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Trabajos en la normalizacin internacional del clculo delos engranajes cilndricos y cnicos

G. Gonzlez Rey yM. E. Garca DomnguezDepartamento de Mecnica Aplicada, Facultad de Ingeniera Mecnica,Instituto Superior PolitcnicoJos Antonio Echeverra, La Habana 19390, Cuba.E-mail: mecanica@cujae.ispjae.edu.cu

Resumen

En el articulo es presentado un panorama del trabajo realizado en las normas ISO relativas al clculo de la capacidad de cargade los engranajes cilndricos y cnicos, adems de referir las ms recientes normas ISO editadas en los ltimos aos as comolas propuestas de futuros trabajos en el tema de engranajes cilndricos y cnicos.

1. Introduccin

Dentro del numeroso conjunto de las transmisionesmecnicas, los engranajes han encontrado mltiplesaplicaciones en todas las ramas de la industria y eltransporte actuales, siendo en muchos casos preferidos porsus mltiples ventajas, entre las cuales destacan: elevadaeficiencia, gran capacidad de carga con pequeasdimensiones, facilidad de construccin y amplios intervalosde velocidad de trabajo.

Es indiscutible que en estos tiempos las transmisiones porengranaje acaparan la atencin de muchos estudiosos ytcnicos. Resultado de este inters y trabajo son losrecientes avances en la tecnologa de fabricacin de lasruedas dentadas, los nuevos mtodos de clculo de esfuerzosen los dientes y las novedosas tcnicas de anlisis delcontacto entre los flancos activos de los pares de dientesengranados que han reclamado un intenso empleo de lacomputacin y los procesamientos matemticos.

Debido a todo este auge en el desarrollo de la produccinde engranajes cilndricos y cnicos, hoy ms que nunca, seha requerido de la existencia de normas de referencia para elclculo de su capacidad de carga.

En este sentido, una de las instituciones que ha jugado un

papel determinante en la elaboracin de normas referidas altema de las transmisiones por engranajes y al clculo de sucapacidad de carga ha sido el Comit Tcnico 60 (TC 60) dela Organizacin Internacional para la Normalizacin (ISO).Pero, contrario a lo que se pudiera pensar y debido a la pocadivulgacin que en el rea iberoamericana han tenido lasnormas ISO de engranajes, en contraposicin a las normasAGMA con una muy amplia divulgacin mundial, se hacredo conveniente en el presente trabajo exponer lasnormas internacionales disponibles y aprobadas por ISO

TC60 hasta diciembre de 1996 en el tema de engranajes,incluyendo las normas aprobadas recientemente para laverificacin de la capacidad de carga de los engranajes, ascomo los trabajos en perspectiva para los prximos aos

2. El comit ISO TC60

Como es conocido, la ISO (en ingles, InternationalStandardization Organization) es la asociacin vinculada yresponsabilizada con la propuesta, aprobacin y elaboracin

de las normas internacionales.Segn informacin, obtenida del Informe Anual de ISOen 1996 [1], es conocido que hasta diciembre de ese aohaban sido aprobadas un total de 10 189 NormasInternacionales.

Este intenso y voluminoso trabajo de la organizacin hasido posible gracias a una miembresia de 116 pases, de loscuales 83 pases (entre ellos Cuba) tienen derechos plenos aun total ejercicio del voto para la aprobacin de las NormasInternacionales.

Toda la labor de la ISO se realizada en un total de 185Comits Tcnicos, 611 Subcomits y 2022 Grupos deTrabajo.

Entre las numerosas agrupaciones tcnicas de la ISO, hasido designado el Comit Tcnico 60 (ISO TC60) paradedicarse plenamente a la elaboracin, discusin yaprobacin de las Normas Internacionales referidas aengranajes.

Desde 1993, la secretara de ISO TC60 corre a cargo de laAsociacin Americana de Fabricantes de Engranajes (eningls, American Gear Manufacturers Association, AGMA)y es dirigida por WILLIAM A. BRADLEY, quien esactualmente Jefe de la Divisin Tcnica de AGMA y

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personalidad de gran prestigio entre los especialistasvinculados con los engranajes.

