MANTENIMIENTO DE REDUCTORES

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Mantenimiento Industrial

UNIDAD XIV

MANTENIMIENTO DE REDUCTORES ¿Qué tipo de Reductor es la muestra del despiece presentado? ___________________ __________ __________________ ___________________ ___________________ ______________ _____

Figura 1

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Partes de un reductor ¿Cuántos componentes tienen un reductor? Enumeremos los cuatro principales componentes para estudiarlos: _________________________________ ______________________ ______________________ ___________ A. ______________________ _________________________________ ______________________ ______________________ ___________ B. ______________________ _________________________________ ______________________ ______________________ ___________ C. ______________________ _________________________________ ______________________ ______________________ ___________ D. ______________________

1. MANTENIMIENTO DE LOS ENGRANAJES En el mantenimiento del engranaje también se presentan: a. Reemplazo por un original del mismo fabricante b. Fabricación de un engranaje nuevo c. Reparación del engranaje gastado. Primero identificará el Módulo (m) (sistema métrico) o del Paso diametral (Pd) (sistema en pulgadas) del engranaje para luego continuar con la identificación de los posibles desgastes, sobre la base de la verificación.

1.1 VERIFICACIONES EN EL ENGRANAJE E NGRANAJE PARA LA IDENTIFICACIÓN DE DESGASTES a) Verificación del ajuste aplicado por el fabricante, al agujero del engranaje con el apoyo en al eje (B); que podría estar fuera de tolerancia debido al desgaste al que están expuestos estos apoyos durante el funcionamiento. (Figura 2) b) Verificación de los ajustes entre chaveta y los chaveteros (E) del cubo y del eje, midiendo y luego comparando en la tabla de chavetas y chaveteros ISO/R773. (Figura 3)

Figura 2

Figura 3

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1.2 MODOS DE FALLAS Y DESGASTES DE LOS DIENTES DE LOS ENGRANAJES La evaluación del desgaste y de las fallas en los dientes del engranaje está clasificada en cuatro categorías.    

Fatiga superficial (pitting) Desgaste Deformación plástica Rotura

1.2.1 FATIGA SUPERFICIAL La fatiga fatiga superficial es la falla del material como como resultado de impacto de superficies o sub-superficies tensionados por encima del límite de la resistencia del material. En la figura 4 se muestra la teoría recíproca Hertziana donde se manifiestan las tensiones cuando la rueda y el piñón engranan. Se presentan compresión tensión unidireccional en la superficie y tensión de cizallamiento bidireccional en las sub-superficies. En la figura 5 indican la magnitud de estas tensiones.

Figura 5

Figura 4

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a) Picado (PITTING) El picado es una forma de fatiga superficial que puede ocurrir tan pronto como cuando se inicia el funcionamiento y puede ser de tres tipos:



Initial (correctivo) Destructivo Normal



Picado Inicial o corrective

 

El picado inicial es causado por áreas locales de alta presión debido a presencia de superficies desniveladas en el diente del engranaje. Este tipo de picado puede relativamente desarrollarse dentro de un corto tiempo, alcanzar un máximo y luego continuar con un pulido con una tendencia a disminución de rugosidad durante el funcionamiento. Figura 6

Figura 6



Picado destructivo o progresivo El picado destructivo por lo general comienza debajo de la línea de paso, en una porción del pie del diente y progresivamente se incrementa tanto el tamaño y el número de picaduras hasta que se destruye la superficie. Al inicio del funcionamiento el picado destructivo puede aparecer tan grave como el picado correctivo, sin embargo conforme pasa el tiempo el avance del picado destructivo se incrementa bruscamente y ampliamente sobrepasa la severidad del picado correctivo como se muestra en la figuras 7 y 8.

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Figura 7



Figura 8

Picado normal (desgaste) El picado normal del pie del diente se manifiesta en toda la capa superficial endurecida del diente, se manifiestan como unos pequeños o diminutos hoyos llegando a cubrir la totalidad del flanco del pie del diente. Como resultado del funcionamiento continuado los hoyos muy marcados devienen en un desgaste final con un picado generalizado en todo el pie del diente. Figuras 9 y 10.

Figura 10 Figura 9



Astillado del diente El astillado es un término usado para describir un amplio o una masiva área donde la superficie del material se del diente desprende. En la capa superficial endurecida y en la capa de material blando, se observan concentraciones de hoyos con muchas superposiciones o interconexiones en una amplia área. Vea las figuras 11 y12.

