u1l3 engranajes.pdf

Expositor: Luis Enrique Chávez Garay

Profesor

Departamento Mecánica

Tren de Fuerza

Lección 3: Engranajes y conjuntos

de engranajes

Objetivos

Al terminar esta lección, el participante

tendrá la capacidad de:

• Explicar la función e identificar los tipos de

los engranajes en el tren de fuerza.

ENGRANAJES Y CONJUNTOS

DE ENGRANAJES

• Son usados en máquinas, para transmitir

movimiento y fuerza a través del tren de fuerza.

• Ofrece ventajas de cambio de relaciones de

velocidad y par y del sentido de desplazamiento.

CARACTERISTICAS

• DISEÑO

• METALURGIA

• MANUFACTURA

• DISEÑO

- Geometría del ángulo

- Perfil del diente

- Geometría de la corona

- Superficie final

Geometría de ángulo

Correcto• Raíz redondeada

• Área grande para alivio de tensión

Incorrecto• Raíz plana• Área pequeña para alivio de tensión• Concentraciones de tensión

foto térmica foto térmica

Perfil del diente

Correcto• Con corona

• La uniformidad permite un

engranado correcto

• Distribuye la presión bajo tensión

Incorrecto• No biselado

• Alineación inapropiada

• Aumenta la presión y el desgaste en

los dientes

PERFIL CONVEXO

• Distribuye la presión bajo tensión

• Protege las puntas de los dientes

Geometría de la corona

• METALURGIA– Fundición, química del

material

– Selección del tratamiento termico

– Métodos para las propiedades del tratamiento térmicos

• El hierro fundido se obtiene cuando los niveles de carbono presentes en el hierro oscilan entre 2 – 4%.

• Este metal es mas quebradizo y poco o nada dúctil.

• El acero se obtiene cuando el nivel de carbono presente en el hierro esta entre 0,02 – 2 %

• Este metal es más duro, más tenaz, más dúctil y más resistente a los impactos y usado para piezas no tratadas térmicamente.

• Si a un acero blando se les añade carbono sólo en la superficie (cementación), se utiliza en piezas carburizadas como los engranajes.

Fundición

No todos los procesos de cementación son iguales.

Cementación especial

Proceso de

cementación especialCementación convencional

Constituyentes

blandos

500X Mag.

500X Mag.

500X Mag.

Cementación

Tratamiento térmico

Correcto• Dientes con endurecimiento

profundo

• Proceso adecuado, mayor duración

Incorrecto• Inadecuado endurecimiento

• Insuficiente profundidad de

endurecimiento

• Vida reducida

Templado por cementación de la caja Templado con nitruro Templado por inducción (interior)

Induction Hardened Case Carburized

Dureza de la superficie

Duración del engranaje:

El factor más importante es la resistencia al astillamiento

Tres características afectan a la resistencia al astillamiento:

Dureza de la superficie – Rc 59+

Dureza de la sub-superficie – Rc 35+ núcleo

Deficiencias de la microestructura

- Superficie de bainita + Núcleo de ferrita

- Gravedad de templado

- Composición de acero

Engranaje

cementadoOriginal Clasico Convencional

Dureza de la

superficieRc 64 – 59 Rc 63 – 58 Rc 63 – 58

Dureza a 1,8 mm Rc 48 – 45 Rc 47 – 46 Rc 47 – 35

Dureza a 2,8 mm Rc 39 – 34 Rc 38 – 34 Rc 38 – 28

Dureza del núcleo Rc 44 – 35 Rc 32 – 26 Rc 31 – 19

Bainita B0 – B1 B6 – B7 B7

Ferrita F1 – F2 F3 – F5 F4

• MANUFACTURA

- Fabricación

- Control de calidad

Fabricación - Engranajes

Control de calidad

en su totalidad

• SENTIDO DE ROTACION

• RELACION DE TRANSMISION

• TECNICAS DE UNION

• TIPOS DE ENGRANAJES

• Los dientes de un

engranaje actúan

como palancas

múltiples que

transfieren el par

del volante del

motor a otros

engranajes del

tren de fuerza.

Conjunto de engranajes

Rotación en sentidos opuestos

Engranaje de piñón

Engranaje loco

Gracias a este engranaje el impulsado giro en

el mismo sentido que el impulsor

Tren de engranajes

Relación de transmisión

i

Z1

Z2Z1

Z2

• La potencia real de

una máquina la

determina la capacidad

del motor.

• Con el uso de

engranajes de

tamaños diferentes

hace que la potencia y

la velocidad del motor

se utilice más

eficientemente ante

una carga variable.