Anteriormente, el Instituto Belga de Normalizacin habasido responsable con la conduccin del mencionado ComitTcnico, bajo la direccin del Dr. M.J.SPRENGERS.

Hasta el mes de diciembre de 1996, ISO TC60 acumulabaun total de 20 Normas y 7 Informes Tcnicos aprobados[2].

La Tabla 1 muestra una lista de las Normas e InformesTcnicos ISO actualmente vigentes que han sido elaborados

bajo la direccin de ISO TC60.Segn la agenda actual de ISO TC60, estn en activo un

total de 10 Grupos de Trabajo (WG), los cuales se encargandirectamente de elaborar las propuestas de Normas

Internacionales que posteriormente sern discutidas ycirculadas para aprobacin como normas ISO en el tema deengranajes. Cada uno de estos Grupos de Trabajo estcompuesto por un conjunto de expertos con intereses yconocimientos en un tema especfico. En la Tabla 2 semuestran los Grupos de Trabajo activos hasta el mes de

julio de 1997. Otros Grupos de Trabajo anteriores y noactivos en este momento fueron WG1 (Secretara: DIN.Tema de inters: engranajes para la industria ligera), WG3(Tema de inters: herramientas para tallado de engranajescilndricos) y WG5 (Secretara: IBN/Blgica. Tema deinters: correccin en engranajes cilndricos).

.Tabla 1.Normas ISO e Informes Tcnicos ISO (TR) de ISO TC60 vigentes en diciembre de 1996Nmero deNorma ISO

Ao de edicin oltima revisin

Contenido

53 1974 Cremallera bsica para engranajes cilndricos.54 1996 Mdulos para engranajes cilndricos.

677 1976 Cremallera bsica en engranajes cnicos de dientes rectos.

678 1976 Mdulos ypitchspara engranajes cnicos de dientes rectos.701-1 1976 Nomenclatura y smbolos para la geometra de engranajes.1122-1 1983 Glosario de trminos para engranajes. Definiciones geomtricas.1328-1 1995 Definiciones y valores permisibles de desviaciones en los flancos de los dientes de engranajes

cilndricos.1328-2 1996 Definiciones y valores permisibles de desviaciones en pulsaciones radiales.1340 1976 Informacin necesaria para fabricar ruedas dentadas cilndricas.1341 1976 Informacin necesaria para fabricar ruedas cnicas con dientes rectos.2490 1996 Dimensiones nominales en fresas madres con una entrada (monobloque), para mdulos desde 1 hasta

40.TR4467 1982 Coeficiente de correccin de los dientes en engranajes cilndricos.

4468 1982 Requisitos de precisin de fresas madres con una entrada.6336-1 1996 Clculo de la capacidad de carga de engranajes cilndricos. Principios bsicos y factores de influencia

general.

6336-2 1996 Clculo de la capacidad de carga de engranajes cilndricos. Clculo de la durabilidad de la superficie.6336-3 1996 Clculo de la capacidad de carga de engranajes cilndricos. Clculo de la resistencia a la flexin del

diente.6336-5 1996 Clculo de la capacidad de carga de engranajes cilndricos. Resistencia y calidad de los materiales.8579-1 1993 Cdigo de aceptacin de engranajes. Determinacin de los niveles de potencia sonora emitida.8579-2 1993 Cdigo de aceptacin de engranajes. Determinacin de la vibracin mecnica.

TR-10064-1 1992 Cdigo de inspeccin para los flancos de los dientes en engranajes cilndricos.TR-10064-2 1996 Cdigo de inspeccin para pulsaciones radiales, holgura lateral y espesor de los dientes en engranajes

cilndricos.TR-10064-3 1996 Cdigo de inspeccin y recomendaciones relativas al semiproducto, distancia interaxial y paralelismo

de los ejes.TR-10495 1995 Clculo de la vida de servicio en condiciones de carga variable, para engranajes cilndricos.

TR-13989-1 1996 Clculo de la capacidad de carga de engranajes cilndricos, cnicos e hipoidales segn mtodo detemperatura instantnea.