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Figura 11a Figura 11b

1.2.2 DESGATE El desgaste es un término general que describe el daño del material de la superficie de contacto. Hay grados de variación de desgastes, los cuales pueden ser medidos en términos de milésimas de pulgadas por un millón o diez millones de ciclos de contactos, a partir de un rango ligero para controlar el excesivo desgaste. Los desgastes se clasifican en:  

Desgaste abrasivo Desgaste adhesivo

a) Desgaste abrasivo El desgaste abrasivo algunas veces se manifiesta como un labrado que ocurre ocurre cuando partículas duras deslizan y ruedan ruedan bajo presión, a través de la superficie del diente. Partículas duras se originan por: suciedad en la caja, arena o grado de fundición, partículas de metal desprendidas por el desgaste del diente del engranaje o del rodamiento, partículas introducidas dentro de la caja durante el rellenado del aceite y partículas que se infiltran en la unidad durante el funcionamiento. Figura 12.

Figura 12

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b) Desgaste adhesivo El desgaste adhesivo resulta de una alta fuerza de atracción compuesta por los átomos de las dos superficies de deslizamiento. Dientes en contacto al azar ásperos y con fuerza forman una unión. El enlace de áreas hace que una partícula sea transferida a través de la interconexión del contacto. En un subsiguiente encuentro el fragmento transferido, fracturado o fatigado ya separado forma una partícula desgastada. Vea la figura 13.

Figura 13

1.2.3 DEFORMACIÓN PLÁSTICA La deformación plástica es el trabajo en frío de la superficie del diente, causado por elevadas tensiones de contacto y de rodadura y la acción de deslizamiento por el engrane. Esta deformación de la superficie resulta del doblegado de la superficie y sub-superficies del material, y está asociado comúnmente con el material sin tratamiento, aunque esto puede ocurrir también en los engranajes con tratamiento con cargas muy elevadas. Vea la figura 14.

Figura 14

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1.2.4 ROTURA La rotura es el último tipo de fallas de los engranajes. Cargas de flexión en el diente del engranaje causa las altas tensiones en el borde de la raíz y en el perfil con la intersección de la raíz del diente. Un diente de un engranaje es una placa en voladizo soportando tensión de flexión en el lado de contacto del diente y con tensión de compresión en el lado opuesto. Si la tensión de flexión para una ubicación crítica se permitió excederse la resistencia del material del diente, la fisura por fatiga podría eventualmente desarrollarse y con la continuación del funcionamiento, finalmente progresa hasta un punto donde el diente podría desprenderse desde el borde del material. Figuras 15 y 16.

Figura 15

Figura 16

2. MANTENIMIENTO DE LOS ÁRBOLES DE TRANSMISIÓN Y DE LOS EJES Según el dibujo parcial de un reductor que se muestra (figura 17 y 18), identifique las partes del árbol expuestas a desgaste que están indicados con las letras A hasta la E.

Figura 17

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Figura 18

A. ______________________ _________________________________ ______________________ _______________________ ___________________ _______ B. ______________________ _________________________________ _______________________ _______________________ __________________ _______ C. ______________________ _________________________________ _______________________ _______________________ __________________ _______ D. ______________________ _________________________________ _______________________ _______________________ __________________ _______ E. ______________________ _________________________________ _______________________ _______________________ __________________ _______ En el mantenimiento del árbol o del eje, una vez efectuadas las verificaciones, las posibilidades son:   

Reemplazar por un original del mismo fabricante Encargar la fabricación de un eje nuevo Realizar la reparación del eje gastado.

a) Verificaciones en el eje 

Verificación de los ajustes aplicados por el fabricante en cada uno de los apoyos y de las pistas del eje; que podrían estar fuera de tolerancia debido al desgaste al que están expuestos estos apoyos durante el funcionamiento.



Verificación de las tolerancias de forma, de posición y del acabado superficial que permitirá descartar deformaciones, pandeos y asperezas de la superficie de los apoyos.

b) Mediciones en el eje Mida con precisión los diámetros; después compare estos resultados con las tolerancias establecidas por el fabricante o en las tablas técnicas de tolerancias ISO para identificar desgastes o deformaciones en los apoyos.

