U1L3 Engranajes.pdf
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Expositor: Luis Enrique Chávez Garay Profesor Departamento Mecánica Tren de Fuerza
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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
