1.- ¿Como estudiante de ingeniería industrial, tiene la necesidad de investigar y de indagar el porqué del desgaste y falla de los dientes de engranaje? Las principales fallas que surgen en sistemas engranados están relacionadas con problemas existentes en los dientes, en el eje, o una combinación de ambos. Las fallas relacionadas con los dientes pueden tener su origen en sobrecargas, desgaste y grietas, y las fallas relacionadas con el eje pueden deberse al desalineamiento o desbalanceamiento del mismo. Los engranajes pueden sufrir múltiples deterioros durante su funcionamiento, no obstante las fallas más comunes son:
a) Picadura o careado. Esta falla se caracteriza por el desprendimiento de partículas de la superficie del diente producto de la acción del lubricante. Estos desprendimientos aparecen en la zona cercana al polo por encima y por debajo de de la circunferencia primitiva. Este fenómeno se debe a que aquí es donde mejor puede desarrollarse la grieta sin "limarse", ya que la velocidad de deslizamiento es muy pequeña.
b) Desgaste. Esta falla es propia de las transmisiones no lubricadas, y se caracteriza por la disminución del espesor del diente en la zona de la cabeza y del pié, que es donde mayor velocidad de deslizamiento existe.
c) Deformación plástica de la superficie de los dientes o fluencia friccional. Esta falla se produce en transmisiones altamente altamente cargadas, y se caracteriza por la fluencia del material hacia los extremos o centro del diente en dependencia de si la rueda es conducida o conductora.
d) Fractura del diente . Esta falla se produce tanto en transmisiones lubricadas como no lubricadas. La misma se puede producir debido a la fatiga o a sobrecargas instantáneas. La misma se produce en el pié del diente.
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Los mecanismos de fallas más corrientes son: desgaste, fatiga superficial, deformación plástica, rotura por fatiga y rotura frágil.
Las causas de fallo de estos elementos se deben a errores de diseño, imperfecciones del material, montaje y operaciones incorrectas, etc. Además no debemos olvidar que las elevadas tensiones de contacto y fuerte deslizamiento existente conducen a un gradual fallo del mismo. Las fallas de los dientes de los engranes se debe a:
Lubricación Lubricación inadecuaday inadecuaday a cerramiento cerramiento en el engrane
falla provocada por la fatiga
lo que produce
abrasión, desgaste y rayado. lo que provoca picaduras, pudiéndose proteger o controlar al determinar la carga admisible al desgaste.
Los desgastes en los dientes de los engranajes se producen mediante la abrasión y corrosión.
Si la velocidad es inferior a (Vm=240 mpm), se produce e rallado abrasivo ; si la velocidad es más elevada, se produce escoriación . La carga de seguridad para superficies lisas (0.45 micras) es mucho mayor que para superficies ásperas o rugosas (2.54 micras), a todas las velocidades. Una vez producida escoriación o abrasión, la capacidad de los engranes queda reducida. Los engranes pequeños pueden transmitir gran potencia. Los desgasten son producidos mediante: La Abrasión La Corrosión
Las fallas se deben al: Rompimiento de los engranajes Flujo plástico en los engranajes Fatiga superficial.
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Cuadro de diversas fallas en los engranes.
Escoriación
Engranajes sobrecalentados
Son ocasionadas por una película insuficiente de aceite entre los dientes del engranaje que empatan, dando como resultado temperaturas elevadas. Los engranajes sobrecalentados presenta excoriaciones graves, ocurre cuando el engrane principal hace contacto tres veces más frecuentes
Falla por impacto torsional Ocurre al forzar los diente del engrane de la resistencia del materia Falla por picado Ocasionado por lubricante contaminado e incorrecto, o por bajos niveles de lubricante
Falla por astillado Ocasionado por lubricante contaminado e incorrecto, o por bajos niveles de lubricante
Falla por lubricación Lubricación incorrecta que reducirá la vida del engrane. Lubricante contaminado que provocara ralladuras y picaduras en las superficies de contacto
Engranes picados
Erosión
Es normal en cualquier engrane encurbados, esto se debe por el carbón que hay en el proceso de fundición. La erosión tiene una apariencia semejante a las picaduras, excepto que los cráteres son más grandes en diámetro y memos profundos
Estriado.- Es una forma particular de desgaste por rayado que puede ocurrir en las superficies cementadas de los piñones hipoides bajo las cargas pesadas y que muestra ranuras en la dirección del deslizamiento de las superficies. Puesto que el estriado resulta de cargas localizadas siempre que sea posible debe ajustarse los engranajes para distribuir las cargas más uniformemente sobre toda la superficie del diente. Para engranes cónicos debe ser alterado el huelgo para reducir la carga de impacto. El uso de lubricantes de extrema presión puede ayudar a reducir la velocidad de deterioro de la superficie de diente. EL DESGASTE EN DIENTES ocurre por operación más allá del tiempo de vida del engranaje, contaminación de la grasa lubricante, elementos extraños circulando en la caja del engrane o montaje erróneo. Su espectro se caracteriza por la aparición de bandeamiento lateral alrededor de la frecuencia natural de vibración (fn) del engrane defectuoso. DISEÑO DE MAQUINA
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Se debe cambiar o rectificar el engranaje (sólo si este no está sometido a grandes cargas y la urgencia lo amerita). Si el desgaste es prematuro inspeccione desalineación en el eje o excentricidad en el engranaje. Generalmente, los engranes fallan porque las cargas que generalmente se aplican en los dientes son mayores que las cargas admisibles, basado ya sea en la resistencia del diente como viga (fractura del diente o fractura por fatiga) y/o por resistencia al desgaste (falla superficial o fatiga superficial), estos son los dos modos de falla que afectan a los dientes de los engranes.
EXCENTRICIDAD Y/O BACKLASH: La excentricidad ocurre cuando el centro de simetría no coincide con el centro de rotación. El backlash se produce cuando, al terminar el contacto entre dos dientes, los dos siguientes no entran inmediatamente en contacto. El espectro muestra aumento considerable de las bandas laterales alrededor della GMF y fn. El engranaje con problemas es indicado por el espaciado de las bandas laterales. Si el problema es backlash, la GMF debe disminuir con el aumento de la carga. Para corregir el problema, el engranaje debe ser reensamblado o reemplazado si se encuentran problemas de manufactura. Modos de fallas de los dentados Se presentan los modos de fallas de los dentados en las categorías básicas siguientes: anomalías sobre la superficie de los flancos, engranadura-gripado, deformaciones permanentes, fatiga superficial, fisuras y rotura de dientes. Fractura por fatiga La fractura del diente por fatiga es debida a esfuerzos fluctuantes a flexión en la raíz del diente, sin embargo se debe investigar los demás posibles efectos de la distribución no uniforme de la carga cuando se excedan los límites recomendados. El desconchado es una fatiga de superficie de mayor extensión que el picado; es decir, el descascarillado o desprendimiento de pequeñas partículas de material es mucho mayor. Este tipo de fallo tiene lugar en los dientes de superficie endurecida.
La corrosiónes causa de deterioro de la superficie, lo que a su vez origina el debilitamiento por reducción de las resistencias a la fatiga, pero' no presenta ningún problema con aceites de petróleo limpios y un ambiente también limpio.
