. La propiedad más importante requerida para un lubricante de engranajes es una viscosidad adecuada. En general, la viscosidad ideal es la mínima consistente con la lubricación apropiada de los dientes del engranaje. Otras propiedades relevantes requeridas de lubricantes para engranajes son: Un índice de viscosidad apropiado para que la viscosidad del lubricante permanezca dentro de los límites aceptables a todas las temperaturas de operación del engranaje. Propiedades antidesgaste adecuadas para minimizar la fricción y el desgaste cuando se opera bajo cargas extremas.


Módulo Cuatro Resistencia a la oxidación, anticorrosión y propiedades antiespumantes y buena desmulsibilidad. La selección de un lubricante adecuado está determinada por el tipo de engranaje y la velocidad. Los engranajes de baja velocidad requieren aceites de mayor viscosidad que los engranajes de alta velocidad. Los engranajes con alta carga necesitan aceites que contengan aditivos de extrema presión. Las temperaturas ambiente y de operación de una caja de engranajes, sus características de carga y su método de aplicación del lubricante también necesita ser tenido en cuenta cuando se selecciona el lubricante adecuado. Los lubricantes para engranajes abiertos frecuentemente necesitan funcionar en situaciones expuestas y se le debe colocar particular atención a su adhesividad, las propiedades de transporte de carga y la habilidad para mantener las propiedades de lubricación en condiciones ambientales adversas.



Módulo Cuatro

Sección Tres FALLAS EN ENGRANAJES 1- Falla en los materiales 2- Condiciones de operación 3- Desalineamiento 4- Corrosión 5- Lubricación deficiente – contaminación Cómo Establecer la Causa de una Falla ? 1- Recomendaciones del fabricante del equipo? carga, velocidad, temperatura? 2- Lubricación? Tipo y viscosidad correcta? Está el lubricante limpio,seco y libre de conta minación? Es el suministro de lubricante adecuado - nivel bajo o alto? Está la eficiencia de la lubricación siendo afec tada por aireación, espuma, ...? 3- Historia de operación del equipo? Qué factores han cambiado?

Factores que Infuencian la formación de espuma • • • •

Contaminación. Diseño del equipo. Propiedades químicas del fluido. Inhibidores de espuma.



Módulo Cuatro

CLASIFICACION DE LAS FALLAS EN ENGRANAJES

Fallas de engranajes

Fractura de dientes

Fallas en la superficie

Pitting Scuffing Plastic Yielding Wear Picado

Gripado

Deformación/sobrecarga

Abrasive Wear Desgaste abrasivo

Desgaste

Overload Wear Desgaste por sobrecarga

Corrosive Wear Desgaste corrosivo

Impact Fracture

Fatigue Fracture

Others

Fractura por impacto

Fractura por fatiga

Otras

Lubricantes para engranajes FALLAS EN LOS DIENTES DE LOS ENGRANAJES • Fatiga Superficial • Picadura Inicial o Pitting • Picadura destructiva • Descostrado • Desgaste y Rayadura • Deformación plástica o por sobrecarga • Ruptura de dientes • Otros procesos de falla

Pitting - Picadura


Módulo Cuatro repetida en la superficie de los dientes, lo cual causa grietas de fatiga. 3 El lubricante puede entrar en las grietas y ser comprimido por los movimientos subsiguien tes, propagando la grieta. 4 Las tensiones o esfuerzos que causan el Pitting tienden a estar localizadas alrededor de pun tos calientes o inclusiones en las superficies de los dientes. 5 Los engranajes modernos tienen mínimas im perfecciones superficiales, por lo tanto un es caso Pitting ocurre especialmente cerca de la línea pitch. 6 Las sobrecargas pueden causar serios daños superficiales en forma de Pitting destructivo, conduciendo a vibración excesiva y ruido. 7 El Pitting extensivo conocido como flaking o spalling (astillado) es más común en engrana jes endurecidos. Métodos para prevenir el Pitting 1 Reducir las cargas sobre los engranajes o mo dificando su diseño, por ejemplo alterando el diámetro, el ancho de los dientes o el número de dientes.

1 El Pitting es una forma compleja de falla cau sada por la acción de rodadura y deslizamien to durante el engrane de los dientes.

2 Usar componentes de acero con tratamientos térmicos de endurecimiento superficial para re ducir las inclusiones.

2 El Pitting ocurre por la deformación y tensión

3 Mejorar el acabado superficial de los dientes

Lubricantes para engranajes (material pulverizado o pulido) para limitar el desarrollo de grietas.


Módulo Cuatro Scuffing - (Scoring)

4 Incrementar la viscosidad del lubricante y ase gurar su enfriamiento y limpieza. La contami nación con agua y partículas abrasivas promue ve el Pitting. 5 Lubricación adecuada.