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c) Correcciones en el eje Las posibilidades de la reparación dependerán de la disponibilidad de maquinas herramientas, del tiempo que demandará y del costo que representará.

Ejemplo de la verificación Qué verificaciones verificaciones se efectuarían en las posiciones 1, 2 y 3 según la figura 19:

Figura 19

1. ______________________ _________________________________ ______________________ ______________________ ___________ 2. ______________________ _________________________________ ______________________ ______________________ ___________ 3. ______________________ _________________________________ ______________________ ______________________ ___________

3. LUBRICANTES Y LUBRICACIÓN 

Lubricantes R&O para engranes. Los lubricantes industriales para engranes con base de petróleo con inhibidores de herrumbre y de óxido, son los más usados y fáciles de encontrar.



Lubricantes de extrema presión EP. Para reductores que funcionan con cargas elevadas, son lubricantes industriales a base de petróleo aditivados con azufre y fósforo.

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


Lubricantes sintéticos. Son lubricantes del tipo de polialfaolefina, se recomiendan para el funcionamiento en clima frío, aplicaciones de altas temperaturas, operaciones en rangos de temperaturas variados (todas las estaciones) y para intervalos de cambio de lubricantes extendidos.

3.1 ANÁLISIS DEL LUBRICANTE a) Informe del análisis del lubricante. Se recomienda revisar la condición del lubricante a intervalos regulares. En ausencia de límites más específicos, se recomiendan los lineamientos siguientes para establecer el cambio aceite:    

El contenido de agua es mayor que 0.05% (500 ppm) El contenido de hierro excede 150 ppm El silicón (polvo/impurezas) excede 25 ppm Cambios en la viscosidad mayores que 15%.

b) Intervalos de cambio del lubricante Procedimiento de cambio después del primer mes de servicio: 







Opere la unidad hasta que el aceite en el depósito alcance la temperatura normal de operación. Corte la energía y drene inmediatamente todo el aceite de la unidad. De inmediato lave internamente la unidad con aceite del mismo tipo y viscosidad que el lubricante original (calentado aproximadamente a 100°F (38°C) si el clima es frío). Rápidamente drene el aceite de lavado y llene la unidad con lubricante nuevo hasta que drene aceite limpio por orificio de drenaje. Cierre el drenaje y termine de llenar la unidad hasta el nivel correcto, con aceite nuevo que sea del tipo y viscosidad correctos. Si el proveedor del lubricante determina que el lubricante está en buenas condiciones, el aceite usado reciclado se puede volver a usar si se pasa por un filtro de 40 micras o más fino.

c) Cambio de los lubricantes de petróleo. Para condiciones normales de operación, el cambio del aceite es cada seis meses o _______ horas de operación, lo que ocurra primero. Si el reductor opera en un área donde la temperatura varía con la estación, cambie el grado de viscosidad del aceite para ajustarlo a la temperatura; Los proveedores de lubricantes pueden hacer pruebas del aceite del reductor y recomendar el programa de cambio más económico.

d) Cambio de los lubricantes sintéticos. El intervalo de cambio de los lubricantes sintéticos se puede prolongar hasta ______ o _______ horas dependiendo de la temperatura de operación y la contaminación

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del lubricante. lubricante. Se recomienda un análisis de laboratorio para una una operación óptima de la unidad y una mayor vida útil del lubricante.

e) Grasas para los sellos Algunas transmisiones de engranajes tienen uno o más sellos lubricados y purgados con grasa. Siempre que cambie el aceite en la transmisión, engrase y purgue los sellos; se recomienda grasas NLGI No.2. (Figura 10)

Figura 10

ADVERTENCIA: Lubricantes EP en la industria de elaboración de alimentos. Los lubricantes EP pueden contener substancias tóxicas y no deben ser usados en la industria de elaboración de alimentos sin la autorización de los fabricantes del lubricante. Los lubricantes que cumplen con la clasificación USDA “H1" son aptos para usarse en aplicaciones de elaboración de alimentos.