Los dientes de los engranes sufren también de: Dentado de un piñón con desgaste moderado . Se puede ver fácilmente la posición de la línea primitiva de funcionamiento marcada sobre los flancos activos. El desgaste adhesivoes clasificado como "suave" si está confinado a las capas de óxido de las superficies de los dentados. Sin embargo, si las capas de óxido son interrumpidas y el metal desnudo queda expuesto, usualmente ocurre una transición al desgaste adhesivo severo. El desgaste adhesivo severo es llamado gripado-engranadura y será DISEÑO DE MAQUINA
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discutido más adelante. Aquí se presume que el gripado-engranadura ha sido evitado a través de un diseño apropiado de las ruedas dentadas, de la selección del lubricante y el control del proceso de rodaje. Cuando las unidades a engranajes son operadas por primera vez, el contacto entre los dentados no es óptimo debido a las inevitables imperfecciones de fabricación.
Pulido es un proceso muy lento de desgaste en el cual las asperezas de las superficies de contacto son progresivamente pulidas hasta desarrollar bellas superficies lisas y brillantes. Si los aditivos de extrema presión en el lubricante son demasiado reactivos químicamente, pueden causar pulido de las superficies de los dentados hasta que alcancen una terminación tipo pulido espejo.
Modos de falla relacionados con la lubricación El picado o el gripado-engranadurapuede causar deterioros de los dentados y generar fuerzas dinámicas, las cuáles a su vez pueden originar la falla de los dientes por fatiga a la flexión. En estos casos, la falla de fatiga es secundaria y no está directamente relacionada con la lubricación, mientras que el picado o el gripado-engranadura son los modos de falla primaria, y ambos están definitivamente influenciados por la lubricación
Gripado severo obtenido sobre los dientes de un piñón funcionando a baja velocidad y lubricado con grasa. Este tipo de daño es comúnmente llamado "engranadura-gripado en frío". El picado o el gripado-engranadura pueden causar deterioros de los dentados y generar fuerzas dinámicas, las cuáles a su vez pueden originar la falla de los dientes por fatiga a la flexión. En estos casos, la falla de fatiga es secundaria y no está directamente relacionada con la lubricación, mientras que el picado o el gripado-engranadura son los modos de falla primaria, y ambos están definitivamente influenciados por la lubricación.
Las temperaturas de gripadas críticas no son constantes para los lubricantes sintéticos y lubricante con aditivos anti-engrane.
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Arrancamientos con transferencias leves de material visibles cerca de la cabeza de los dientes de un piñón cónico que han sido causadas por un gripado localizado. Estas trazas tienen tendencia a desaparecer si el fenómeno provocante no se reproduce.
Modos de fallas de los dentados Se presentan los modos de fallas de los dentados en las categorías básicas siguientes: anomalías sobre la superficie de los flancos, engranadura-gripado, deformaciones permanentes, fatiga superficial, fisuras y rotura de dientes.
DETERIORO DE LA SUPERFICIE
SOLDADURA Esta es una clase general de deterioro de la superficie que se genera cuando combinan presión, deslizamiento y elevación de la temperatura para causar la salida forzada de la película de lubricante dejando que las superficies metálicas rocen directamente unas con otras hasta un grado que se produce una adherencia molecular, o soldadura seguido de una separación inmediata por desgarramiento, algunas veces se denomina agarrotamiento o pegamiento. CEDENCIA PLÁSTICA Se trata de una deformación en la superficie de los dientes. De engranajes, resultante de cargas pesadas, caracterizada por aletas que sobresalen en los bordes o extremos de los dientes. Se asocia generalmente con materiales dúctiles, pero en realidad ocurre también con el acero templado. FATIGA DE SUPERFICIE Es la formación de cavidades en la superficie de los dientes, usualmente pequeñas al principio y en áreas separadas de esfuerzos de compresión elevados, debido con frecuencia a irregularidades de la superficie. Esto puede pasar cuando un par de engranajes es puesto en marcha por primera vez y puede continuar solo hasta el paso donde se han reducido puntos locales elevados, no es necesariamente serio, siendo correctivo y no progresivo, se recomienda pulir las irregularidades. DESGASTE POR RODADURA Cedencia plástica resultante de cargas regulares, pesadas y deslizamiento. Que se produce en el punto donde entran en contacto un par de dientes coincidentes que llevan momentáneamente una carga. DESGASTE POR MARTILLADO Es una forma de cedencia única causada por impactos localizados o por cargas de choques fuertes o irregulares, dando una apariencia de un área aplastada de la superficie de los dientes de engranaje a intervalos regulares.
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LA ONDULACIÓN Es una forma de cedencia plástica sobre áreas de superficie de acero cementadas bajo cargas deslizantes pesadas, se caracteriza por un patrón de escama de pescado. Rayado.- Es una forma de desgaste caracterizado por rayas profundas en la dirección de deslizamiento de la superficie causadas por las partículas que son más grandes que las asociadas con el desgaste abrasivo.
Como el rayado es un tipo acentuado de desgaste abrasivo, con ranuras extendidas comparativamente profundas arriba y abajo del perfil del diente, se usa el mismo mantenimiento que para el desgaste abrasivo simple. Asegúrese que la caja, engranes y canales de lubricación están completamente libres de materia extraña. Protéjase contra la recontaminación mediante el uso de filtros, respiraderos y sellos de aceite donde las condiciones lo indiquen.
RAYADO LIGERO Es un deterioro menor de la superficie del diente de engranaje de naturaleza soldante mostrando ligeros desgarramientos y rayas en dirección del deslizamiento. Comenzando en un área de superficie donde hay una combinación de esfuerzo de superficie alto y velocidad deslizante, por lo general ocurre cerca de la punta del diente, se recomienda el uso de un lubricante de presión extrema. RAYADO SEVEROEs un grado de soldadura más avanzado, mostrando rayas y adherencias más profundas que conduce a un rápido deterioro de la superficie del diente del engranaje. ROTURA POR SOBRECARGA Se refiere a la rozadura de los dientes de engranajes como resultado de una sobrecarga de choque inesperada, tal como puede ser causada por un agarrotamiento de la maquinaria conectada. Pude producirse por una aplicación inapropiada o por un mal empleo de un dispositivo para regular el par de fuerza torsional entre el mecanismo de engrane y maquinaria. ESCORIACIÓN Es un tipo de fatiga más extenso en el cual un área considerada de superficie de rodamiento desdiente es socavada de forma progresiva y que eventualmente se desprende en forma de laminillas, ocurriendo solo en engranajes cementados.
DETERIOROS DIVERSOS DE LA SUPERFICIE DE DIENTE Desgaste - Usura (“Wear”). El desgaste es un término general caracterizado por una remoción de material debido al deslizamiento de dos superficies, una contra la otra, dilapidado o rayado. Este término cubre igualmente la remoción de material por la acción abrasiva de las impurezas presentes en el lubricante. El mismo incluye también el desgaste adhesivo resultante de soldaduras localizadas que provoca arrancamiento y transferencia de partículas provenientes de los dentados. Desgaste normal.- es la pérdida de metal de la superficie de un diente de engranaje resultante de la abrasión inevitable a una velocidad y grado que no evitará el DISEÑO DE MAQUINA
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comportamiento satisfactorio del engranaje durante su duración esperada. Durante el suavizamiento de un nuevo juego de engranajes se espera cierta cantidad de suavizamiento y pulido. Este tipo de desgaste es menos notable cuando los engranajes han sido rasurados o rectificados durante su fabricación. Antes que hayan sido suavizados del todo se debe comprobar en cuanto a su instalación apropiada y asegurarse que la carga es controlada dentro de los límites especificados según se han establecido por el fabricante. El uso de lubricantes y filtros recomendados para eliminar el desgaste excesivo de los dientes del engranaje durante el período de suavizamiento. La mayoría de los fabricantes de transmisiones por engranajes ensamblados recomiendan el lavado de la caja de engranes frecuentemente para remover cualquier partícula metálica y para eliminar cualquier posibilidad de que objetos extraños circulen a través del engranaje.