TR-13989-2 1996 Clculo de la capacidad de carga de engranajes cilndricos, cnicos e hipoidales segn mtodo detemperatura integral.10825 1995 Terminologa para el deterioro y dao de los dientes de los engranajes.14104 1995 Inspeccin de la superficie templada despus del rectificado en los engranajes.

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3. El grupo de trabajo ISO TC60/WG6

En la Tabla 2 puede comprobarse que el Grupo deTrabajo N6, o como se le conoce ISO TC60/WG6, es elresponsabilizado con la propuesta, discusin y circulacin

para aprobacin de las Normas Internacionales referidas alclculo de la capacidad de carga de los engranajescilndricos.

En la actualidad, WG6 es el Grupo de Trabajo con mayorcantidad de proyectos de normas en el Comit Tcnico 60.Su ms reciente edicin corresponde a la norma ISO 6336 ycuatro de sus partes (segn puede ser apreciado en laTabla 1), son tambin producto del trabajo de este grupo, ascomo la norma ISO 14104 y los reportes tcnicos TR 10495y TR 13989.

En estos momentos, la organizacin de este Grupo deTrabajo corre a cargo del Comit de Normalizacin Alemn(DIN) y estuvo bajo la direccin y convocatoria del Profesor

HANS WINTER del Laboratorio de Transmisiones porEngranaje (FZG) de la Universidad Tcnica de Munich.Recientemente fue promovido a esta responsabilidad elProfesor B.-R. HHN, tambin de la mencionadauniversidad.

Para realizar el trabajo en ISO TC60/WG6 sonconvocados un total de 70 expertos de 23 pases, segn semuestra en la Tabla 3.

A partir de la norma ISO 6336, que establece el clculo aresistencia de los engranajes cilndricos en general, se hanelaborado y se discuten las propuestas de normas especficassiguientes:

Tabla 2.Grupos de Trabajo (WG) activos en julio de 1997 en ISO TC60

WG Secretara/Pas Tema de inters

2 AGMA/E.U.A. Sistema de precisin, inspeccin y control.4 AFNOR/Francia Nomenclatura, smbolos y definiciones.6 DIN/Alemania Capacidad de carga de engranajes cilndricos.7 AFNOR/Francia Capacidad de carga y geometra de engranajes de tornillo sinfn.9 AGMA/E.U.A. Normas de aceptacin. Niveles de ruido y vibraciones.10 AGMA/E.U.A. Reductores y multiplicadores de velocidad.11 DIN/Alemania Engranajes de alta velocidad.12 DIN/Alemania Pruebas al lubricante para engranajes.13 DIN/Alemania Capacidad de carga de engranajes cnicos.

14 DIN/Alemania Resistencia y calidad de los materiales para engranajes.

Tabla 3.Cantidad de expertos en ISO TC60/WG6 por pases (diciembre 1996)

Pas Cantidad Pas Cantidad

Alemania 16 Suiza 2Rusia 7 Australia 1

E.U.A. 5 Blgica 1Francia 5 Bulgaria 1China 5 Checoslovaquia 1

Inglaterra 4 Cuba 1Japn 4 Espaa 1

Eslovenia 3 Irlanda 1

Finlandia 3 Macedonia 1Noruega 3 Suecia 1Hungra 2

Italia 2Polonia 2

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ISO/CD 9082- Clculo de la capacidad de carga de losengranajes cilndricos para vehculos. (Es una propuesta denorma al Comit Tcnico con muy poca prioridad en eltrabajo de WG6, durante 1996 no fue realizada ningunadiscusin o anlisis de ella).

ISO/CD 9083- Clculo de la capacidad de carga deengranajes cilndricos para buques. (Es una propuesta sobrela cual se elaboran comentarios para el Comit Tcnico; seespera para 1997 realizar una recopilacin de propuestas demodificacin).

ISO/CD 9084- Clculo de la capacidad de carga de losengranajes cilndricos de alta velocidad. (Fue circulada una

propuesta para ser aprobada por el Comit Tcnico y seespera a fines de 1997 que pase a una etapa superior deelaboracin ).

ISO/CD 9085- Clculo de la capacidad de carga deengranajes cilndricos para aplicaciones industriales. ( Fueuna de las propuestas de norma ms discutidas durante1996; se espera en el presente ao realizar una nueva

versin como ISO/DIS para ser llevada a discusin por elComit Tcnico) .

