Engranajes cónicos
Engranaje cónico. Se fabrican a partir de un tronco de cono, formándose los dientes por fresado de su superficie exterior. Estos dientes pueden ser rectos, helicoidales o curvos. Esta familia de engranajes soluciona la transmisión entre ejes que se cortan y que se cruzan. Los datos de cálculos de estos engranajes están en prontuarios específicos de mecanizado.[9] Engranajes cónicos de dientes rectos
Efectúan la transmisión de movimiento de ejes que se cortan en un mismo plano, generalmente en ángulo recto, 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. Se utilizan en transmisiones antiguas y lentas. En la actualidad se usan muy poco. [10] 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. [11] Engranaje cónico hipoide
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 (Gleason)[12] Tornillo
sin fin y corona
Tornillo sin fin de montacargas. Artículo principal: Tornillo sin fin
Es un mecanismo diseñado para transmitir grandes esfuerzos, y como reductores de velocidad aumentando la potencia de transmisión. Generalmente trabajan en ejes que se cruzan a 90º. Tiene la desventaja de no ser reversible el sentido de giro, 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. El número de entradas de un tornillo sin fin suele ser de una a ocho. Los datos de cálculo de estos engranajes están en prontuarios de mecanizado. Tornillo sin fin y corona glóbicos
Tornillo sin fin y corona glóbica.
Con
el fin de convertir el punto de contacto en una línea de contacto y así distribuir mejor la fuerza a transmitir, se suelen fabricar tornillos sin fin que engranan con una corona glóbica. Otra forma de distribuir la fuerza a transmitir es utilizar como corona una rueda helicoidal y hacer el tornillo sin fin glóbico, de esta manera se consigue aumentar el número de dientes que están en contacto. Finalmente también se produce otra forma de acoplamiento donde tanto el tornillo sin fin como la corona tienen forma glóbica consiguiendo mejor contacto entre las superficies.[13] Mecanizado
d e coronas y tornillos sin fin
El mecanizado de las coronas de engranaje de tornillo sin fin se puede realizar por medio de fresas normales o por fresas madre. El diámetro de la fresa debe coincidir con el diámetro primitivo del tornillo sin fin con la que engrane si se desea que el contacto sea lineal. El mecanizado del tornillo sin fin se puede hacer por medio de fresas biocónicas o fresas frontales. También se pueden mecanizar en el torno de forma similar al roscado de un tornillo. Para el mecanizado de tornillos sin fin glóbicos se utiliza el procedimiento de generación que tienen las máquinas Fellows. Fórmulas
matemáticas para su cálculo
Módulo (M) M
=p/
Paso Axial (P) P= . M (cuando es de una entrada P = Ph) Angulo de hélice ( 1 hélice) tan =P/(Dp . ) ; tan=M/Dp Ángulo de la hélice ( más de 1 hélice) tan =(P . N)/( . Dp) ; tan= Ph/( .Dp) Paso de la hélice (más de una hélice) Ph=P .N Diámetro primitivo Dp=De-2 M Diámetro exterior De=Dp+2 M Diámetro interior Di=De-2 M Altura total del filete H=2.167 x
M(Angulo
de presión de 14.5° y 20°)
Altura de la cabeza filete H1= M ( para cualquiera de los ángulos de presión)
Altura de pie del filete H2=1.167 x
M(Angulo
de presión de 14.5° y 20°)
Ancho en el fondo del filete (punta de buril) F=0.95 x M (Angulo de presión de 14.5°) F=0.66 x M (Angulo de presión de 20°) Dichas formulas se tomaron del libro de "C ASILLAS libro de Casillas. Cálculos de Taller. Máquinas de A.L" Engranajes interiores
Mecanismo
de engranajes interiores.
Los engranajes 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, un engranaje pequeño con pocos dientes. Este tipo de engrane mantiene el sentido de la velocidad angular. [14] El tallado de estos engranajes se realiza mediante talladoras mortajadoras de generación. Mecanismo de cremallera Artículo principal: cr emall era
Cremallera.
El mecanismo de cremallera aplicado a los engranajes lo constituyen una barra con dientes la cual es considerada como un engranaje de diámetro infinito y un engranaje de diente recto de menor diámetro, y sirve para transformar un movimiento de rotación del piñón en un movimiento lineal de la cremallera. [15] Quizás la cremallera más conocida sea la que equipan los tornos para el desplazamiento del carro longitudinal. v = (n * z * p) / 60[m / s]
n:velocidad angular. z:número de dientes de la rueda dentada. p:paso.
Relaciones de transmisión Artículo principal: Velocidad de transmisión
Transmisión co mpuesta.
