PARA QUE SIRVE LA TRIBOLOGA

LA TRIBOLOGA

Los factores que estudia la tribologa son la friccin entre dos cuerpos en movimiento, el desgaste como efecto natural de la friccin y la lubricacin como un medio para evitar el desgaste. Estos tres factores son trminos usados continuamente en la industria, los cuales en la mayora de los casos, vemos de reojo, con escaso inters y cubrimos con apremio y sin ningn anlisis.

Es comn, en la prctica, considerar solo el trmino lubricacin o ingeniera de lubricacin. Sin embargo los tres factores nos han acompaado por toda nuestra historia. Puede considerarse que el desarrollo de la Tribologa, ha sido desde el hombre erectus hasta el hombre moderno. Ahora bien, considerando que con el fuego y la rueda se inici el desarrollo del hombre, entonces a medida que aprendi a dominarlos y a encontrarles nuevas aplicaciones, avanz tecnolgica-mente. Esos avances lo condujeron a nuevas necesidades para utilizar materiales cada vez ms resistentes al desgaste y eso termin en el procesamiento de bronce y de hierro. As pues, el fuego le permiti fundir materiales y fabricar herramientas, armas, bisagras para las puertas y bujes para los ejes de las ruedas de los carros. El hombre evolucion en el conocimiento y tecnologa, aparecieron entonces, civilizaciones ms avanzadas e imperios poderosos.

El dominio de estos imperios, como todava sucede ahora, estaba basado en la posesin de la tecnologa, que les permiti llegar a procesos tan avanzados como la fabricacin de rodamientos de bolas y rodillos y su utilizacin en los carros y buques de guerra. Paralelamente con estos desarrollos se fabricaron los primeros lubricantes a base de resinas de petrleo, betn y de grasas vegetales y animales. Estos acontecimientos marcaron el comienzo de la Tribologa fundamentado en el estudio de los materiales, la fundicin, el movimiento giratorio, el diseo y la fabricacin de piezas.

La tribologa toma en cuenta aspectos como: El diseo, los materiales de las superficies en contacto, el sistema de aplicacin del lubricante, el medio circundante y las condiciones de operacin.

Impacta prcticamente en todas las piezas en movimiento como: Rodamientos, Chumaceras, Sellos, Anillos de pistones, Embragues, Frenos, Engranes y Levas. Ayuda a resolver problemas en maquinaria, equipos y procesos industriales tales como: Motores elctricos y de combustin (componentes y funcionamiento), Turbinas, Compresores, Extrusin, Rolado, Fundicin, Forja, Procesos de corte (herramientas y fluidos), Elementos de almacenamiento magntico y hasta prtesis articulares (cuerpo humano).

La Tribologa deriva de la palabra griega tribos, frotar o rozar. Para entender a la tribologa se requiere de conocimientos de fsica, de qumica y de la tecnologa de materiales. Las tareas del especialista en tribologa (triblogo) son las de reducir la friccin y desgaste para conservar y reducir energa, lograr movimientos ms rpidos y precisos, incrementar la productividad y reducir el mantenimiento. La palabra tribologa se acu para describir un programa de acciones del gobierno ingls, que naci a raz del Reporte Jost (1966), el cual, analizaba el gran desperdicio de recursos, estimado en 515 millones de libras esterlinas, que ocurra por ignorar los fenmenos mecnicos de interaccin superficial

Segn E. Rabinowicz (1995) las causas de prdida de utilidad de los objetos materiales son: 15% por anticuado, 15% por descompostura y 70% por deterioro de superficie, siendo aqu donde nos carga el desgaste su factura. El anlisis del desgaste es importante porque junto con la fatiga y a la corrosin son los problemas que ms fallas causan en las mquinas. De estos tres el menos estudiado ha sido el desgaste. La prediccin del desgaste es difcil porque no es una propiedad intrnseca del material, sino que depende de todo el tribosistema con el que interacciona el cuerpo que se desgasta. Para entender un poco ms de las diferencias entre los factores que estudia la tribologa, se tienen las siguientes definiciones.

La friccin se define como la resistencia al movimiento durante el deslizamiento o rodamiento que experimenta un cuerpo slido al moverse sobre otro con el cual est en contacto y depende de las caractersticas de las superficies. Existen dos tipos principales de friccin: friccin esttica y friccin dinmica. La friccin no es una propiedad del material, es una respuesta integral del sistema. Las dos leyes bsicas de la friccin se han conocido desde hace un buen tiempo: 1) la resistencia de friccin es proporcional a la carga y 2) la friccin es independiente del rea de deslizamiento de las superficies.