De las anteriores propuestas de normas internacionales,quizs la de prxima edicin sea ISO/CD 9085-1, pues sehan solicitado de los expertos de WG6 sus comentarios,

para proceder a la aprobacin como Propuesta del ComitTcnico para Borrador de Norma ISO/DIS (en ingls: DraftInternational Standard). La versin de clculo simplificadode la capacidad de carga de engranajes cilndricosindustriales (ISO/CD 9085-2) no tiene en la actualidad una

prioridad significativa, y se espera concluir su versinampliada (ISO/CD 9085-1) para darle continuidad.

Tambin se espera que, derivada de los informes tcnicos

ISO/TR 13989-1 e ISO/TR 13989-2, sea publicada deinmediato la versin de norma ISO/CD 13989, pues esrequerida para completar la discusin de la propuesta denorma ISO 6336-4 referida al clculo de la capacidad decarga de los engranajes cilndricos, previendo el riesgo aldesgaste adhesivo.

4. El grupo de trabajo TC60/WG 13

El Grupo de Trabajo 13 del Comit Tcnico 60 de ISO(ISO/TC60/WG13) es responsabilizado con la propuesta,discusin y circulacin para aprobacin de las NormasInternacionales relacionadas con el clculo de la capacidadde carga de los engranajes cnicos. Este nuevo grupo fuefundado durante una reunin de ISO TC60 en febrero de1996, en respuesta a un acuerdo del Comit Tcnico, con laintencin de aliviar la ardua labor que llevaba el Grupo deTrabajo 6, el cual atenda hasta ese ao las normas

relacionadas con los engranajes cnicos, adems de losengranajes cilndricos.

Desde su fundacin, la secretara del Grupo de Trabajo 13es responsabilidad del Subcomit 2 (SC 2) perteneciente alComit de Normalizacin Alemn (DIN). WG 13 esdirigido y convocado por el Dr. GERHARD TRIPPde la firmaalemana Flender. En la actualidad, participan comomiembros del Grupo de Trabajo 13 los pases siguientes:Alemania, Brasil, Bulgaria, Checoslovaquia, China, Cuba,Espaa, E.U.A., Eslovenia, Francia, Finlandia, Holanda,Italia, Inglaterra, Japn, Libia, Noruega, Polonia, Suecia ySuiza.

Dentro de sus tareas actuales, es propsito de este Grupode Trabajo completar un grupo de Normas Internacionalesrelacionadas con el clculo de la capacidad de carga de losengranajes cnicos, las cuales son las siguientes:

ISO/DIS 10300-1 Clculo de la capacidad de carga deengranajes cnicos. Principios bsicos y factores de

influencia general.

ISO/DIS 10300-2 Clculo de la capacidad de carga deengranajes cnicos. Principios bsicos y factores de

influencia general.

ISO/DIS 10300-1 Clculo de la capacidad de carga deengranajes cnicos. Principios bsicos y factores de

influencia general.

ISO/WD 10827 Clculo de la capacidad de carga deengranajes cnicos de aplicacin industrial.

La propuesta de Norma ISO/DIS 10300 en sus partes 1, 2y 3 tuvo sus inicios en abril de 1984, cuando fue propuestocomo documento de trabajo la norma DIN 3991 en sus

partes 1,2 y 3, para comenzar la circulacin de comentariosy opiniones entre los miembros del Grupo de Trabajo 6.

Ms tarde, una vez aprobada la norma ISO 6336, en su etapaeditorial fueron realizadas algunas modificaciones quepermitieron emplear la Norma ISO de clculo de capacidadde carga de engranajes cilndricos como base para el clculodel engranaje cnico a partir de un engranaje cilndricoequivalente. En el ao 1993, la delegacin de E.U.A. enWG6 realiza una propuesta para el clculo de los esfuerzosde flexin en los dientes derivada de la norma AGMA 2003.Desde ese ao, las diferentes versiones de la norma ISO/DIS10300 incluyen en el clculo de los esfuerzos de flexin enla base del diente las metodologas AGMA y DIN. Encambio, para el clculo de los esfuerzos de contacto sonmantenidas, con algunas diferencias en los factores deinfluencia general, las frmulas empleadas en la norma DIN3991-2.