Transmisión reductora en una grúa antigua ubicada en el puerto de Sevilla Hay tres tipos de transmisiones posibles que se establecen mediante engranajes:[29] 1. Transmisión simple 2. Transmisión con piñón intermedio o loco 3. Transmisión co mpuesta por varios engranajes conocido como tren de engranajes. La transmisión simple la forman dos ruedas dentadas, e l sentido de giro del eje conducido es contrario al sentido de giro del eje motor, y el valor de la relación de transmisión es: Ecuación general de transmisión:
La transmisión con piñón intermedio o loco está constituida por tres ruedas dentadas, donde la rueda dentada intermedia solamente sirve para invertir el sentido de giro del eje conducido y hacer que gire en el mismo sentido del eje motor. La relación de transmisión es la misma que en la transmisión simple. La transmisión compuesta se utiliza cuando la relación de transmisión final es muy alta, y no se puede conseguir con una transmisión simple, o cuando la d istancia entre ejes es muy grande y sería necesario hacer ruedas dentadas de gran diámetro. La transmisión compuesta consiste en ir intercalando pares de ruedas dentadas unidas entre el eje motor y el eje conducido. Estas ruedas dentadas giran de forma libre en el eje que se alojan pero están unidos de forma solidaria los dos ruedas dentadas de forma que uno de ellos actúa de rueda dentada motora y el otro actúa como rueda dentada conducida. La relación de transmisión de transmisiones compuestas es: Ecuación general de transmisión:
[editar] Tratamiento térmico de los engranajes Artículo principal: Tratamiento térmico
Los engranajes están sometidos a grandes presiones t anto en la superficie de contacto y por eso el tratamiento que la mayoría de ellos recibe consiste en un tratamiento t érmico de cementación o nitruración con lo cual se obtiene una gran dureza en la zona de contacto de los dientes y una tenacidad en el núcleo que evite su rotura por un sobreesfuerzo. La cementación consiste en efectuar un calentamiento prolongado en un horno de atmósfera controlada y suministrarle carbono hasta que se introduzca en la superficie de las piezas a la profundidad que se desee. Una vez cementada la pieza se la somete a temple, con lo cual se obtiene gran dureza en la capa exterior, ideal para soportar los esfuerzos de fricción a que se someten los engranajes. Los engranajes que se someten a cementación están fabricados de aceros especiales adecuados para la cementación. Otra veces el tratamiento térmico que se aplica a los engranajes es el de nitruración, que está basado en la acción que ejercen sobre la superficie exterior de las piezas la acción del carbono y del nitrógeno. La nitruración reduce la velocidad crítica de enfriamiento del acero, alcanzando un mayor grado de dureza una pieza nitrurada y templada que cementada y templada, aun para un mismo tipo de material. En la actualidad, y particularmente en la industria de la automoción, se están supliendo aceros aleados por aceros más sencillos dadas las grandes ventajas técnicas que ofrece la
nitruración (elevadas durezas, regularidades de temple, menos deformaciones...). En los procesos de nitruración se puede o btener capas entre 0.1-0.6mm., siendo las durezas e n la periferia del orden de los 60-66 HRC. La nitruración es un proceso para endurecimiento superficial que consiste en penetrar el nitrógeno en la capa superficial. La dureza y la gran resistencia al desgaste proceden de la formación de los nitruros que forman el nitrógeno y los elementos presentes en los aceros sometido a tratamiento. A veces hay engranajes que se les aplica un temple por inducción donde el calentamiento es limitado a la zona a trat ar y es producido por corrientes alternativas inducidas. Cuando se coloca un cuerpo conductor dentro del campo de una bobina o de un solenoide con corrientes de media o alta frecuencia, el cuerpo es envuelto por una corriente inducida, la cual produce el calentamiento. Para ello se emplea inductores que tienen la forma apropiada de la dentadura que queremos tratar. La ausencia de todo contacto entre el inductor y la p ieza sometida a calentamiento permite -2 la obtención de concentraciones del orden de los 25.000 W cm . La velocidad de calentamiento es casi unas 15 veces más rápida que por soplete. Para templar una pieza por inducción será necesario que tenga un espesor por lo menos unas diez veces superior al espesor que se desea templar. El éxito de un buen temple reside en acertar con la frecuencia de corriente de calentamiento, para que ésta produzca una concentración suficiente de corriente inducida en la zona a templar. El sistema que se emplea en el calentamiento es en dos ciclos. 10.000 ciclos para el calentamiento de la base de los dientes y 375.000 para el calentamiento de la periferia. Después de efectuados los dos calentamientos el engrane es sumergido en agua o aceite en función del tipo de acero que sea. Una posibilidad que existe para solucionar los problemas que aparecen en los engranajes ha sido el níquel químico. Los depósitos de níquel le confieren a la pieza tratada una buena resistencia a la corrosión, una gran resistencia a la fricción y una gran dureza con ayuda de unos precipitados concretos. El niquelado qu ímico se consigue que las capas sean uniformes, siempre y cuando todas las partes de la pieza estén en contacto con la solución y la composición de esta se mantenga constante, y el espesor de esta capa varía según el tiempo de tratamiento y la composición. Las piezas antes de ser tratadas deben de pasar por otras fases como pueden ser el decapado, ataque, para garantizar su adhesión, y otra cosa a tener en cuenta es que el niquelado químico reproduce en la superficie la rugosidad de la [30] pieza tratada.
