REPÙBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

MINISTERIO DEL PODER POPULARPARA LA EDUCACIÓN UNIVERSITARIA

INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO“SANTIAGO MARIÑO”

EXTENSIÓN COL - SEDE CIUDAD OJEDAESCUELA: INGENIERIA DE MANTENIMIENTO MECANICO

ENGRANAJES DE DIENTES RECTOS

Realizado por:José, Martínez

C.I.12.865.112

Ciudad Ojeda, Mayo de 2016

Engranajes de Dientes RectosEs un tipo de engranaje que se caracteriza por tener ejes paralelos y dientes rectos. Consta de una rueda o cilindro dentado empleado para transmitir un movimiento giratorio o alternativo desde una parte de una máquina a otra. El engranaje motriz se denomina piñón, y el conducido rueda. Un conjunto de dos o más engranajes que transmite el movimiento de un eje a otro se denomina tren de engranajes.

CaracterísticasDiente de un engranaje: son los que realizan el esfuerzo de empuje y transmiten la potencia desde los ejes motrices a los ejes conducidos. El perfil del diente, o sea la forma de sus flancos, está constituido por dos curvas evolventes de círculo, simétricas respecto al eje que pasa por el centro del mismo.Módulo: el módulo de un engranaje es una característica de magnitud que se define como la relación entre la medida del diámetro primitivo expresado en milímetros y el número de dientes. El tamaño de los dientes está normalizado. El módulo está indicado por números. Dos engranajes que engranen tienen que tener el mismo módulo.Circunferencia primitiva: es la circunferencia a lo largo de la cual engranan los dientes. Con relación a la circunferencia primitiva se determinan todas las características que definen los diferentes elementos de los dientes de los engranajes.

CaracterísticasPaso circular: es la longitud de la circunferencia primitiva correspondiente a un diente y un vano consecutivos.Espesor del diente: es el grosor del diente en la zona de contacto, o sea, del diámetro primitivo.Número de dientes: es el número de dientes que tiene el engranaje. El número de dientes de un engranaje no debe estar por debajo de 18 dientes cuando el ángulo de presión es 20º ni por debajo de 12 dientes cuando el ángulo de presión es de 25º.Diámetro exterior: es el diámetro de la circunferencia que limita la parte exterior del engranaje.Diámetro interior: es el diámetro de la circunferencia que limita el pie del diente.

CaracterísticasPie del diente: también se conoce con el nombre de dedendum. Es la parte del diente comprendida entre la circunferencia interior y la circunferencia primitiva.Cabeza del diente: también se conoce con el nombre de adendum. Es la parte del diente comprendida entre el diámetro exterior y el diámetro primitivo.Flanco: es la cara interior del diente, es su zona de rozamiento.Altura del diente: es la suma de la altura de la cabeza (adendum) más la altura del pie (dedendum).Ángulo de presión: el que forma la línea de acción con la tangente a la circunferencia de paso, φ (20º o 25º son los ángulos normalizados).Largo del diente: es la longitud que tiene el diente del engranajeDistancia entre centro de dos engranajes: es la distancia que hay entre los centros de las circunferencias de los engranajes.

CaracterísticasRelación de transmisión: es la relación de giro que existe entre el piñón conductor y la rueda conducida. La Rt puede ser reductora de velocidad o multiplicadora de velocidad. La relación de transmisión recomendada7 tanto en caso de reducción como de multiplicación depende de la velocidad que tenga la transmisión con los datos orientativos que se indican:

Velocidad lenta:  Velocidad normal : 

Velocidad elevada: 

HistoriaLos primeros datos que existen sobre la transmisión de rotación con velocidad angular uniforme por medio de engranajes, corresponden al año 1674 cuando el famoso astrónomo danés Olaf Roemer (1644-1710) propuso la forma o perfil del diente en epicicloide.Robert Willis (1800-1875), considerado uno de los primeros ingenieros mecánicos, fue el que obtuvo la primera aplicación práctica de la epicicloide al emplearla en la construcción de una serie de engranajes intercambiables. De la misma manera, de los primeros matemáticos fue la idea del empleo de la evolvente de círculo en el perfil del diente, pero también se deben a Willis las realizaciones prácticas. A Willis se le debe la creación del odontógrafo, aparato que sirve para el trazado simplificado del perfil del diente de evolvente.