Desgaste abrasivo.- Es un daño de la superficie causado por las finas partículas transportadas en el lubricante o enterradas en la superficie de los dientes de engranaje. Las partículas pueden ser metal desprendido de los dientes de engrane o de los cojinetes, abrasivos que no han sido removidos completamente antes del montaje, arena o cascarilla procedente de las fundiciones u otras impurezas en el aceite o atmósfera ambiente. Cuando se detecte desgaste abrasivo, la unidad debe ser parada inmediatamente. El aceite debe ser drenado. El interior de la caja, dientes del engranaje y pasajes de aceite deben ser rascados, lavados y limpiados. Debe usarse aceite lavador ligero durante un corto tiempo antes de volver a llenar el depósito de aceite con el aceite limpiado del grado apropiado. En las atmósferas contaminadas deben considerarse respiraderos de aceite apropiados, sellos de aceite y filtros como medios de eliminar infiltración de partículas extrañas a la caja de engranajes.
DESGASTE CORROSIVO Resulta de la acción química sobre el metal de la superficie de los dientes por oxidación, mediante una contaminación acida o alcalina o por contaminación de lubricantes inapropiados o inferiores, estos pueden ser acelerados ocasionalmente por humedad excesiva en la caja de engranajes. Se recomienda drenar y limpiar le caja de engranes periódicamente y suministrarle un lubricante apropiado. Desgaste por sobrecarga.- Es una forma de desgaste experimentado bajo condiciones de carga pesada y baja velocidad, tanto en engranajes templados como sin temple. El metal parece ser removido progresivamente en capas delgadas o laminillas dejando las superficies que parecen como si estuvieran siendo atacadas por ácidos. El único remedio permanente para el desgaste por sobrecarga es reducir la carga unitaria a la capacidad nominadle los engranajes. Puede también usarse lubricantes de presión extrema para reducir la velocidad de desgaste. Debe tenerse cuidado al elegir
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lubricantes de presión que se encuentren libres de sustancias corrosivas.
QUEMADO Es una decoloración y perdida de dureza resultante de la alta temperatura producida por fricción excesiva causada por sobrecarga, velocidad excesiva, falta de huelgo, o falta de lubricación recomienda primero buscar el lubricante apropiado. En muchos casos, los lubricantes de presión extrema eliminaran el quemado de los dientes de engranaje. INTERFERENCIA Este tipo de deterioro del diente de engranaje causado por el contacto extremadamente fuerte entre el borde del extremo del diente y la superficie redondeada del diente coincidente, la misma que puede causar abrasión o penetración localizada, se recomienda una elección apropiada del engranaje. ROTURA DE DIENTES AGRIETAMIENTO Resulta de tensiones residuales inducidas en el material templable por falta de control de fabricación o por condiciones de fabricación inadecuadas, una de las causas es un núcleo demasiado blando a alguna otra forma de tratamiento térmico inapropiado. El desconchado y el descascarillamiento representan varias formas y grados de fallas por agrietamiento, en las cuales partes de los dientes se desprenderán eventualmente. GRIETAS DEL TEMPLADO Resultan de un tratamiento térmico inapropiado de los engranajes, de rincones de dientes extremadamente agudos, o de marcas del maquinado en los engranajes coincidentes, estas grietas comienzan usualmente en las bases o extremos de los dientes, La fractura deliberada de un diente de engranaje con grietas del temple revelara un área descolorida en el metal donde existe la grieta. GRIETAS DEL RECTIFICADO Son finas grietas usualmente en un patrón definido, causadas por una técnica de rectificado inapropiado, un tratamiento térmico inapropiado o ambos. Usualmente no son visibles hasta que se ponen en servicio los engranajes. Se recomienda una inspección magnética y un excelente pulido. OTROS FALLOS EN LOS ENGRANES. Los mecanismos de fallo más corrientes en este tipo de elementos de máquinas son los desgastes fatiga superficial, deformación plástica, rotura por fatiga y rotura frágil. En cuanto a las causas de fallo de estos elementos se encuentran las asociadas a errores de diseño, imperfecciones del material, montaje y operaciones incorrectas, etc. Todo ello sin olvidar que las elevadas tensiones de contacto y el fuerte deslizamiento existente conducen, inevitablemente, a un gradual fallo del mismo. a) Condiciones normales de servicio. Todos los engranes sufren un deterioro normal en servicio, pero no conducen a un fallo dentro del periodo de vida útil para el que fueron diseñados. Este deterioro consiste en desgaste suave, estabilizado a lo largo del tiempo, pero más fuerte en el periodo inicial de vida. Sus causas se deben a las destrucciones de las asperezas superficiales que inicialmente podría haber habido (procedente del proceso de mecanizado) y a deficiencia en la lubricación, expresamente en los períodos de arranque y parada. En los primeros ciclos de trabajo de los dientes, las asperezas se ven sometidas a elevadas tensiones cíclicas, que rápidamente conduce a su rotura por fatiga, dejando en su lugar pequeños hoyuelos. (Tales hoyuelos son más acusados en la línea de rodadura o
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línea pitch: en la cual, además, el deslizamiento cambia de sentido). Con el paso del tiempo tales hoyuelos se van alisando, volviéndose la superficie suave y uniforme, deteniéndose el proceso de formación de hoyuelos. A partir de ese momento el único deterioro producido es el desgaste suave y controlado que aparece fundamentalmente en los periodos de arranque y parada. Este desgaste se desarrolla de forma uniforme en toda la superficie del diente excepto en la línea pitch. b) Errores de diseño. Entre los errores de diseño que conducen al fallo de estos elementos cabe mencionar: 1.- Mal diseño de los dientes, que conducen a elevadas presiones «locales». Tales presiones se traducen en un incremento del desgaste del tipo adhesivo (formación de micro soldaduras y posterior rotura de las mismas) y sobre todo en la formación de hoyuelos (pits) por efecto de la elevada fatiga superficial. 2.- Radios de acuerdo pequeños, que conducen a una concentración de tensiones en esa zona de transición, sometidas a fuertes tensiones procedentes de la flexión del diente, y que pueden conducir a una rotura por fatiga. 3.- Contacto con interferencia, que puede conducir a desgastes anormales (suaves o severos) e incluso a la rotura del diente por fatiga (sobrecargas cíclicas por esta causa), e incluso por rotura dúctil (cuando la interferencia original el «bloqueo» del engranaje). 4.- Mal diseño de chaveteros, pasadores, etc., que originan importantes concentradores de tensiones y la posible rotura del cubo de la rueda. 5.- Mal diseño de la unión rueda-árbol por ajuste con interferencia, y que puede originar la deformación del engranaje o producir la rotura del cubo.