El desgaste es el dao de la superficie por remocin de material de una o ambas superficies slidas en movimiento relativo. Es un proceso en el cual las capas superficiales de un slido se rompen o se desprenden de la superficie. Al igual que la friccin, el desgaste no es solamente una propiedad del material, es una respuesta integral del sistema. Es de esperarse que para aumentar la vida til de un equipo se debe disminuir el desgaste al mnimo posible. Existen distintos tipos de desgaste, como por ejemplo adhesivo, abrasivo, corrosivo, etc. Sin embargo, es comn que varios de ellos se den cita en un mismo evento. El deslizamiento entre superficies slidas se caracteriza generalmente por un alto coeficiente de friccin y un gran desgaste debido a las propiedades especficas de las superficies.

Una profundidad de la penetracin (/R) pequea no daa la superficie.Una profundidad de la penetracin (/R) grande causa gran dao a la superficie.

Respuesta de la superficie al dao por deslizamiento entre dos cuerpos.

La lubricacin consiste en la introduccin de una capa intermedia de un material ajeno entre las superficies en movimiento, cuya funcin es disminuir la friccin y el desgaste. El trmino lubricante es muy general, y puede estar en cualquier estado material: lquido, slido, gaseoso e incluso y semislido o pastoso.

Fundamentos de la Tribologa

La Tribologa se centra en el estudio de tres fenmenos; la friccin entre dos cuerpos en movimiento, el desgaste como efecto natural de este fenmeno y la lubricacin como un medio para evitar el desgaste.

OPINION. El hombre necesita controlar la friccin para minimizar el desgaste y el consumo de energa. Aunque en acciones tan cotidianas como caminar, recoger un objeto, abrir un libro, frenar un vehculo o hacer que el tren pueda desplazarse sobre los rieles se requiere la existencia de una friccin controlada y en las cuales la carencia absoluta de ella impedira llevarlas a cabo, el objetivo de la tribologa es controlarla para evitar costos innecesarios. Toda accin de los seres vivos o de la naturaleza se puede considerar un proceso tribolgico que puede ser positivo o negativo segn que evite o reduzca al mximo la friccin o la ocasione. La friccin, naturaleza de los materiales, rugosidad, desgaste, lubricacin, energa y medio ambiente, son elementos inherentes en muchas de las disciplinas de la ingeniera, puede decirse, entonces que la Tribologa debera ser objeto de estudio de todas las ingenieras. Por todo esto, la aplicacin de los conocimientos de la Tribologa deriva en: Ahorro de materias primas, Aumento en la vida til de las herramientas y la maquinara, Ahorro de recursos naturales, Ahorro de energa, Proteccin al medio ambiente y Ahorro econmico.Aplicaciones

La Tribologa est presente en prcticamente todos los aspectos de la maquinara, motores y componentes de la industria en general. Los componentes tribolgicos mas comunes son:

RodamientosEmbragues

SellosFrenos

Anillos de pistonesEngranes

CepillosLevas

Las aplicaciones ms comunes de los conocimientos tribolgicos, aunque en la prctica no se nombren como tales, son:

Motores elctricos y de combustin (componentes y funcionamiento)Forja

TurbinasProcesos de corte (herramientas y fluidos)

ExtrusinElementos de almacenamiento magntico

RoladoPrtesis articulares (cuerpo humano)

Fundicin

La aplicacin de los conocimientos de la Tribologa en estas prcticas deriva en:

Ahorro de materias primas Aumento en la vida til de las herramientas y la maquinara Ahorro de recursos naturales Ahorro de energa Proteccin al medio ambiente Ahorro econmico

Engranajes (Tribologia)

Los engranes (o engranajes) sirven para transmitir par de torsin y velocidad angular en una amplia variedad de aplicaciones. Existen varios tipos de engranes como:

Recto Diseado para funcionar sobre flechas paralelas, con sus dientes paralelos al eje de la flecha.

Helicoidal, cnico y tornillo sinfn Aceptan flechas no paralelas.

Probablemente posprimero engranes fueron fabricados de madera y de otros materiales fcilmente trabajables, siendo sus dientes simples espigas insertadas en un disco o una rueda. Hasta que llego la revolucin industrial que las maquinas los requirieron y las tcnicas de fabricacin permitieron la creacin de engranes como los conocemos ahora, con dientes especialmente conformados, moldeados o cortados en un disco de metal.

TEORIA DE LOS DIENTES DE ENGRANE

La manera ms sencilla de transferir movimiento rotatorio de una flecha a otra es un par de cilindro en giro. Puede ser un conjunto externo de cilindros en giro o un conjunto interno. No habr deslizamiento entre dos cilindros hasta que la fuerza de friccin mxima disponible en la unin se vea superada por las necesidades de transferencia de par de torsin.

Los inconvenientes principales el mecanismo de transmisin con cilindros en rodamiento son su relativamente baja capacidad de par de torsin, as como la posibilidad de deslizamiento, para evitar todo eso necesario la adicin de algunos dientes de acoplamiento a los cilindros en rodamiento. Entonces se convierten en engranes y juntos constituyen un engranaje. Donde al de menor tamao se le denomina pin y al mayor engrane.

