Unidad 4 Engranes y trenes de engranaje.

Ingeniería Mecatrónica  

Quinto semestre,  Grupo "B"

Mecanismos.

Integrantes del Equipo:

1. Reyes Martínez Jesús Alejandro
2. Ortiz Domínguez Emilio de Jesús
3. Beltran Espinosa Nerio Alberto
4. Ramos Flores Andrik
5. Figueroa Diaz Daniel Abraham

Unidad 4 
Engranes y trenes de engranaje.

4.1 Nomenclatura, Clasificación Y Aplicación De Los Engranes (Rectos, Cónicos Y Helicoidales).

     •Los engranajes constituyen uno de los mejores medios disponibles para transmitir movimiento, cuando en las máquinas la transmisión de potencia se hace de un eje a otro paralelo cercano a él.

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     •De entre los diferentes tipos de engranajes son los cilíndricos de dientes rectos los más usuales, los cuales se caracterizan porque son ruedas dentadas cuyos dientes son rectos y paralelos al eje del árbol.

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    •Es importante destacar que la gran duración de las transmisiones con engranajes va acompañada de un diseño, un análisis y una fabricación complejos, que es preciso conocer.

     

     

     La nomenclatura de los engranajes tiene las siguientes definiciones:

     

•Circunferencia de paso o primitiva: es la de contacto entre los dientes que determina la relación de transmisión. Las circunferencias primitivas de dos engranajes son tangentes entre sí.

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•Paso circular: es la distancia medida sobre la circunferencia de paso entre determinado punto de un diente y el correspondiente de uno inmediato, es decir la suma del grueso del diente y el ancho del espacio ente dos consecutivos.

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•Circunferencia de paso: es un circulo teórico en el que generalmente se basan todos los cálculos; su diámetro es el diámetro de paso.

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•Modulo: es la relación del diámetro de paso al número de dientes

     

     

       •Adendo (ha): distancia radial entre el tope del diente y la circunferencia de paso.

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      •Dedendo (hf): es la distancia entre el fondo del espacio y la circunferencia de paso.

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       •Altura total: es la suma del dependo y del adendo.

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      • Circunferencia de holgura: es la circunferencia tangente a la de adendo del otro engrane, la holgura es la diferencia entre el adendo de un engrane y el dedendo del otro conectado.

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      •Juego: es el espacio entre dos dientes consecutivos y el grueso del diente del otro engrane.

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      •Numero virtual de dientes (zv): si se observa en la dirección de los dientes, un engrane del mismo paso y con el mismo r tendrá un mayor número de dientes según aumente r es decir conforme se incremente ψ.

       

b    

      •Interferencia: el contacto comienza cuando la punta del diente conducido toca el flanco del diente conductor, ello ocurre antes de que la parte de evolvente del diente conductor entre en acción.

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      •En otras palabras, ello ocurre por debajo de la circunferencia de base del engrane 2 en la parte distinta de la evolvente del flanco; el efecto real es que la punta o cara de evolvente del engrane impulsado tiende a penetrar en el flanco del diente impulsado o a interferir con este.

                 

       Terminología  de dinámica de los engranajes

        

       •contragolpe: La cantidad por la cual el ancho del espacio de un diente excede el grosor del diente enganchado medido en el círculo primitivo. Es la distancia más corta entre las superficies que no entran en contacto con los dientes adyacentes.

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Eficiencia de engranajes: La relación entre la potencia de salida y la potencia de entrada, teniendo en cuenta las pérdidas de potencia en los engranajes y cojinetes y por el viento y el batido del lubricante.

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•      •potencia del engranaje: La capacidad de carga y velocidad de un engranaje, determinada por las dimensiones y el tipo de engranaje. Los engranajes helicoidales y de tipo helicoidal tienen capacidades de aproximadamente 30.000 hp, engranajes cónicos en espiral de aproximadamente 5000 hp y engranajes helicoidales de aproximadamente 750 hp.