c) Incorrecta elección de materiales. Los fallos por esta causa pueden deberse a: 1.- Falta de dureza en los materiales empleados, lo cual conduce a un desgaste rápido de tipo adhesivo, e incluso a deformaciones plásticas en la superficie del diente más blando. 2.- Elevado coeficiente de rozamiento entre ambos, que conduce a un sobrecalentamiento, con los posibles deterioros del lubricante y fallos en la lubricación, y los consecuentes incrementos de la tasa de desgaste. 3.-Poca resistencia a la fatiga superficial, que conduce a la formación de hoyuelos y escamas, y al rápido deterioro de la superficie del diente. 4.- Poca resistencia mecánica, que conduce a deformaciones plásticas, principalmente de tipo de granallado y cilindrado (rollingandpeeling) (caracterizado por la presencia de rebabas en los bordes de los dientes, como si el material hubiera sido arrastrado por la acción de deslizamiento). d) Errores en el proceso de fabricación. Aparte de los errores asociados al proceso de fabricación seguido, los fallos más usuales por esta causa pueden deberse a: 1.- Fallos en los procesos de endurecimiento superficial (carburación), lo cual conduce a la formación de hoyuelos superficiales (píts). 2. Existencia de efectos superficiales, lo cual conduce a pérdidas de material en forma de escamas y lacas, o a una rotura por fatiga del diente (la rotura por fatiga también puede ocurrir por la existencia de defectos en el interior del elemento: inclusiones, etc.) 3.-Incorrectos tratamientos superficiales que generan fuertes tensiones residuales que conducen posteriormente a una rotura por fatiga. 4.-Existencia de grietas (superficiales o no) en los dientes, chaveteros, etc., que pueden conducir a una rotura frágil.
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e) Errores en el montaje. Los fallos más usuales por esta causa son los siguientes: 1.- Juego insuficiente entre ambas ruedas del engranaje, lo cual puede conducir a desgaste5 anormales y, sobre todo, a roturas por fatiga debido a las sobrecargas generadas en los dientes. 2.- Excentricidad de las cargas (estando los engranajes bien alineados, que conducen a sobrecargas locales, con el aumento de la fatiga superficial y el desprendimiento de escamas y formación de hoyuelos — sobre todo en el extremo del diente más cargado). 3.- Sobre presión de las chavetas de calado o excesiva interferencia en los ajustes de presión, que conduce a la generación de grietas y posterior rotura frágil, y a deformaciones plásticas en la rueda y aun en sus dientes. 4.- Desalineamiento (producidos no sólo por efectos de montaje mal calibrado sino también por deflexiones estáticas del árbol, por deflexiones alabeos de los cubos de las ruedas y sus brazos, por holguras excesivas en los cojinetes, etc.), los cuales implican siempre sobrecargas locales, con los efectos de rotura por fatiga, defectos en la película lubricante (aumento del desgaste), aumento de la fatiga superficial (formación de hoyuelos, escamas, etc.), deformaciones plásticas (rayado), etc. 5.- Holgura excesiva, que en engranajes reversibles puede significar importantes cargas de impacto. f) Incorrectas condiciones de servicio y mantenimiento . Dentro de este grupo de causas pueden mencionarse la aplicación de cargas más elevadas que las de diseño (sobrecarga), el sometimiento a elevadas temperatura (más altas que la de diseño), 1a aplicación de cargas repentinas del choque, el sometimiento a vibraciones anormales, el uso de aceites de viscosidad insuficiente, el fallo en el suministro de aceites, el funcionamiento de velocidades muy alta o muy baja, etc. En general, todos estos fallos, aparte de generar tensiones adicionales en el elemento, produce contacto metálico directo, y entre ambas causa conducen a elevaciones de temperatura, fuertes desgastes (adhesivos y abrasivos), generación de partículas metálicas (que se depositan en el aceite), generación de ruidos, deformaciones y roturas. Las sobrecargas continuadas pueden desencadenar varios mecanismos de fallos solos o simultáneos. Así, las elevadas tensiones de flexión originadas pueden conducir a la rotura por fatiga del diente en su base. También, las elevadas presiones superficiales generadas (pitting) y que se van uniendo unos a otros hasta deteriorar por completo la superficie del diente (este deterioro es más acusado en el piñón, de menos dientes y más revolucionado, y dentro de éste, en la zona de dedendum). La existencia de este deterioro superficial también implica un importante aumento en el nivel de ruido del engranaje. Las sobrecargas de dientes muy rígidos también pueden conducir a varios tipos de deformaciones plásticas del material superficial de los dientes. Las más típicas son el cilindro o granallado, el ondulado (rippling) (caracterizado por presentar la superficie del diente una forma ondulada perpendicular a la dirección del deslizamiento, causada por la tensión cortante en la superficie del metal), y surcado (ridging) (es la más severas de las deformaciones plásticas de los engranajes. Se presenta principalmente en los piñones de las ruedas hipoides cementadas y tornillos sin fin de bronce, que se caracteriza por líneas o surcos diagonales sobre toda la superficie del diente, aparentando una espina de pescado.)
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Finalmente, las sobrecargas continuadas, en el caso de la existencia de grietas en el material, puede conducir a la rotura frágil del elemento. Las sobrecargas repentinas, originadas por choques o vibraciones, conducen también a deformaciones plásticas (en el caso de vibraciones, a deformaciones tipo peening y rippling), rotura por fatiga (si son continuadas), rotura frágil, aumentos del desgaste, etc. El sometimiento a elevadas temperatura (ambientales, o por mala lubricación, excesiva fricción, etc.) conduce a quemaduras del material (buming) y a una disminución de la resistencia a la fatiga. El uso de aceite de poca viscosidad implica un excesivo contacto metal - metal, lo cual conduce a un fuerte desgaste adhesivo, denominado «rayado» (scoring), y a un incremento de la temperatura. El scoring se caracteriza por presentar la superficie del diente una forma desgarrada (típica del desgaste adhesivo), con las marcas del desgarro en la dirección del deslizamiento, estando más desgastados la cabeza y el fondo del diente, mientras que aparece inalterada la línea pitch. La escasez de aceite conduce principalmente a una deformación plástica tipo ridging (en los engranajes hipoides y sinfín) y rippling. La existencia de partículas abrasivas en el lubricante (polvo, arena, virutas, óxidos, partículas metálicas, etc.) conduce a un desgaste abrasivo, que puede ser suave (pulido) o severo (rayado - scatches - ranurado, etc.). La existencia de sustancias corrosivas en el lubricante (agua, ácidos, etc.) puede conducir a un desgaste corrosivo con la formación de hoyuelo (pits) de corrosión. Finalmente los engranes también pueden fallar por un mecanismo de rotura (frágil) en el caso del acuñado de los dientes por fallo del rodamiento, por doblado por el árbol soporte de la rueda dentada o por la introducción de una pieza dura entre los dientes (tornillo, tuerca, etc.)
2.-Existen dos clasificaciones básicas para los engranes con sus encabezados, explicar cada uno de estos elementos de las dos clasificaciones. a) Daños por desgaste superficial. Este proceso de falla es similar al de las carreteras asfaltadas o de cemento en donde pequeños trozos de la misma son desprendidos debido al continuo contacto con los automóviles. En este caso, el contacto con los dientes del otro engranaje provoca este desprendimiento.