LEY FUNDAMENTAL DE LOS ENGRNES

Los primeros tipos de engranes no transmitan una velocidad uniforme, ya que la geometra de las espigas o dientes violaban la ley fundamental de los engranes, que dice que la razn de la velocidad angular debe mantenerse constante a travs del acoplamiento. La ecuacin de la velocidad angular es igual a la razn del radio de paso del engrane de entrada, dividido entre el correspondiente del engrane de salida.

La superficie de los cilindros de rodamiento se convierten en crculos de paso, y sus dimetros en dimetros de paso de los engranes. El punto de contacto entre cilindros ocurre en la lnea de centros y esta lnea se conoce como punto de paso. La razn de par de torsin o ventaja mecnica es la reciproca de la razn de velocidades.

En cualquier caso, por lo general es deseable mantener una razn constante entre engranes mientras giran. Cualquier variacin se mostrara como una oscilacin en la velocidad y en el par de torsin de salida. Para efectos de clculo, la razn de engranes se toma como la magnitud, ya sea de la razn de velocidad o de la razn de par de torsin, cualquiera que esta sea mayor a 1.

LA FORMA INVOLUTA EN DIENTES

La involuta de un crculo es una curva que se genera al desenrollar una cuerda tensa en un cilindro y se observa lo siguiente, en relacin con esta curva involuta:

La cuerda siempre es tangente al circulo base

El centro de curvatura de la involuta esta siempre en el punto de tangencia de la cuerda con el circulo base

Una tangente a la involuta siempre ser normal a la cuerda, que es el radio instantneo de curvatura de la curva de la involuta.

ANGULO DE PRESION

El ngulo de presin en un engranaje se define como el ngulo entra la lnea de accin y la direccin de la velocidad en el punto de paso, da manera que la lnea de accin sea girada grados en la direccin de rotacin del engrane impulsado. Los ngulos de presin han sido normalizados, siendo los valores de 14.5, 20 y 25 siendo el de 20 el de uso mas comun y 14.5 obsoleto ahora.

PION Y CREMALLERA

Si se incrementa sin limite el dimetro del circulo base de un engrane, su circulo base se convertir en una lnea recta. Este engrane lineal se le conoce como cremallera. Su aplicacin mas comn del pin y cremallera es la conversin de un movimiento rotatorio a lineal, o viceversa. Tambin impulsa al revs, por lo que se requiere freno si se aplica para sujetar una carga.

MODIFICACION DE LA DISTANCIA ENTRE CENTROS

Si la forma del diente del engrane no es involuta, entonces tenemos un error en la distancia entre centros que causara variaciones de la velocidad de salida. La velocidad angula de salida no ser constante para una velocidad de entrada constante, lo que viola la ley fundamental de los engranes. Conforme se incrementa la distancia entre centros, tambin se incrementara el ngulo de presin y viceversa. Esto es el resultado de un cambio o de un error en la distancia entre centros en la utilizacin de dientes involutos.

HUELGO O JUEGO

Al incrementar la distancia entre centros se aumentara el huelgo y viceversa. El huelgo se define como el espacio (holgura) entre dignes acoplados al medio a lo largo de la circunferencia del circulo de paso. Las tolerancias de fabricacin impiden un huelgo a igual a cero, ya que no es posible que todos los dientes tengan exactamente las mismas dimensiones y todos deben acoplarse sin trabarse.

NOMENCLATURA DE LOS DIENTES DE ENGRANE

La altura del diente se define por la altura de la cabeza (addendum) y la altura de la raz (dedendum), que sean referidas al crculo de paso nominal. La altura de la raz es ligeramente mayor a la altura de la cabeza, a fin de incluir una pequea holgura entre la punta de un diente en acoplamiento y la parte inferior del espacio del diente del otro. El paso circular es la longitud de arco a lo largo de la circunferencia del crculo del paso, medido desde un punto en un diente hasta el mismo punto en lo siguiente. El paso circular define el tamao del diente. La definicin de paso circular es:

Una manera ms practica de definir el tamao del diente es relacionndolo directamente con el dimetro del circulo de paso, no con su circunferencia. El paso diametral:

Las unidades del paso diametral son reciprocas en pulgadas, es decir el nmero de dientes por pulgada. Esta medida se aplica solo en engranes estadounidenses y combinando las ultimas dos ecuaciones se obtiene la razn entre el paso circular y el paso diametral.

INSTITUTO TECNOLOGICO DE TIJUANA

Materia: TermodinmicaSemestre: Enero-Junio

Carrera: Ingeniera Electromecnica

Profesor: Salvador GaytanAlumno:

Sal Toribio Ramrez

No. Control:

13211129

Tribologa y Engranes.

Sal Toribio Ramrez 13211129 Lunes 25 de Mayo de 2015