      

      •Relación de engranajes: el número de dientes en el engranaje (más grande de un par) dividido por el número de dientes en el piñón (más pequeño de un par). Además, la relación entre la velocidad del piñón y la velocidad del engranaje. En engranajes reductores, la relación entre las velocidades de entrada y salida.

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      •velocidad del engranaje: un valor determinado por una velocidad de línea de tono específica. Puede aumentarse mejorando la precisión de los dientes del engranaje y el equilibrio de las piezas giratorias.

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      •socavado: rebaje en las bases de los flancos de los dientes de los engranajes para mejorar la holgura.

       

       

       

        Clasificación de engranajes

      

       •Los engranajes lo podemos clasificar por un sin número de aspectos propios de cada uno, según:

•según la situación de sus dientes.

•según la forma de sus dientes.

•según la forma de sus engranajes.

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•Clasificación Según La Situación De Sus Dientes: Según la situación de sus dientes, podemos clasificarlos en: interiores o exteriores.

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•Engranajes interiores: son aquellos que llevan los dientes tallados en la parte interior.

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•Engranajes exteriores: son aquellos que llevan los dientes tallados en el exterior.

       

•      Aplicaciones de engranes Rectos:

     •Los engranajes rectos son engranajes de dientes rectos que tienen dientes radiales usados para transmitir potencia y movimiento entre ejes paralelos.

      •Estos engranajes encuentran amplia aplicación en una serie de campos, incluyendo: Automóviles Textiles Ingeniería industrial

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•      Aplicaciones de los engranes cónicos:

      •Estos engranajes se utilizan ampliamente para transmitir potencia y movimiento entre ejes no paralelos y están diseñados para transmitir movimiento entre ejes de intersección, generalmente en ángulos rectos.

       •Los engranajes cónicos se emplean en una enorme variedad de aplicaciones, que van desde las que se utilizan en el sector de la minería (excavadoras de rueda, accionamientos de apiladoras y recogedoras, dragado, accionamientos para molinos, transportadores de cinta, etc.) hasta el sector aeroespacial

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•      Aplicaciones de los engranes helicoidales:

     •El engranaje helicoidal es un tipo popular del engranaje que tiene sus dientes cortados en un ángulo, permitiendo así un acoplamiento más gradual y más liso entre las ruedas de engranaje. Los engranajes helicoidales son un refinamiento sobre los engranajes rectos.   

     •Uso de engranajes helicoidales Estos engranajes se utilizan en áreas que requieren altas velocidades, transmisión de gran potencia o donde la prevención del ruido es importante. Automóviles Textil Aeroespacial Conveyors.

      

 4.2 Diseño De Engranes (Rectos, Cónicos Y Helicoidales).

Engranaje Recto: 
Está formado por dos ruedas dentadas cilíndricas rectas. Es un mecanismo de transmisión robusto, pero que sólo transmite movimiento entre árboles próximos y, en general, paralelos. En algunos casos puede ser un sistema ruidoso, pero que es útil para transmitir potencias elevadas. Requiere lubricación para minimizar el rozamiento. Podéis observar engranajes en máquinas de escribir. Veréis que las ruedas giran en sentido opuesto.
Cada rueda dentada se caracteriza por el número de dientes y por el diámetro de la circunferencia primitiva. Estos dos valores determinan el paso, que debe ser el mismo en ambas ruedas. A la rueda más pequeña se le suele llamar piñón.

Engranes Cónicos:

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.

Existen distintos tipos de engranajes cónicos:
Engranaje cónico de forma helicoidal
Engranaje cónico de tipo hipoide
Engranaje cónico de dientes rectos
Engranaje cónico espiroidales

Engranajes Helicoidales

Los dientes de estos engranajes no son paralelos al eje de la rueda dentada, sino que se enroscan en torno al eje en forma de hélice. Estos engranajes son apropiados para grandes cargas porque los dientes engranan formando un ángulo agudo, en lugar de 90º como en un engranaje recto. Los engranajes helicoidales sencillos tienen la desventaja de producir una fuerza que tiende a mover las ruedas dentadas a lo largo de sus ejes. 