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Tabla 1: Tablas para establecer la viscosidad y la cantidad del lubricante

Tabla 2

Tabla 3

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Tabla 4

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Tabla 5

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Tabla 6

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4. VERIFICACIÓN Y REGULACIÓN DEL JUEGO ENTRE DIENTES Y DEL PATRÓN DE CONTACTO EN LOS ENGRANAJES CÓNICOS 4.1 JUEGO ENTRE DIENTES (BACKLASH) Es el juego que existe entre dos dientes “ j”

consecutivos medido en el diámetro primitivo, vea la figura 11. Dos son los factores principales que determinan el juego entre diente: el aumento o disminución de la distancia cónica y la disminución del espesor del diente debido al desgaste.

Figura 11

Ejemplo N° 1: Regulación típica típica del juego entre dientes en los engranajes cónicos de un reductor que se muestra en la figura 2. Antes de comenzar con la regulación, la distancia de ajuste SD debe quedar establecida en su valor según lo recomendado por el fabricante; vea la figura 12.

Figura 12

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¿Cómo corregir la distancia de ajuste SD?, ¿Cómo disminuir o aumentar si la distancia no corresponde a lo recomendado?; vea el dibujo 12. ______________________ _________________________________ ______________________ ______________________ _________________ ______ ____________________. ____________________.

Procedimiento para la regulación a. Coloque un reloj comparador (figura 13) en un diente del engranaje.

b. Fije el piñón cónico y haga girar el engranaje cónico hacia adelante y hacia atrás mientras lee el juego entre dientes en el comparador.

c. Para regular el juego mecánico, retire las tapas del rodamiento del engranaje cónico, coloque láminas en una y retire láminas en la otra tapa en la misma medida para obtener el juego deseado.

Figura 13

d. Ajuste nuevamente los pernos de las tapas al torque especificado. Verifique nuevamente el juego axial de los rodamientos.

4.2 PATRÓN DE CONTACTO DE LOS DIENTES Los patrones de contacto correctos del diente del piñón cónico se muestran en la Figura 14. La regulación de los patrones de contacto correctos se realiza ajustando la distancia del cono; puede ser retirando o aumentando láminas de regulación en la cabeza del piñón cónico para mover este hacia el centro del cono o para alejarlo del centro del cono.

Figura 14

Terminada la instalación del piñón y del engranaje; se debe cubrir con pasta azul varios dientes del piñón y hacer girar los dientes recubiertos hacia delante y hacia atrás varias veces para trazar un patrón de contacto en los dientes de ambos. Esta verificación y regulación del contacto de los dientes deben ser llevadas a cabo después de terminar la regulación del juego entre dientes. Si la cabeza del piñón cónico se reguló con las láminas de regulación para obtener el contacto correcto del diente; ahora es necesario verificar otra vez el juego entre dientes.

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a) Contacto correcto El área área ideal de contacto sin carga o con una ligera carga es en el extremo delantero central, vea la figura 15; el punto medio del contacto se ubica a una distancia aproximada del 60 % del ancho del diente, medido desde el extremo de mayor espesor del diente. A plena carga el punto medio de contacto cambiará a la parte central del ancho del diente.

Figura 15

b) Errores de contacto 

Error por distancia del montaje. Fig. 16 Error positivo, contacto en el pie del diente del piñón y en la cabeza del diente de la rueda; y en error negativo a la inversa. Para corregirlo se debe seguir un procedimiento que permita acercar o alejar el piñón en dirección axial respecto de la rueda.

Figura 16 

Error por desfase de los ejes. Fig. 17 Contacto cruzado y solo en los extremos del diente, tanto en el piñón como en la rueda. El error usualmente se debe a defectos durante la fabricación de los apoyos de los rodamientos que soportan el piñón o el engranaje.

Figura 17

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Error por Angularidad entre los ejes. Fig 18



Contacto solamente en el lado del espesor menor del diente (+) o en lado del espesor mayor del diente (-); tanto en el piñón como en la rueda. El error usualmente de sede a defectos del montaje o fabricación de los apoyos rodamientos que soportan engranajes.

los la de los

Figura 18

Ejemplo N° 2: Regulación típica del patrón de contacto en los dientes de los engranajes cónicos de un reductor que se muestra en la figura 19. A partir de la misma figura 19 del ejemplo anterior. La verificación del contacto de dientes del juego de engranajes cónicos debe ser realizada con la transmisión completamente armada.