Causas: Ocurre cuando se ha sobrepasado del límite de resistencia a la falla del material. Esto se debe tanto a las altas cargas que actúan sobre el engranaje como al alto número de ciclos. Pueden existir condiciones adversas, las que pueden dar como resultado daños progresivos que están más allá de los niveles comentados. La gravedad de las condiciones, incluso la extensión de tiempo que ello implica, determinará la tasa de progreso. Toda descompostura del sistema lubricante o una película de aceite reducida, pueden incrementar la posibilidad o aceleración de daños a la superficie de los dientes. De
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manera aún más importante, la lubricación inadecuada durante un periodo sostenido muy probablemente ocasionará daños que pasarán a una etapa más severa. b) Rotura por fatiga. La rotura real de un diente es una falla grave. No solamente faltará el engrane roto, sino que pueden presentarse daños más graves a otros engranes como resultado del diente roto operando a través de la transmisión. Daños por desgaste superficial. 1. Opacamiento como escarchado 2. Opacamiento por desgaste. 3. Cicatrización. 4. Engranes Picados. 5. Picadura Inicial. 6. Combinaciones. 7. Picaduras Moderadas. 8. Picaduras Destructivas. 9. Erosión. 10. Escoriación. 11. Engranes Sobrecalentados. 12. Desgaste abrasivo. 13. Corrosión de los Engranajes. 14. Falla por fatiga Superficial. Rotura por fatiga. 1. Fracturas por impacto. 2. Fracturas por Fatiga. 3. Burbujas o Bolsas de Aire. 4. Fractura de diente. 5. Fractura por sobrecarga. 6. Falla por flujo plástico en los engranajes. Explicar cada uno de los elementos de las dos clasificaciones. a) Daños por desgaste superficial. Opacamiento como escarchado: Durante el embonado algunas determinadas áreas específicas de la superficie del diente están en contacto durante cada etapa. Sin embargo, las variaciones en la forma del diente entre los dientes que empatan pueden producir un cambio ligero en el patrón de contacto. Esto dará como resultado un desgaste ligero a medida que los engranes que empatan tratan de ajustarse a una línea de operación común. Ya que el desgaste es en la zona de deslizamiento que se inicia ceca de la raíz del engrane, ocasiona una forma de picadura microscópica.
Se requiere lentes de aumento para ver estas picaduras. A simple vista, parece como una franja de decoloración en blanco opaco denominada ―opacamiento‖. Hay falta de brillo en esta etapa.
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No se debe reemplazar un engrane simplemente porque esté opaco. Pero si también muestra otros signos de daño, como carga en la punta, desalineación, irregularidades graves en la superficie, etc., entonces se necesitan investigar más a fondo. Opacamiento por desgaste. Como se dijo antes, existen tolerancias aceptables en el paso del diente y en el diente del engrane que empata que pueden operar con éxito con variación en el paso en direcciones opuestas. Sin embargo, puede ocurrir una pequeña cantidad de cambio en la carga. Se puede presentar un ligero desgaste hasta que la carga sea distribuida nuevamente en forma uniforme a través de todo el ancho del diente. Esto también puede dar como resultado un opacamiento en la porción de la raíz y algunas veces en la porción de la cabeza del diente, fuera del centro del diente.
Una vez más, bajo condiciones normales, habrá ―cicatrización‖ y no se perderá la vida útil del engrane. Cicatrización. La línea de operación está por lo general bien definida. El balance del opacamiento tomará la forma del área de contacto, sea cual sea. Bajo condiciones normales, la zona de contacto se desgasta; la tasa de desgaste disminuye hasta que se llega al punto en que se pule a sí misma y el opacamiento es reemplazado en su totalidad por un área muy brillante. No hay desgaste adicional. Esto se llama‖cicatrización‖ y no se pierde absolutamente nada de la vida del engrane en esta etapa. Engranes Picados. Esta es otra condición de la superficie que es normal al principio de la vida útil de un engrane y es común en cualquier engrane directo de dientes encurvados. Esto se debe por el carbón que hay en el proceso de fundición. Es resultado de variaciones microscópicas en la forma del diente y en la micro estructura del material de la superficie. Por lo general, el lubricante llena las irregularidades de ambos dientes mientras estos se endentan; esto forma una película de aceite y no hay contacto de metal a metal. Bajo carga, se crean presiones de aceite y tensión superficial entre los dientes. La causa específica de esta tensión es debatible. Una teoría afirma que las aplicaciones repetitivas de muchos caballos de fuerza ocasionan presiones de aceite suficientes para ejercer presión excesiva en las áreas.
Picadura Inicial. La ―picadura inicial‖ es la etapa más ligera de la p icadura. Consiste de picaduras definidas desde el tamaño de un piquete de alfiler, apenas lo suficiente para producir opacamiento y difícilmente perceptible hasta 0.030 de pulgada. No reemplace el engrane debido a esta picadura inicial, ya que no ocasionará ruidos y en muchos casos cicatrizará.
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Combinaciones. Bajo condiciones normales podrá encontrar que un engrane tiene una combinación de daño en los dientes, opacamiento y/o picadura inicial. Le recordamos una vez más que todos ellos probablemente ―cicatricen‖.
Picaduras Moderadas. Este engrane muestra cráteres de picaduras de aproximadamente 0.60 pulgadas (1.524 mm) de diámetro y de 0.005 a 0.010 (0.127 a0.254 mm) de profundidad, aproximadamente dos veces el tamaño de los cráteres en el picado inicial. Las picaduras están distribuidas ampliamente a través de la cara del diente. Este engrane ha vivido ya aproximadamente el 50% de su vida útil. Los dientes han sido debilitados significativamente en esta etapa y no hay peligro de rotura. A semejanza de los engranes que muestran opacamiento y picadura inicial, este tipo de ―picadura moderada‖ no ocasiona ruido. Este engrane puede tener todavía muchas millas de vida útil en servicio. Este engrane también presenta picadura en aproximadamente el 50% de la superficie de los dientes, pero a diferencia del engrane antes mencionado, este engrane debe ser reemplazado. La picadura es concentrada y en la línea de operación, lo cual cambia la forma curveada. Si bien los dientes no presentan debilitamiento significativo, se puede generar ruido debido a la forma involuta que ya no cae dentro de la franja de tolerancia antes comentada.
Picaduras Destructivas La picadura en este engrane está bien avanzada hacia la etapa ―destructivo‖. Los cráteres de picadura son considerablemente más grandes y profundos que aquellos de la picadura moderada. Los engranes en esta etapa de picadura deben ser reemplazados, de lo contrario pueden ocurrir ruido y fracturas por fatiga.
Erosión. La ―erosión‖ tiene una apariencia física se mejante a las picaduras destructivas, excepto que los cráteres son más grandes en diámetro y menos profundos. La erosión ocurre en un período más corto cuando el engrane está sujeto a una condición de sobrecarga extrema.
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Escoriación. Las ―escoriaciones‖ son ocasionada por una película insuficiente de aceite entre los dientes del engrane que empatan, dando como resultado temperaturas de superficie muy elevadas. Esto trae como resultado que el metal alternativamente suelde y se desgaste, y se separado de la superficie del diente. Una película insuficiente de aceite puede ser ocasionada por: bajo nivel de aceite, ángulos de operación de la transmisión excesivos, temperaturas de operación elevadas, aceite de viscosidad incorrecta o de baja calidad y mezcla de tipos diferentes de aceites.