Esta fuerza puede evitarse empleando engranajes helicoidales dobles, o bihelicoidales, con dientes en forma de v compuestos de medio diente helicoidal dextrógiro y medio diente helicoidal levógiro.

      4.3 Estandarización Y Normalización De Engranes.

La mayor parte de los engranes son fabricados conforme a sistemas de engranes estandarizados por asociaciones internacionales como la American Gears Manufacturers Association (AGMA), la American Standars Association (ASA) y la American Society of Mechanical Engineers(ASME); pero existen otras organizaciones que también emiten normas funcionales para el diseño de engranes entre ellas podemos citar a la International Standars Organization (ISO) a la organización alemana (DIN) y a las normas soviéticas GOST.
De las numerosas agrupaciones técnicas de ISO (siglas aceptadas internacionalmente para identificar a la Organización para la Normalización Internacional), ha sido designado el Comité Técnico 60 (ISO TC60) para dedicarse plenamente a la elaboración, discusión y aprobación de las Normas Internacionales referidas a engranajes.
Desde 1993, la secretaría de ISO TC60 corre a cargo de la Asociación Americana de Fabricantes de Engranajes (en inglés, American Gear Manufacturers Association, AGMA). Anteriormente el Instituto Belga de Normalización había sido responsabilizado con la conducción del mencionado Comité Técnico. Hasta el mes de diciembre del 2000, ISO TC60 presentaba aprobadas 22 Normas ISO y 8 Reportes Técnicos (TR).

Reglas ISO de los engranes.

ISO 6336-1: Cálculo de la capacidad de carga de engranajes cilíndricos de dientes rectos y helicoidales. Introducción y factores de influencia general.
ISO 6336-2: Cálculo de la capacidad de carga de engranajes cilíndricos de dientes rectos y helicoidales. Cálculo de la durabilidad superficial (picadura).
ISO 6336-3: Cálculo de la capacidad de carga de engranajes cilíndricos de dientes rectos y helicoidales. Cálculo de la resistencia en el pie del diente
ISO 6336-5: Cálculo de la capacidad de carga de engranajes cilíndricos de dientes rectos y helicoidales. Resistencia y calidad de los materiales.
ISO-TR10495: Cálculo de la vida de servicio en condiciones de carga variable, para engranajes cilíndricos.
ISO-TR13989-1: Verificación de la resistencia de los flancos de los dientes al desgaste adhesivo. Criterio de temperatura de flash. ISO-TR13989-2: Verificación de la resistencia de los flancos de los dientes al desgaste adhesivo. Criterio de temperatura media.

Derivada de la Norma ISO 6336, dirigida a engranajes con aplicación general.

ISO-CD9085-1: Cálculo de la capacidad de carga de engranajes cilíndricos industriales. 
ISO-CD9085-2: Cálculo de la capacidad de carga de engranajes cilíndricos industriales. Cálculo simplificado. 
ISO-CD9084: Cálculo de la capacidad de carga de engranajes cilíndricos para altas velocidades. 
ISO-CD9083: Cálculo de la capacidad de carga de engranajes cilíndricos con aplicación en la marina.
ISO-CD9082: Cálculo de la capacidad de carga de engranajes cilíndricos con aplicación en vehículos.
ISO-CD9081: Cálculo de la capacidad de carga de engranajes cilíndricos con aplicación en la aviaci.

Normalización.

La normalización permite definir una guía a seguir sobre cómo debe ser un producto o servicio, de manera que todas las organizaciones que lo desarrollen sigan un mismo modelo. Con ello se consiguen, por una parte, que estos productos o servicios cumplan algunos criterios mínimos con los que pueden ser evaluados y comparados para establecer un nivel de calidad determinando; por otra parte, asegura que los productos o servicios sean compactibles entre sí.

     4.4 Análisis cinemático de trenes de engranaje (simples, compuestos y planetarios)

¿Qué son los trenes de engranajes?

El tren de engranaje es un conjunto de engranajes que transmiten movimiento por contacto directo desde un engranaje motriz, hasta el ultimo del conjunto. El engranaje motriz, puede estar al principio, en el medio o al final del tren.