Extensive Pitting - Flaking or Spalling

1 El Scuffing o desgaste adhesivo ocurre cuan do las cargas son tan altas que la película lu bricante se rompe y hay contacto metal - me tal. 2 El metal es transferido de una superficie y arrastrado a través de los dientes. 3 El pie y la raíz de los dientes son las partes más afectadas,mientras que la línea pitch es escasamente tocada. 4 El Scuffing debe distinguirse del scratching de bido a la abrasión, que tiene una apariencia similar pero origen diferente.

Lubricantes para engranajes Prevención del Scuffing 1 Operar con menor carga. 2 Uso de lubricantes EP. 3 Mejorar el acabado superficial.


Módulo Cuatro 2 Las partículas abrasivas provienen del medio ambiente o de otros tipos de falla como el Pitting. 3 El desgaste abrasivo depende de la naturale za y tamaño de las partículas contaminantes.

4 Incrementar la velocidad de operción.

Prevención del desgaste abrasivo

5 Enfriamiento.

1 Engranajes endurecidos en su superficie.

Desgaste abrasivo

2 Mantener sellos de aceite herméticos. 3 Venteos o respiraderos con filtros. 4 Lubricantes de alta viscosidad. 5 Cambiar el aceite periódicamente y filtrarlo en sistemas de circulación. 6 Hábitos de limpieza durante el mantenimiento.

1 Resulta del transporte de partículas abrasivas en la película lubricante, que pueden quedar atrapadas entre los dientes de los engranajes.

Lubricantes para engranajes Desgaste por sobrecarga


Módulo Cuatro Desgaste corrosivo

1 El desgaste destructivo ocurre a bajas veloci dades y altas cargas. 2 Bajo estas condiciones, la carga rompe la pelí cula lubricante pero la temperatura no es sufi ciente para provocar la soldadura de los meta les en contacto y causar el siffing. 3 Este desgaste afecta a casi toda la superficie de los dientes, excepto en la línea pitch. 4 Poco común en engranajes endurecidos.

Plastic yielding / Deformación por sobrecarga

1 El desgaste corrosivo es relativamente poco común. 2 Se caracteriza por la presencia de un gran nú mero de muy pequeños huecos distribuidos so bre toda la superficie de trabajo del diente. 3 Causado por los productos ácidos generados en la oxidación del aceite o por su contamina ción con agua (humedad). 4 Partículas metálicas en el aceite catalizan la oxidación.



Módulo Cuatro

Fractura por impacto

1 La fractura estática se presenta cuando los dientes se rompen después de solo unos po cos ciclos de muy altas cargas. 2 El diente que sufre fractura por impacto se ca racteriza a menudo por la presencia de una ondulación en el área donde fué comprimido. Esto se debe a una deformación plástica se vera. 3 La superficie de fractura tiene una apariencia fibrosa, uniforme y gruesa, y no hay signos de daño progresivo.

Fractura por fatiga

3 Sobrecargas repetidas inician las grietas en la raíz que se extienden en uno o más dientes. 4 Algunas veces se reconoce por marcas elípti cas sobre la superficie fracturada, que salen desde el punto en la raíz donde se originó la falla. La probabilidad de falla por fatiga puede ser minimizada: 1 Reduciendo la carga sobre el engranaje.

1 Esta falla es causada por sobrecarga repetida sobre un diente.

2 Incrementando el tamaño del diente o el an cho de la cara.

2 El diente es similar a una viga voladiza que es soportada por uno de sus extremos. La carga actúa hacia la punta del diente y el máximo esfuerzo ocurre en la raíz.

3 Incrementando el diámetro del engranaje. 4 Incrementando el radio de la raíz. 5 Tecnología de fabricación.

Lubricantes para engranajes Otras causas de fractura Fractura por desalineamiento La falla se origina en el extremo final de los dientes y tiende a seguir una línea diagonal. El desalineamiento se presenta a menudo por problemas con los cojinetes del eje. Esta falla es más común en engranajes helicoidales y cónicos.


Módulo Cuatro



Módulo Cuatro

EXAMINANDO DIENTES DE ENGRANAJE

Registro de Pitting (picado) obtenido con una cinta adhesiva transparente y un agente de marcación

Registro de Scuffing (gripado) o desgaste por fricción adhesiva obtenido con una cinta adhesiva transparente y un agente de marcación

Registro de Scuffing (gripado) en la parte de dedendum localizado, e insipiente iniciación de desgaste abrasivo en la zona de adendum, obtenido mediante el método de impresión por vaciado de resina.

4 Engranajes lubricacion

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