• La velocidad de

rotación de los

ejes impulsados

por engranajes

depende del

número de dientes

de cada

engranaje.

Z2

Z1

Mayor torque

Mayor velocidad

Z1

Z2

Relación de engranajes locos

Z1 Z2

Z

i = Z2 = n1

Z1 n2

23

46

56

46

69

Técnicas de Unión - Arrastre

• En general los engranajes están montados en ejes a través de estrías y el maquinado es sobre la superficie del eje y en la maza del engranaje.

• Las estrías sostienen el engranaje de forma que gire en el eje sin patinar. En otras podrá deslizarse en el eje (transmisiones manuales).

Técnicas de Unión - Tensión

• Con las chavetas

también evitamos

el deslizamiento.

• Para que encaje la

chaveta se hace una

ranura única o cuñero

en el eje y otra en la

maza del engranaje.

• La chaveta es un trozo

de metal.

Lengüeta Semicircular

o

Chaveta Woodruff

Lengüeta de ajuste o

chaveta paralela

Ancho de la cara del engranaje

Con mayor área de

contacto se podrá

transmitir mayor

potencia.

La forma de la curva

proporciona un

contacto de rodadura

que se opone al

movimiento

deslizante del otro

diente en conexión.

Perfil para máxima

transferencia de potencia

Los dientes de los engranajes poseen un perfil, que cuando los dientes entran

en contacto, producen un ángulo de presión específico que permite un

contacto suave y de máxima profundidad.

ANGULO DE PRESION

Circulo de base

Circulo de paso

Línea de centros

Línea de acción

Angulo de presión:

14,5 º

20 º

25 º

Si los engranajes hacen un contacto entre

dientes muy apretado, los dientes se pegan,

producen fricción excesiva y pérdida de

potencia. Si el contacto es suelto, los

engranajes producirán ruido y serán ineficientes.

Espacio libre

entre dientes

(contrajuego)

backlash

1 2 3

Son propensos a producir vibración. También

tienden a hacer ruido durante la operación y se

aplican para baja velocidad en transmisiones.

Engranajes de dientes rectos

ENGRANAJES DE DIENTES RECTOS

Se usan para cargas pesadas. Permite una

transferencia de fuerza más suave y silenciosa.

Desventaja: Producen fuerzas laterales

Engranajes helicoidales

ENGRANAJES DE DIENTES HELICOIDALES

Compensa el empuje de fuerzas laterales, por un

lado se contrarresta por el empuje del otro.

Son mas costosos. Uso netamente industrial.

Engranajes helicoidales dobles

Herringbone

(Chevron)

Hacen que el flujo de potencia en un tren de engranajes gire

en curva. Transfiere potencia en forma perpendicular a la

dirección de la fuerza (90º).

Usados para baja velocidad y no altas fuerzas de impacto.

Engranajes cónicos simples

Piñón

Corona

ENGRANAJES DE DIENTES CONICOS RECTOS

Aplicadas para mayor potencia y soportan cargas

más altas. Son menos ruidosos.

Reducen la velocidad y aumentan la potencia.

Engranajes cónicos helicoidales

ENGRANAJES DE DIENTES CONICOS HELICOIDALES

Se usan con ejes perpendiculares pero desfasados.

El desfase permite aliviar el esfuerzo en los rodamientos.

Llamado incorrectamente conexión en espiral.

Engranajes hipoidales

Los dientes del tornillo se deslizan a través de los dientes de

la rueda impulsada.

Transmiten rotación de un eje a otro en ángulo de 90º con

una gran reducción de velocidad.

Engranajes de tornillo sinfín

TORNILLO SIN FIN Y CORONA

Convierten un movimiento en línea recta en un

movimiento de rotación.

Son de dientes rectos.

Conjunto de engranaje de

piñón y cremallera

Cremallera

Piñón o

engranaje sector

Posee una alta relación en un menor espacio.

Mayor contacto, menos desgaste porque giran en el mismo

sentido.

Se usan en transmisiones, divisores de par y mandos finales.

Engranajes Epicicloidales

Corona y engranajes planetarios

1

3

24

Transmisión Planetaria

Conjunto de engranajes

deslizantes de contraeje

Tren de engranajes

Se usan en transmisiones

manuales y

servotransmisiones. Permiten

cambiar un conjunto de

engranajes sin alterar las

otras relaciones de

engranajes. Los engranajes

se montan sobre ejes

paralelos. La dirección se

cambian con un engranaje

loco.

Conjunto de engranajes

de contraeje

Ventaja:

- Menos costoso

que un conjunto

de engranajes

planetarios.

Conjunto de engranajes

de contraeje