Engranes Sobrecalentados. Cuando se revise una transmisión con ―engranes sobrecalentados‖, no es raro encontrar que el engrane impulsor principal representa escoriaciones graves. Esto ocurre porque los dientes del engrane impulsor principal hacen contacto casi tres veces más frecuentemente que los dientes de los engranes impulsores de la contraflecha. Cuando se reemplace un engrane impulsor principal quemado, reemplace también los engranes impulsores de la contraflecha, incluso si no presentan daños visibles.
Desgaste abrasivo. Ocurre cuando existe material extraño que contamina la caja reductora y el sistema de lubricación. Dicha contaminación se puede generar de una variedad de formas, tales como de la viruta del maquinado de las piezas, residuos del rectificado o de otras fuentes. Una fuente común de virutas es cuándo la misma permanece dentro del sistema de lubricación. Prevención: Es Importante efectuar un mantenimiento adecuado a las cajas reductoras mediante una revisión y recambio del lubricante. En caso de que el sistema posea filtros, éstos deben revisarse y limpiarse.
Corrosión de los Engranajes. La corrosión química y el desgaste corrosivo por lo general resultan de la contaminación del sistema de lubricación. Los materiales contaminantes más comunes pueden ser la sal, el agua, solventes, desengrasantes y otros componentes. Mantenimiento: En Caso de que la caja reductora sea utilizada en lugares con agentes corrosivos, se debe procurar una Inspección periódica de la misma. b) Rotura por fatiga. Fracturas por impacto.
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Las ―fracturas por impacto‖ son ocasionadas por una carga de choque grave o bien por un objeto extraño que pasa a través del embonamiento de los engranes. Han sido identificadas por una ―bola‖ en el lado de compresión del área fracturada. Entre más ciclos corra el engrane después de la fractura será mejor la bola. Además del engrane que ha resultado fracturado, los otros dos engranes de ese juego también se deben sustituir, incluso si pueden parecer sin daño. Todo el engranaje de la transmisión se debe inspeccionar en relación a posibles daños ocasionados por el diente roto. Fracturas por Fatiga. Las fracturas por fatiga se identifican por marcas de playa en el área fracturada. Estas marcas se hacen a medida que el diente se estrella bajo una carga que es lo suficientemente pesada para agrandar la grieta, pero no tan grande para romper la totalidad del diente de una sola vez. Las ―fracturas por fatiga‖ son ocasionadas por tensión extremadamente ele vada en el diente del engrane por un período de tiempo. Las causas posibles de dicha tensión podrían ser:
Cargas de choque ocasionando una grieta pequeña en el diente. Daños en el diente por objetos que entran al producirse el endentamiento del engrane. Condición de sobrecarga. Imperfecciones de forja, marcas de maquinado excesivo o tratamiento de calor inadecuado. Picaduras graves o fatiga de la superficie. Burbujas o Bolsas de Aire. Los engranes hechos de metal base que contienen ―burbujas‖ o ―bolsas de aire‖ tienen puntos débiles en esas áreas. Estas fracturas se pueden identificar por la diferencia en la forma de la fractura y en la textura del metal en la superficie de la rotura. Una vez más, al igual que con otras fracturas, inspeccione todo el engranaje en la transmisión en cuanto a posibles daños.
Fractura de diente. Constituye la fractura del diente completo o de parte del mismo debido a sobrecargas, shocko por un proceso de falla producido a través de los repetidos esfuerzos de flexión excesivos. La apariencia en el diente denota una forma con capas que delatan la presencia de una fractura progresiva. La zona fracturada es generalmente lisa. Prevención: Para prevenir la fractura de dientes es necesario evaluar las causas que originaron la sobrecarga. Si estas son permanentes, efectuar un rediseño de la pareja de engranajes.
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Fractura por sobrecarga. Ocurre por fallas extremas a los engranajes como desalineación o desprendimientos de rodamientos por la falla de los mismos. Presenta una apariencia como la de la tolo a la derecha, en donde las marcas de falla no son visibles. Prevención:Aunque su prevención es difícil, al Efectuar una reconstrucción o mantenimiento general a un reductor, es necesario cambiar Iodos los rodamientos así como evaluar la calidad del montaje. Falla por flujo plástico en los engranajes. Los engranajes fallan por Flujo o Deformación Plástica cuando las superficies en contacto fallan y se deforman ante cargas pesadas. Este es el resultado de la acción de rodamiento y deslizamiento de la sección en contacto bajo altos efectos de contactos, usualmente ocurre en engranajes con dientes de baja o mediana dureza aunque también puede ocurrir en piezas de alta dureza. Prevención:Las fallas de este tipo se pueden prevenir reduciendo las cargas aplicadas e incrementando la dureza de las partes en contacto. El Incremento de la precisión del contacto de los dientes ayuda a la prevención de esta falla.
3.-Realizar un boceto con la terminología de los engranes cónicos y explicar sus parámetros. Los engranes cónicos son aquellos se emplean para transmitir potencia entre flechas que no sean paralelas y que no se intersequen. Estos se obtienen a partir de piezas en forma de conos.
Se fabrican a partir de un trozo de cono, formando los dientes por fresado de su superficie exterior. Los dientes pueden ser rectos, helicoidales o curvos. Esta familia de engranajes soluciona la transmisión entre ejes que se cortan y que se cruzan. Los engranajes cónicos tienen sus dientes cortados sobre la superficie de un tronco de cono En la figura se muestran dos engranajes cónicos que están engranando entre sí, indicándose sus distintas partes, las cuales se describen a continuación.
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circunferencias primitivas son las circunferencias mayores de los conos primitivos, siendo sus diámetros primitivos DR y DP. El módulo y el paso circunferencial se determinan por el número de dientes en relación con el diámetro primitivo. Las generatrices de los conos primitivos y las de cabezas y raíces de los dientes convergen al mismo punto O. Los dientes disminuyen progresivamente desde su parle exterior, lugar donde tienen su origen todas las medidas referidas al diente y a los diámetros principales, hacia el centro donde convergen los ejes y las líneas de los flancos del diente prolongadas.
Las
Además de las denominaciones conocidas de los parámetros de los engranajes rectos y que también se emplean en los cónicos, estos debido a la conicidad que tienen y a la serie de ángulos que aparecen por este motivo, presentan otros con las siguientes denominaciones: Ángulo primitivo γR de la rueda mayor; Ángulo primitivo γP de la rueda menor; Ángulo exterior βR o de tomo de la rueda mayor; Ángulo exterior βP o de tomo de la rueda menor, Ángulo de fondo фR de la rueda mayor; Ángulo de fondo ф P de la rueda menor; Ángulo δ de cabeza del diente; Ángulo ε de raíz del diente; Longitud b del diente; Longitud L de la generatriz tomada desde el cono primitivo; Distancia HR y HP desde la circunferencia mayor de cabeza al punto de convergencia de los ejes de la rueda mayor y menor respectivamente, utilizada para comprobación; Ángulo complementario ψR de la rueda mayor; Ángulo complementario ψP de la rueda menor.