En la primera reunin plenaria del grupo, celebrada en elLaboratorio de Transmisiones por Engranaje (FZG) en Juniode 1997, se recibieron un total de 95 comentarios sobre la

propuesta de norma ISO/DIS 10300.

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Tabla 4.Resultados y cantidad de comentarios sobre la propuesta de norma ISO/DIS 10300emitidos en la reunin del WG 13, en abril de 1997.

Pases con Comentarios aceptados Comentarios

comentarios Modificaciones Correcciones Editoriales Rechazados

E.U.A. 25 3 0Inglaterra 20 0 8

Cuba 9 19 3Francia 4 0 0

Noruega 2 0 1Japn 1 0 0Total 61 22 12

De ellos, se aceptaron 61 modificaciones, muchas de ellasrelativamente simples que no producirn cambiossignificativos en futuras versiones de la norma. La cantidadde comentarios emitidos y los pases participantes son

mostrados en la Tabla 4.Algunos de los principales comentarios emitidos en la

reciente reunin del Grupo de Trabajo 13 se dirigan a : Definir con exactitud el trmino ancho de engranaje

efectivo, pues existe cierta ambigedad al emplear lostrminos ancho de engranaje, ancho efectivo deengranaje y longitud total de engranaje.

Precisar el clculo del factor de distribucin de cargatransversal para algunos engranajes cnicos con uncoeficiente de recubrimiento axial mayor que la unidad.

Compatibilizar los mtodos empleados para el clculo delos esfuerzos de flexin derivados de las normas DIN yAGMA, pues an se obtienen diferencias significativas

entre ellos.

5. Conclusiones

Es realmente impresionante el trabajo realizado por elComit Tcnico 60 de ISO en los ltimos 4 aos, perodo enel cual han sido elaboradas 12 normas ISO y 4 ReportesTcnicos, lo cual representa el 60% de las Normas ISOaprobadas y el 80% de los Reportes Tcnicos editados porlos miembros de ISO TC60 en toda su historia.

Significativa es tambin la labor realizada en el ao 1996,sobre las normas ISO referidas al clculo de la capacidad de

carga de los engranajes cilndricos, pues fueron editadasdefinitivamente las 4 partes de la Norma ISO 6336, en lacual se trabajaba desde hacia ms de 10 aos. Adems,fueron reelaboradas un total de 6 propuestas de Normas ISO

y 2 Reportes Tcnicos con referencia al clculo de lacapacidad de carga de los engranajes cilndricos y cnicos,todos derivados de la norma de aplicacin general ISO6336.

En estos ltimos aos, el trabajo de Cuba en el ComitTcnico de ISO referido al tema de engranajes ha sidodiscreto y solo realizado por un grupo de profesores delInstituto Superior Politcnico Jos Antonio Echeverra(ISPJAE).

No obstante, Cuba es hasta ahora el nico pas deAmrica Latina que participa con expertos en la discusinde las propuestas de normas de TC60.

Teniendo en cuenta todo lo anterior, y dadas laspotencialidades cientficas y tcnicas de los profesionalescubanos, es inters de la Oficina Nacional de Normalizacinla creacin de un Comit Tcnico Nacional en el rea deengranajes que sirva de contrapartida a las propuestas de

normas ISO en este campo y que trabaje en la elaboracinde las normas cubanas de engranajes.De considerar importante su participacin o la de su

organismo en este Comit Tcnico Nacional puedecomunicarse con la Oficina Nacional de Normalizacin ocon el Departamento de Mecnica Aplicada de la Facultadde Ingeniera Mecnica del ISPJAE, en ciudad de LaHabana.

Bibliografa

1. ISO Annual Report. 19962. ISO TC60 Work Program(documento #683

de ISO TC60). enero, 1997.

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International standardization work on cylindrical and bevel gear calculation

Abstract

In this paper is presented a summary of the work developed in ISO standards in relation with the calculation of the loadcapacity of bevel and cylindrical gears. Moreover, the most recent ISO standards on cylindrical and bevel gear calculationedited in the last years and the future work are mentioned.