HistoriaEs muy posible que fuera el francés Phillipe de Lahire el primero en concebir el diente de perfil en evolvente en 1695, muy poco tiempo después de que Roemer concibiera el epicicloidal.La primera aplicación práctica del diente en evolvente fue debida al suizo Leonhard Euler (1707). En 1856, Christian Schiele descubrió el sistema de fresado de engranajes rectos por medio de la fresa madre, pero el procedimiento no se llevaría a la práctica hasta 1887, a base de la patente Grant. Transmisión antigua.En 1874, el norteamericano William Gleason inventó la primera fresadora de engranajes cónicos y gracias a la acción de sus hijos, especialmente su hija Kate Gleason (1865-1933), convirtió a su empresa Gleason Works, radicada en Rochester (Nueva York, EEUU) en una de los fabricantes de máquinas herramientas más importantes del mundo.

HistoriaEn 1897, el inventor alemán Robert Hermann Pfauter (1885-1914), inventó y patentó una máquina universal de dentar engranajes rectos y helicoidales por fresa madre. A raíz de este invento y otras muchos inventos y aplicaciones que realizó sobre el mecanizado de engranajes, fundó la empresa Pfauter Company que, con el paso del tiempo, se ha convertido en una multinacional fabricante de todo tipo de máquinas-herramientas.En 1906, el ingeniero y empresario alemán Friedrich Wilhelm Loren (1842-1924) se especializó en crear maquinaria y equipos de mecanizado de engranajes y en 1906 fabricó una talladora de engranajes capaz de mecanizar los dientes de una rueda de 6 m de diámetro, módulo 100 y una longitud del dentado de 1,5 m.

HistoriaA finales del siglo XIX, coincidiendo con la época dorada del desarrollo de los engranajes, el inventor y fundador de la empresa Fellows Gear Shaper Company, Edwin R. Fellows (1846-1945), inventó un método revolucionario para mecanizar tornillos sin fin glóbicos tales como los que se montaban en las cajas de dirección de los vehículos antes de que fuesen hidráulicas.En 1905, M. Chambon, de Lyon (Francia), fue el creador de la máquina para el dentado de engranajes cónicos por procedimiento de fresa madre. Aproximadamente por esas fechas André Citroën inventó los engranajes helicoidales dobles.

Aplicaciones e importancia de los engranajes de dientes rectos

Utilizar engranajes rectos para potencia: Los engranajes de dientes rectos se pueden utilizar para aumentar o disminuir el par, o la potencia, de un objeto dado. Éstos se utilizan para este efecto en las lavadoras, licuadoras, secadoras de ropa, equipos de construcción, bombas de combustible y molinos. En las centrales eléctricas, los llamados "trenes" de engranajes rectos se utilizan para convertir una forma de energía, como la eólica o la energía hidroeléctrica, en energía eléctrica.Utilizar engranajes rectos para velocidad : Los engranajes de dientes rectos se utilizan también para aumentar o disminuir la velocidad de un objeto. Por ejemplo, se utilizan en los relojes mecánicos para ajustar las velocidades relativas de las manillas de segundos, minutos y horas. En los batidores de mano, los engranajes de dientes rectos se utilizan para aumentar la velocidad del mismo para que pueda ser usado más eficazmente.

Aplicaciones e importancia de los engranajes de dientes rectos

Engranajes rectos en los automóvilesLos engranajes de dientes rectos no se utilizan en autos debido al fuerte ruido que producen a altas velocidades. El ruido proviene del sonido que hace cuando los dientes de los engranajes chocan. Los engranajes rectos, sin embargo, se usan en motores de aviones, donde son superiores a los engranajes helicoidales y donde el ruido no es un problema.Son de suma importancia en nuestra profesión ya que como ingenieros de Mantenimiento Mecánico debemos conocer como esta conformado cada obra ingenieril ya que somos nosotros los encargados de alargar la vida útil de las maquinarias, equipos herramientas entre otros.

DesventajaLa desventaja de los engranajes de dientes rectos es que hacen mucho ruido cuando se utilizan a altas velocidades y su diseño pone mucho estrés en los dientes del engranaje. Por esta razón, los engranajes de dientes rectos se conocen como engranajes de baja velocidad.Los engranajes de dientes rectos no son tan fuertes como algunos otros engranajes. No pueden manejar la mayor cantidad de una carga.Ellos no pueden transferir potencia entre ejes no paralelos . 