Para obtener los distintos parámetros de los engranajes cónicos se utilizan similares expresiones a las ya vistas para los engranajes cilíndricos, teniéndose en cuenta la influencia de los ángulos que determinan las dimensiones del diente. Así para un módulo M se tendrá:
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Nomenclatura Addendum
Significado Altura que sobresale el diente encima del cono de paso Longitud de los dientes medida a lo largo de un elemento del Anchura de la cara cono del paso Ángulo de la cara la preforma Ángulo entre un elemento del cono de la cara y su eje Ángulo entre elementos entre los cono del de raíz y el cono Ángulo de dedendum de paso Ángulo de presión Es el ángulo en el punto de paso entre la línea de presión. Distancia a lo largo del circulo de paso, en la distancia media Paso circular del cono Numero de diente de engranes por unidad de diámetro de Paso diametral paso Ángulo entre la huella del diente y un elemento de cono de Ángulo de la espiral paso. Ángulo de paso del piñón Angulo entre un elemento del cono de paso y su eje. Ángulo de la raíz del piñón Ángulo entre un elemento del cono de raíz y su eje Ápice de la cara más allá del Distancia entre el ápice de la cara y el punto de cruzamiento punto de cruzamiento en el piñón en un juego de engranes cónicos Ápice de paso más allá del punto Distancia entre ápice de paso y el punto de cruzamiento en de cruzamiento en el piñón un juego de engranes hipoides. Ápice de raíz más allá del punto Distancia entre el ápice de raíz y el punto de cruzamiento en de cruzamiento en el piñón un juego de engranes conucos Corona delantera a punto de Distancia en una sección axial desde la corona delantera cruzamiento en el piñón hasta el punto de cruzamiento, medida en dirección axial. Corona hasta el punto de Distancia en una sección axial hasta el punto de cruzamiento en el piñón cruzamiento, medida en dirección axial. Es la profundidad del espacio del diente debajo del cono de Dedendum paso. Diámetro de paso del piñón Diámetro del cono de paso en el exterior de la preforma. Distancia del ápice del cono de paso hasta el centro de la Distancia del cono anchura de la cara.
Paso circunferencial p = Mπ Altura del diente h = 2,16M Altura de cabeza a=M Altura de raíz d = 1,16M Espesor del diente e = 1,57M
Se pueden escribir las distintas expresiones, tanto para la rueda como para el piñón, que relacionan los parámetros de los engranajes unos en función de los otros, como son módulo, diámetros primitivos, números de dientes, etc.
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Concepto Altura de trabajo Holgura Adendo del engrane Relación de velocidad Relación equivalente de 90 Anchura de cara Número mínimo de diente
formula hk = 2.0 / p c = ( 0.188 / p) + 0.002 pulg. ag = 0.54 + 0.460 P p(m90) mg = Ng / Np mg = mg cuando = 90 mg=mg cuando=90
f= o f=10/p el que sea menor piñón 16, 15, 14, 13 rueda 16, 17, 20, 30.
Fig.-Terminología de los engranes cónicos:
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Engranaje cónico recto ð = 90°: Z = número de dientes m = módulo (se entiende siempre que es el correspondiente a la cabeza mayor del diente) d = diámetro primitivo da = diámetro exterior dm = diámetro medio (en el centro de la longitud del diente) ha = addendum = m hf = dedendum = 1 25 . m h = profundidad del diente = 2,25 .m s = espesor del diente = ðð ángulo de presión b = longitud del diente. No será nunca superior a 1/3 de la generatriz R = generatriz =
ð ángulo primitivo=tgθ= ðf = ángulo de dedendum ða = ángulo de addendum * con espacio libre de fondo convergente:
* para dentado normal:
* con espacio libre de fondo constante: . δa = ángulo de cara: δa = δ + ða da = diámetro exterior: da = d + 2 . hacosδzv = numero de dientes virtual = Engranaje cónico recto con ángulos de ejes ð < 90°: Todas las dimensiones como para los de ð = 90° menos:
Engranaje cónico recto, con ángulo de ejes ð > 90°: Todas las dimensiones como para los de ð = 90° menos:
4.- QUE IMPORTANCIA TIENE LA RUEDA GENERATRIZ EN EL ENGRANE DE RUEDA CÓNICAS. Los engranes cónicos son aquellos que se han diseñado para inducir un movimiento no deslizante entre dos conos, que se denominan conos primitivos los cuales están en contactos a lo largo de un generador de cada uno de modo que los ejes de rotación se intersecan entre el vértice común de cada uno (se define un generador como una línea desde el vértice del cono hasta su base define la superficie del cono a medida que hace DISEÑO DE MAQUINA
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un circuito completo alrededor de la base) cuando los engranes cónicos están montados correctamente sus vértices de cono son coincidentes la longitud de un elemento de cono primitivo se llama generatriz distancia de cono L
Es importante que para los engranajes de dientes rectos, sus dientes se disponen siguiendo las generatrices de los cónicos primitivos. Las generatrices de los cónicos primitivos y las cabezas y raíces de los dientes convergen al mismo punto O. La longitud L de la generatriz del cono primitivo es la misma tanto para la rueda mayor como para la menor, ya que los diámetros primitivos sea cualquiera la relacionen que este al engranar se encuentra a la misma distancia del centro donde convergen las prolongaciones de los ejes y los flancos de los dientes.
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Formado de los dientes de engrane espiral sobre la cremallera circular básica. Donde la generatriz es una línea o de una figura, Que por su movimiento engendra, respectivamente, una figura o un sólido.O de una máquina, que convierte la energía mecánica en eléctrica.Los dientes coinciden con las generatrices de los conos. La longitud Lde la generatriz del cono primitivo es la misma tanto para la rueda mayor como para la menor (piñón) ya que sus diámetros primitivos, sea cualquiera la relación en que estén al engranar, se encuentran a la misma distancia del centro donde convergen las prolongaciones de los ejes y los flancos de los dientes. L R R2 RP2
Los dientes de un engrane cónico están formados con respecto a un cono primitivo en vez de respecto a un cilindro primitivo como en los engranes cilíndricos rectos. Cuando los engranes cónicos están montados correctamente, sus vértices de cono son coincidentes. Son importantes porque permiten un a mejor prolongación en el contorno del contacto entre dientes provocando una transmisión de mejor calidad y sin tanto rozamiento, evitando las posibilidades de abrasión o desgaste
5.-REALIZAR UN BOCETO CON LA TERMINOLOGÍA Y PARÁMETROS DE UN ENGRANE DE TORNILLO SIN FIN. Los engranajes de tornillo sin fin están formados por un tornillo sin fin largo y estrecho, dotado de uno o más dientes helicoidales continuos, que engranan con una rueda dentada helicoidal. Estos engranes son los impulsores en reductores de velocidad, pero a veces, las unidades se usan en forma inversa para aumentar la velocidad. Los engranes de tornillo sin fin se emplean cuando se necesitan disminuciones muy grandes de velocidad y aumento en la potencia. El DISEÑO DE MAQUINA
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engrane del tornillo sin fin es parecido al engrane recto, por lo que muchas de las dimensiones son las mismas. El engranaje de tornillo sin fin constituye un caso particular de engranaje helicoidal para árboles cuya orientación difiere de 90º. Su piñón está constituido por un tornillo que, en vez de ser cilíndrico, adopta la forma circular de la rueda al par que está, de perfil acanalado, se adapta a la de aquél, engranando con él a lo largo de unos 60 a 90º. El piñón se convierte en tornillo sin fin y la rueda se denomina corona. El número de dientes del piñón es igual al número de dientes de entradas o hilos del tornillo. El tornillo Sin Fin generalmente desempeña el papel de la rueda conducida.
