00 engranajes intro · 2013. 1. 24. · • cadenas • ventajas: • gran distancia entre centros....

Asignatura:Disseny de màquines en Aeronàutica

Prof. Carlos Díazgustavo.diaz@upc.edu

EngranajesIntroducción

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• La transmisión de la rotación de un eje a otro con una relación de velocidades angulares constante se puede conseguir mediante diversos mecanismos:

• Correas.

• Cadenas.

• Ruedas de fricción.

• Levas.

• Mecanismos de barras.

• Engranajes

Transmisiones

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• Correas

• Ventajas:

• Gran distancia entre centros.

• Funcionamiento suave y silencioso.

• Bajo coste de mantenimiento.

• Inconvenientes:

• Potencias moderadas.

• Gran volumen.

• Peligro de deslizamiento.

Transmisiones

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• Cadenas

• Ventajas:

• Gran distancia entre centros.

• No existe peligro de deslizamiento.

• Inconvenientes:

• Velocidad de trabajo (inferior a la correa)

• Montaje

• Relación de transmisión menos constante.

Transmisiones

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• Ruedas de fricción

• Ventajas:

• Medio más sencillo de transmisión.

• Inconvenientes:

• Desgaste.

• Asincronía.

• Transmisión de par limitada.

Transmisiones

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• Levas

• Ventajas:

• Definición exacta de movimiento:

• Desplazamiento.

• Velocidad.

• Aceleración.

• Inconvenientes:

• Imposibilidad de transmisión con movimiento constante circular.

• Coste de fabricación.

Transmisiones

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• Mecanismos de barras

• Ventajas:

• Medio sencillo de transmisión.

• Inconvenientes:

• Vibraciones a altas velocidades (equilibrado).

• Limitado en la transmisión de movimiento de giro.

Transmisiones

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• Transmisión de movimiento de forma continua y constante (Condición de engrane)

• Amplia gama de velocidades, potencias y relaciones de transmisión.

• Alto rendimiento.

• Dimensiones reducidas.

• Transmisión de grandes esfuerzos.

• Larga duración.

• Poco mantenimiento.

Ventajas de los engranajes

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• Coste.

• Maquinaria especial para su fabricación.

• Materiales caros.

• Tratamientos térmicos.

• Problemas en distancias de transmisión elevada.

• Flexibilidad (son sistemas prácticamente inmóviles).

• Lubricación (mayoría de aplicaciones).

Inconvenientes de los engranajes

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Introducción• La manera más sencilla de trasmitir movimiento de

un eje a otro es por fricción entre dos poleas.

• El movimiento se transmite por rodadura de una sobre la otra.

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Introducción• Si deseamos transmitir una potencia por medio de

rodadura, el problema es que aparecerán fuerzas tangenciales a las poleas en el punto de contacto y para conseguir una fuerza tangencial será necesaria una fuerza normal que nos genere rozamiento.

• Teniendo en cuenta que el coeficiente de rozamiento entre las poleas puede ser muy bajo vemos que necesitamos aplicar fuerzas muy superiores a la que necesitamos tangencialmente.

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Introducción• Por si esto no fuera suficiente, tampoco podemos

garantizar una relación de transmisión exacta debido al deslizamiento de una rueda respecto de la otra.

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Introducción• Para evitar esto utilizaremos los engranajes, en

estos la transmisión de movimiento se realiza por contacto directo con un movimiento similar a las levas.

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Historia• La tecnología asociada a los engranajes no es algo

nuevo y se conoce desde antiguo.

• No se sabe a ciencia cierta en que momento, ni en que lugar, se inventan los engranajes.

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Historia• Los primeros mecanismos de engranajes

conocidos son:

• Mecanismo de Antikythera.

• Es el mecanismo más antiguo que se conserva y era una calculadora astronómica.

• Está datado entre los años 150 y 100 a.C.

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Historia• Mecanismo que apunta al sur.

• Se inventa en China entre los años 120 y 250 a.C

• Es un mecanismo que mantiene el brazo de una figura apuntando al Sur.

• Presenta mecanismos epicicloidales.

• Funciona mientras las ruedas no presenten deslizamiento.

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Historia• No existen grandes avances hasta los siglos XI-XIII.

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Historia• Evolución histórica de los engranajes:

Nombre Fecha

(aprox.)

País Contribución

Nicolás de Cusa 1451 Francia Estudia la curva cicloidal.

Albert Durer 1525 Alemania Descubre la epicicloide.Girolano Cardano 1557 Suiza Primeros trabajos matemáticos sobre engranajes.

Philip de La Hire 1694 Francia Análisis matemático completo sobre la epicicloide. Recomienda la curva evolvente para engranajes. (La evolvente no es usada en la práctica hasta 150 años después).