Engranajes conductores y conducidos

•Si impulsa a otro engranaje por contacto directo es conductor

•Por definición si un engranaje recibe movimiento por contacto directo de otros engranajes es conducido.

NOMENCLATURA

Conductor: Engranaje que inicia el movimiento o que transmite movimiento a otro engranaje por contacto directo.

Conducido: Engranaje que recibe movimiento de otro engranaje por contacto directo.

Ventajas

§ Ocupan espacios muy reducidos.

§No tiene posibilidad de deslizamiento.

§Tiene una gran capacidad de transmisión de potencia.

§Poseen un elevado rendimiento.

§Tienen un bajo mantenimiento.

Inconvenientes

•Ofrecen baja velocidad.

•No pueden transferir potencia entre los ejes no paralelos.

•Los engranajes rectos producen mucho ruido cuando se opera a altas velocidades.

•Los dientes del plato experimenta una gran cantidad de estrés.

•No se pueden usar para la trasmisión de energía a larga distancia.

Aplicaciones

•El agrícola: en el que juegan un papel clave para desarrollar labores mecanizadas, como la siembra, el arado o el riego, así como en los propios tractores.

•En el ámbito automovilístico: sus función suele ser la de actuar como transmisores de fuerzas y regular la velocidad.

•En cuanto a vehículos navales: los engranajes operan en barcos de pesca, submarinos, en embarcaciones de trabajo o yates.

•En energía eólica: los engranajes aumentan la velocidad de los generadores, función que aprovechan también las industrias fabricantes de cemento. Los molinos de rodillos se emplean para el transporte de losas y para laminadores de alambre.

¿Qué materiales se emplean para fabricar engranajes?

El acero sometido a un tratamiento de templado es uno de los materiales más comunes para los distintos tipos de engranajes, también es común el uso de aluminio. Otros materiales empleados son:

•Aceros de alta resistencia

•Aceros inoxidables forjados

•Aleaciones a base de cobre

•Aleaciones de aluminio fundidas o forjadas

•Hierro fundido o fundición gris

•Aleaciones de magnesio

Clasificación de los trenes de engranaje

Ejemplo

Un tren de engranajes está formado por tres engranajes de forma consecutiva. El primero tiene 90 dientes; el segundo, 274 dientes, y el tercero, 180 dientes.

Si el primero gira a 400 r.p.m. ¿cuál será la velocidad de giro del tercero?

4.5 diseño de engranes por medio de software

Para el diseño de engranes existen varias herramientas en las cuales podemos facilitar el diseño, en este caso el dibujo de los engranes, posteriormente pasar a la fabricación de dicho elemento.

Una de esta herramienta es SOLIDWORD, es una plataforma de diseño enfocado al dibujo de elementos mecánicos eléctricos e incluso en el are de arquitectura.

En el podemos realizar los engranes, solo basta con darle instrucciones o comando para la elaboración de dicho dibujo, para ello es necesario tener en cuenta que los diseños de los cálculos se hacen antes de poner en marcha en la creación del elemento mecánico.

Otra herramienta similar es AutoCAD el cual es muy usado por la rama industrial para el dibujo y el proceso del diseño de las herramientas y componentes que se involucren en las maquinas, o incluso nuevos proyectos que se piensen lanzar al mercado, este software funciona casi igual a solidword lo que tiene de diferente es que el usuario tiene que introducir más comando ser más preciso en las mediciones para que el diseño quede como lo esperado o lo que se pretende tener físicamente.

Así como estos dos ejemplos existen más software que pueden facilitar el trabajo y el diseño y ahorrarse más tiempo a la hora de fabricar dicho elemento mecánico, aquí solo se da a conocer algunos de las herramientas digitales más usados en el área industrial por lo regular el que se dedica al dibujo técnico industrial utiliza estas  herramientas para hacerlo y ahorrarse mucho tiempo en el proceso de diseño.

      A continuación se vera un video explicativo acerca de los engranajes, también habrá un enlace a un simulador.

Tren de ENGRANAJES

Simulador de engranajes

Engranajes Explicados 

Proyecto de caja reductora con engranaje