TERMINOLOGÍA. En la figura 7 se pueden observar los distintos elementos que conforman el par tornillo sinfín – rueda helicoidal, siendo éstos, según se indica en la figura, los siguientes: Térmi logia L pt a d h di a dp de pcr Di Dp Dt De b b
Descripción Longitud del tornillo sin fin. Paso axial entre filetes del tornillo. Altura de cabeza. Dedendo o altura de raíz. Altura total del filete. Diámetro interior o de raíz. Ángulo de avance del tornillo. Diámetro primitivo del tornillo. Diámetro exterior del tornillo. Paso circunferencial de la rueda. Diámetro interior de la rueda. Diámetro primitivo de la rueda. Diámetro de la garganta de la rueda. Diámetro exterior de la rueda. Ancho axial de la rueda. Ángulo de la cara de la rueda.
PARÁMETROS Para posibilitar el correcto engrane entre el tornillo sinfín y la rueda, sus parámetros y detalles constructivos deben poseer para cada uno determinadas características, como además éstos deben guardar ciertas relaciones entre ambos, las cuales se indican a continuación:
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Parámetro
Fórmula
Diámetro primitivo de la rueda
Dp = zR.Mc
Paso circunferencial pcr de la rueda
pcR
D p
pt
z R
. D p
Paso de la hélice de la rueda
PhR
Diámetro de garganta de la rueda
Dt = Dp + 2Mn
tg
Diámetro exterior de la rueda
De 2 r r
Distancia entre ejes de rueda y tornillo sinfín
L
Diámetro primitivo del tornillo sinfín
1 2
cos 2
D
p
Dt
d p
dp = de – 2Mn
Módulo circunferencial de la rueda
M c
D p z R
M n cos
Longitud del tornillo sin fin (L).-Comprende toda la longitud axial dentada (o roscada).
1 2 m1
z1
Paso axial entre filetes del tornillo. (p t ).Es igual al paso circunferencial de la rueda. Se mide entre dos dientes consecutivos, aunque sea de dos o más entradas. Pt = PCr
Altura de cabeza. (a). Es la distancia radial entre el diámetro primitivo y el diámetro exterior. Dedendum o altura de raíz. (d). Es la distancia radial entre el diámetro primitivo y el diámetro interior. Altura total del filete (h). Es la distancia comprendida entre el diámetro exterior e interior. h =a + d Diámetro interior o de raíz. (d i).Correspondiente a el diámetro de la circunferencia interior. di=d – 2d Ángulo de avance del tornillo. (α).Está formado por la generatriz y la tangente del flanco del diente.
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Diámetro primitivo del tornillo. (d p ).Es el correspondiente circunferencia primitiva del tornillo. d=mxZ
al de contacto de la
Diámetro exterior del tornillo (d e ). Es igual a diámetro primitivo más dos veces el modulo normal de= d + 2m Paso circunferencial de la rueda (P cr ).Es igual al paso axial del tornillo indistintamente del número de entradas. pcR
D p
pt
z R
Diámetro interior de la rueda. (D i).Es el diámetro comprendido por la circunferencia interior de la rueda. Diámetro primitivo de la rueda (D p ).Es el correspondiente circunferencia primitiva de la rueda.
al de contacto de la
Dp = zR.Mc
Diámetro de la garganta de la rueda. (D t ).Es igual al diámetro exterior del tornillo. Dt = Dp + 2Mn
Diámetro exterior de la rueda.(De) es el diámetro de circunferencia exterior de la rueda
De 2 r r
cos 2
Dt
Ancho axial de la rueda (b ). Es la longitud de la rueda medida en forma axial. Ángulo de la cara de la rueda (β ).Es el ángulo correspondiente a la rueda y depende del diámetro primitivo.
Paso de la hélice de la rueda. Es la relación entre el diámetro primitivo y la tangente del ángulo de presión. PhR
. D p tg
Distancia entre ejes de rueda y tornillo sinfín. En consecuencia, la distancia entre los centros de las ruedas será igual a la semisuma de los respectivos diámetros primitivos. L
1 2
D
p
d p
Módulo circunferencial de la rueda. Es el correspondiente al paso circunferencial de la rueda. M c
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D p z R
M n cos
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Numero De Dientes (z): es el número de dientes de la rueda
6.- Existen diferencias en los materiales para construir engranes helicoidales y los de tornillo sinfín. Si o no, ¿Por qué? Solo un numero de aleaciones son adecuados para engranes que limitan una potencia importante. Los hay de aceros, de hierro fundido y maleables y los hierros nodulares son las selecciones más comunes para engranes. Se recomienda un endurecimiento superficial o en la masa (en aquellas aleaciones que lo permitan) a fin de obtener la resistencia mecánica suficiente y resistencia al desgaste. Donde se requiere una elevada resistencia a la corrosión, como entornos marinos, a menudo se utilizan bronces porque son metales no ferrosos más comunes en la manufactura de engranajes. El menor módulo de elasticidad de estas aleaciones de cobre genera una mayor aleación del diente y mejora la distribución de carga entre dientes.
Si existe diferencia , puesto que los engranes helicoidales se fabrican en una gran variedad de materiales, tanto metálicos como no metálicos. El material que se escoja para un engrane debe ser el más barato disponible que asegure un trabajo satisfactorio y no necesariamente tan resistente, en cambio que sólo unos cuantos materiales son adecuados para engranajes de sinfín. El tomillo sinfín está muy esforzado y requiere un acero endurecido. Se recurre a aceros al bajo carbono, como el AISI 1020, 1117, 8620 o 4320, endurecidos por cementación a HRC 58-62. Porque , los materiales preferidos para ruedas de engranes de tornillo sinfín son los bronces , especialmente de estaño y de níquel-estaño (que pueden ser o no fundidos en coquilla, un proceso que produce endurecimiento superficial), pero también se emplean frecuentemente otros bronces, por ejemplo, el de plomo (para alta velocidad) y los de aluminio y silicio (para engranajes de baja velocidad y carga pesada). Para reducir los costes, especialmente en ruedas grandes, se utiliza una llanta o corona de bronce fijada a un núcleo central de hierro fundido o acero moldeado. Para aplicaciones de alta potencia se recurre al bronce fosforado o al estaño, y al bronce al manganeso en tomillo sinfín pequeño de velocidad menor. A veces, para aplicaciones de carga ligera y baja velocidad, se emplea hierro fundido, acero dúctil y plásticos. CONCLUSIONES Los engranes de tornillo Sin Fin se emplean cuando se necesitan disminuciones muy grandes de la velocidad y para conseguir un incremento considerable en la potencia.
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Se identificaron los criterios que hacen al mecanismo de tornillo sinfín diferente a los otros mecanismos de transmisión. BIBLIOGRAFÍA:
Monografías.com. “Elementos de Máquinas”, McGraw Hill 2000 Diseño de máquina - Robert l. Norton “Elementos de Máquinas”, Prentice Hall 1999 proyecto en Ingeniería Mecánica.- Joseph Edward Shigley.
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