Procedimiento para la regulación 





Recubra varios dientes del piñón cónico con colorante azul o añil y haga girar los dientes del piñón recubierto hacia adelante hacia atrás varias veces para trazar un patrón de contacto en los dientes de ambos. Compare el resultado con el patrón incorrecto de contacto de dientes establecido por el fabricante; vea la figura 8. Para regular al contacto correcto de los dientes ajuste la distancia cónica retirando o agregando láminas de regulación en la brida de la cabeza del piñón cónico.

Figura 19

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¿Cuál es el ajuste a aplicar a la distancia cónica y cuánto es el valor a corregir; si el error encontrado fuera, piñón muy lejos del centro del cono? _____________________ ________________________________ ______________________ ______________________ ______________________ ______________ ___ ¿Se debe verificar otra vez el juego entre dientes. Porqué? _____________________ ________________________________ ______________________ ______________________ ______________________ ______________ ___

4.3 VERIFICACIÓN Y REGULACIÓN DEL PATRÓN DE CONTACTO EN ENGRANAJES DE CORONA SINFÍN La verificación y la regulación del patrón de contacto debe llevarse a cabo después de terminar con el montaje completo del reductor; además en el montaje se debe incluir la regulación del juego axial de los rodamientos del tornillo sinfín y de rueda de corona.

4.3.1 Patrón de contacto en los dientes de la rueda corona Según el sentido de rotación del Sinfín (figura 20), el lado de inicio de engrane tiene un área de contacto más pequeño que el lado final de engrane. Durante el funcionamiento, el patrón de contacto progresivamente se irá moviendo hacía el inicio de engrane; hasta quedar centrado o extendido en todo el flanco del diente. Para una rotación vi direccional o para dirección de carga cambiante, el patrón de contacto debe quedar simétrico hacia ambos flancos del diente de la rueda.

Figura 20

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4.3.2 Errores en el patrón patrón de contacto a) Error en la Distancia de montaje Contacto solo en uno de los extremos del diente de la corona debido al desfase de los ejes del sinfín con el de la corona. El proceso para la corrección incluye la colocación y el retiro de láminas de regulación en las tapas de los rodamientos que soportan al engranaje de corona. Figuras 21 y 27.

Figura 21

b) Error por Angularidad entre los ejes Contacto cruzado solo en los extremos de ambos lados del diente de la corona. El defecto se debe usualmente a errores como son; ángulo de hélice diferentes al del sinfín, defectos de ensamblaje o defectos de fabricación de los engranajes.

Figura 22

c) Error en la distancia entre centros Cuando existe un error exagerado en la distancia entre centros como se muestra en la figura 23 el contacto es cruzado y solo en los extremos del diente. Este error además de originar defectos de contacto, también influye en la excesiva variación ya sea positiva o negativa del juego entre dientes.

Figura 23 280

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Ejemplo N° 1: Regulación del juego axial interno de los rodamientos de rodillos cónicos Dependiendo del tamaño y de la velocidad, establecer un juego axial recomendado según la figura 26; tanto en el sinfín como en la rueda de corona; figura 24 y 27. En condiciones de funcionamiento caliente de la transmisión se recomienda establecer un juego diferente. Revise mayor información en el manual de instalación del fabricante.

Figura 24 Para verificar la regulación de los rodamientos coloque el eje en posición vertical, instale el reloj comparador como se muestra en la figura 25. Con el dial posicionado en cero, jalar hacia arriba el eje y leer en el reloj el juego axial existente. Aumentar o disminuir láminas si es necesario hasta obtener el juego recomendado.

Figura 25

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Tabla 7

Ejemplo N° 2: Regulación típica del patrón de contacto en engranajes de Corona Sinfín: La verificación del contacto de dientes debe ser realizada con la transmisión completamente armada.

Figura 26

Procedimiento para la regulación  



Recubra los dientes del engranaje corona y del sinfín con colorante azul. Gire el eje del sinfín hasta que la corona alcance una o más vueltas en cada sentido. Retire los ensambles de la corona y del sinfín para evaluar el patrón que mostrará los dientes. Según el resultado del patrón observado si es necesario retire láminas de una tapa del rodamiento y aumente el mismo espesor en la otra tapa. Esta regulación es aplicable tanto al tornillo sinfín como al engranaje de corona, figura 27.

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Ajuste del patrón de contacto con dentado de hélice hélic e derecha

Ajuste del patrón de contacto en el tornillo tornill o sinfín y en el engranaje engra naje corona

Figura 27

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ANOTACIONES: …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………

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