Charles Camus 1733 Francia Profundiza en los trabajos de La Hire. Desarrolla la teoría de mecanismos. Estudia los engranajes de linterna.

Leonard Euler 1754 Suiza Trabaja sobre los principios de diseño y sobre las reglas de la acción conjugada. Algunos lo consideran "El padre de los engranajes de evolvente".

Abraham Kaestner

1781 Alemania Describió métodos prácticos para calcular los parámetros de los dientes cicloidales y de evolvente. Considerando 15º como el ángulo mínimo de presión.

Robert Willis 1832 Inglaterra Estudió y enseñó sobre el tema de los engranajes. Es el pionero en la ingeniería de los engranajes.

Edward Sang 1852 Escocia Teoría general sobre los dientes de los engranajes. Desarrolla las bases teóricas en las que se sustentan las máquinas para generar los dientes de los engranajes.

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Definición• ¿Qué es un engranaje?

• Según la UNE 18-004-93/1:

• “Organo dentado destinado a mover otro o a ser movido por él, por la acción de los dientes al venir en contacto sucesivo”

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Objetivo• El objetivo que se persigue en una transmisión por

engranajes es transmitir la rotación entre dos ejes con una relación de velocidades angulares constante.

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Relación de transmsión• Es el cociente entre la velocidad angular de salida .

(ve loc idad de la rueda conduc ida) y la de entrada .(velocidad de la rueda conductora).

+ Si los ejes giran en el mismo sentido.

- Si giran en sentido contrario.

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Los engranajes los podemos clasificar de muchas maneras:

• Según la disposición de sus ejes de rotación.

• Según el tipo de dentado.

Tipos de engranajes

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Los engranajes los podemos clasificar de muchas maneras:

• Engranajes cilíndricos (Entre ejes paralelos)

• Engranajes cónicos (Ejes que se cortan)

• Engranajes hiperbólicos (Ejes que se cruzan)

Según el eje de rotación

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• Ejes paralelos

• Rectos

• Externos

• Internos

• Helicoidales (Oblicuos)

• Simples

• Dobles

Ejes paralelos

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• Rectos

• Externos

• Internos

Ejes paralelos

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• Helicoidales (Oblicuos)

• Simples

• Dobles (Herringbone)

Ejes paralelos

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• Cónicos rectos.

• Cónicos helicoidales.

Ejes que se cortan

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• Cónicos rectos.

Ejes que se cortan

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• Cónicos helicoidales.

Ejes que se cortan

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• Helicoidales cruzados

• De sinfin corona.

• De sinfin Cavex

• Hipoidales

Ejes que se cruzan

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• Helicoidales cruzados

Ejes que se cruzan

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• De sinfin corona.

Ejes que se cruzan

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Tornillo sinfín cilíndrico y corona glóbica

Tornillo sinfín glóbico y corona cilíndrica

Tornillo sinfín glóbico y corona glóbica

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• De sinfin Cavex

Ejes que se cruzan

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• Hipoidales

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También podemos clasificar los engranajes según el tipo de dentado:

Por ejémplo, los engranajes cilíndricos pueden ser:

• Rectos, los dientes son paralelos a las generatrices de los axiodes.

• Helicoidales, los dientes forman una hélice sobre el cilíndro axoide.

Según el tipo de dentado

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Damos a modo de ejemplo alguna de las normas UNE:

• UNE 18004-1:1993 Engranajes. Vocabulario y definiciones geométricas. Parte 1: definiciones generales, engranajes y pares de engranajes cilíndricos, cónicos e hipoides.

• UNE 18005:1994 Engranajes cilíndricos para mecánica general y mecánica pesada. Módulos y diametrales Pitch.

• UNE 18033:1984 Notación internacional de los engranajes. Símbolos de datos geométricos.

• UNE 18060:1965 Engranajes. Utiles para el tallado. Fresas madre de cuchillas de un filete. Calidad B.

Normativa (UNE)

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• UNE 18048:1983 Sistema ISO de precisión de ruedas dentadas y engranajes cilíndricos-rectos con dientes de perfil evolvente.

• UNE 18051:1957 Engranajes conicorrectos.

• UNE 18066:1961 Engranajes. Rectos y helicoidales.

• UNE EN ISO 2203:1988 Dibujos técnicos. Signos convencionales para engranajes. (ISO 2203:1973).

Esto es sólo una muestra y podéis buscar más información en http://www.aenor.es

Normativa (UNE)

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Normativa (UNE)

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Para paises de influencia americana es interesante conocer la normativa AGMA

• American Gear Manufacturers Association

• Es el organismo acreditado por ANSI (American National Standards Institute) para escribir las normas relativas a engranajes.

Normativa (AGMA)

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Normativa (AGMA)