DiseñoEn diseños donde intervienen transmisiones engranadas, normalmente se conocen las velocidades de giro requeridas en el piñón y en el engrane, y la potencia que debe transmitir el impulsor. Estos factores determinan de acuerdo con la aplicación. También se deben incluir el ambiente y las condiciones de funcionamiento a los que estará sometida la transmisión. Tiene especial importancia conocer el tipo de maquina impulsora, y la maquina conducida, para proponer el valor adecuado el factor de sobrecarga.El diseñador debe decidir el tipo de engranes que se usaran, el arreglo en sus ejes, los materiales con los que se fabriquen, incluyendo su tratamiento térmico, y la geometría de los engranes: numero de dientes, paso diametral, diámetros de paso, forma de dientes, anchos de cara y números de calidad.

Objetivos del diseño•Ser compacta y pequeña • Funcionar en forma uniforma y sin ruido Tener larga vida • Tener bajo costo • Ser fácil de fabricar • Ser compatible con los cojinetes, los ejes, la caja, la maquina motriz, la maquina motriz, la maquina impulsada y demás elementos de maquinas .•El objetivo principal del procedimiento de diseño es definir una transmisión de engranes duradera.

Procedimiento para el diseño

1) De acuerdo con los requisitos de diseño, identifique la velocidad de entrada al piñón np, la velocidad de salida que se desea en el engrane nG, y la potencia a transmitir P .

2) Elija el material para los engranes, como el acero, el hierro colado o el bronce.

3) Si se considera el tipo de impulsor y la maquina impulsada, especifique el factor de sobrecarga Ko, El factor principal es eñ valor esperado de carga o choque o impacto.

4) Especificar un valor tentativo de paso diametral. Y especificar la potencia de diseño Pdis=KoP.

Procedimiento para el diseño

5) Especifique el ancho de cara dentro del intervalo recomendado para engranes de transmisión en maquinaria general.

6) Calcule o especifique la carga transmitida, la velocidad de la línea de paso, el número de calidad, el numero de calidad, el factor de geometría y otros factores que se requieren para las ecuaciones del esfuerzo flexionante y el esfuerzo de contacto.

7) Calcule el esfuerzo flexionante y el esfuerzo de contacto en los dientes del piñón y del engrane. Indique si los esfuerzos son razonables (ni muy altos ni muy bajos) para poder especificar un material adecuado.

8) Itere el proceso de diseño para buscar diseños mas óptimos. Para ello existen una serie de lineamientos para ajustar cada iteración.

EjemploDiseñe un par de engranes rectos que serán parte del impulsor de un

martillo cincelador, con la que se dosifican astillas de madera para el proceso de fabricación de papel. Se espera un uso intermitente. Un motor eléctrico transmite 3hp al piñón, a 1750 rpm, y el engrane debe girar entre 460 y 465 rpm. Se desea tener un diseño compacto.

SoluciónPaso 1. Al considerar la potencia transmitida P, la velocidad del piñón

np y la aplicación consulte la figura anterior para determinar un valor tentativo de paso diametral Pd. El factor de sobrecarga Ko se puede determinar de tablas, si considera la fuente de potencia de la maquina impulsada.

Para este problema P=3hp y np=1750rpm, Ko=1.75 (motor uniforme, maquina impulsada con choques intensos). Entonces Pdis=(1.75)(3hp)= 5.25hp. Pruebe con Pd=12 para el diseño inicial.

EjemploPaso 2. Especifique el numero de dientes del piñón. Para que el

tamaño sea pequeño, use de 17 a 20 dientes en un principio.Para este problema se especifica que Np=18 Paso 3. Calcule

la relación de velocidades nominal con VR=np/nGPara este problema, se empleara nG=462.5 rpm, que esta a la

mitad delintervalo aceptable.

Paso 4. Calcule el numero de dientes aproximado del engrane, conNG=Np(VR)Para este problema NG=Np(VR)=(18)(3.78)=68.04. Especifique 68 Paso 5. Calcule la relación de velocidades real, con VR=NG/Np

EjemploPaso 6. Calcule la velocidad real de salida con nG=np(Np/NG)Para este problema nG=np(Np/NG)=(1750rpm)(18/68)= 463.2

rpmPaso 7. Calcule los diámetros de paso, distancia entre centros,

velocidad de línea de paso y la carga transmitida, y apreciar la aceptabilidad de los resultados.

Los diámetros de paso son:

Distancia entre centros:Velocidades de la línea de paso:

EjemploCarga transmitida

Paso 8. Especifique el ancho de cara del piñón y del engrane

Paso 9. Especifique el material para el engrane, y determine Cp, en este caso Cp=2300

Paso 10. Especifique el numero de calidad Qv, y determine el factor dinámico.

Qv=6 para un martillo incinerador de madera, Kv= 1.35