[editar] Verificación de engranajes La verificación de engranajes consiste en po der controlar los distintos parámetros que lo definen. Para medir el espesor cordal se utilizan pie de rey de doble nonio y micrómetros de platillo.
La medición del espesor de los dientes mediante pie de rey de doble nonio, sólo se ut iliza por lo general cuando se trata engranajes de módulo grande y mecanizado de desbaste. Para medir el espesor de engranajes de precisión se utiliza un micrómetro de platillo y se selecciona el número de dientes a abrazar para que el contacto entre los flancos de los dientes y los platillos se produzca en la circunferencia primitiva. La medición mediante comparadores se utiliza con patrones de puesta a punto para cada operación de control. La verificación en proyector de perfiles se utiliza para medir sobre la imagen amplificada o verificar utilizando plantillas adecuadas todas las características del engranaje. La medición de la excentricidad de un engranaje que es el descentramiento del diámetro primitivo respecto al eje de referencia de la pieza, se puede verificar: y y
Con comparador y varilla calibrada Por rodadura contra un perfil patrón.
Los engranajes maestros se clasifican en varias calidades de acuerdo con DIN3790 y 58420. Sus dientes una vez mecanizados pasan por un proceso de súper acabado. Durante la medición según este principio los engranajes a controlar se hacen engranar con engranajes [31] maestros.
[editar] Lubricación de engranajes Artículo principal: Lubricante
Las transmisiones por engranajes principalmente las que están sometidas a un gran esfuerzo y funcionamiento de gran velocidad tienen que tener el lubricante adecuado para poder [32] contribuir a conservar sus propiedades mecánicas durante el uso: La clasificación de los lubricantes de transmisión de uso industrial se realiza según [33] diferentes criterios:
[editar] Especificaciones técnicas de los lubricantes Las especificaciones de los lubricantes de transmisión difieren ligeramente según el e nte que las haya emitido. En Europa las especificaciones más conocidas son las que la norma DIN 51517 define como LUBRICANTES tipo CLP. A los propósitos de esta norma, LUBRICANTES CLP son aquellos basados en aceite mineral incluyendo aditivos diseñados para aumentar las propiedades anticorrosivas (Símbolo C), aumentar la resistencia al envejecimiento (Símbolo L), y disminuir el desgaste (Símbolo P)". E sta norma define las viscosidades para los grados ISO 68, 100, 150, 220, 320, 460, y 680.
[editar] Elección del lubricante y su viscosidad más adecuada El primer indicador del lubricante a utilizar en un determinado equipo debe ser siempre la recomendación del fabricante que lo ha diseñado y conoce sus necesidades. La elección de la adecuada viscosidad para un sistema de engranajes de dientes rectos o helicoidales es dependiente de y y y y
potencia expresada en kW o HP reducciones múltiples o simples velocidad expresada en rpm tipo de lubricación (circulación o salpicado)
[editar] Mantenimiento preventivo de las transmisiones El cambio de lubricantes y el mantenimiento de los niveles en las cajas de transmisiones por engranajes forma parte del mantenimiento preventivo que hay que realizar a todo tipo de máquinas después de un periodo de funcionamiento. Este mantenimiento puede tener una frecuencia en horas de funcionamiento, en kilómetros recorridos o en t iempo cronológico, semanal, mensualmente o anualmente.
[editar] Deterioro y fallo de los engranajes
Muestra animada de una rotura por fatiga. Como todo elemento técnico el primer fallo que puede tener un engranaje es que no haya sido calculado con los parámetros dimensionales y de resistencia adecuada, con lo cual no es capaz de soportar el esfuerzo al que está sometido y se deteriora o rompe con rapidez. El segundo fallo que puede tener un engranaje es que el material con el que ha sido fabricado no reúne las especificaciones técnicas ad ecuadas principalmente las de resistencia y tenacidad. También puede ser causa de deterioro o rotura si el engranaje no se ha fabricado con las cotas y tolerancias requeridas o no ha sido montado y ajustado en la forma adecuada. Igualmente se puede originar el deterioro prematuro de un engranaje es que no se le haya efectuado el mantenimiento adecuado con los lubricantes que le sean propios de acuerdo a las condiciones de funcionamiento que tenga Otra causa de deterioro es que por un sobresfuerzo del mecanismo se superen los límites de resistencia del engranaje La capacidad de transmisión de un engranaje viene limitada:
y y y
y
Por el calor generado, (calentamiento) Fallo de los dientes por rotura ( sobreesfuerzo súbito y seco Fallo por fatiga en la superficie de los dientes (lubricación deficiente y dureza inadecuada) Ruido como resultante de vibraciones a altas velocidades y cargas fuertes.
Los deterioros o fallas que surgen en los engranajes están relacionadas con problemas existentes en los dientes, en el eje, o una combinación de ambos. Las fallas relacionadas con los dientes pueden tener su origen en sobrecargas, desgaste y grietas, y las fallas relacionadas con el eje pueden deberse a la desalineación o desequilibrado del mismo produciendo vibraciones y ruidos
