viernes, 29 de julio de 2011

MODULO 2.2 ENGRANAJES

Engranaje
Engranaje es una rueda o cilindro dentado empleado para transmitir un movimiento giratorio o alternativo desde una parte de una
máquina a otra.
Un conjunto de dos o más engranajes que transmite el movimiento de un eje a otro se denomina tren de engranajes. Los engranajes se utilizan sobre todo para transmitir movimiento giratorio, pero usando
engranajes apropiados y piezas dentadas planas pueden transformar movimiento alternativo en giratorio y viceversa.

Tipos de engranajes

La principal clasificación de los engranajes se efectúa según la disposición de sus ejes de rotación y según los tipos de dentado. Según estos criterios existen los siguientes tipos de engranajes:

Ejes paralelos

- Cilíndricos de dientes rectos

- Cilíndricos de dientes helicoidales

Doble helicoidales

- Ejes perpendiculares

- Helicoidales cruzados

- Cónicos de dientes rectos

- Cónicos de dientes helicoidales

- Cónicos hipoides

- De rueda y tornillo sinfín


Por aplicaciones especiales se pueden citar:

- Planetarios

- Interiores

 - De cremallera

Por la forma de transmitir el movimiento se pueden
citar:

- Transmisión simple

- Transmisión con engranaje loco

- Transmisión compuesta. Tren de
engranajes

Transmisión mediante cadena o polea dentada

- Mecanismo piñón cadena

-         Polea dentada

Características que definen un engranaje de dientes
rectos

Los engranajes cilíndricos rectos son el tipo de engranaje más simple y corriente que existe. Se utilizan generalmente para velocidades pequeñas y medias; a grandes velocidades, si no son rectificados, o ha sido corregido su tallado, producen ruido cuyo
nivel depende de la velocidad de giro que tengan.

-         Diente de un engranaje: son los que realizan el esfuerzo de empuje y transmiten la potencia desde los ejes motrices a los ejes conducidos. El perfil del diente, o sea la forma de sus flancos, está constituido por dos curvas evolventes de círculo,
     simétricas respecto al eje que pasa por el centro del mismo.

   - Módulo: el módulo de un engranaje es una característica de magnitud que 
    se define como la relación entre la medida del diámetro primitivo
    expresado en milímetros y el número de dientes.
    En  los  países anglosajones se emplea otra característica llamada
    Diametral Pitch, que es inversamente proporcional al módulo. El valor del
    módulo se fija mediante cálculo de resistencia de materiales en virtud de la
    potencia a transmitir y en función de la relación de transmisión que se
    establezca. El tamaño de los dientes está normalizado. El módulo está
    indicado por números. Dos engranajes que engranen tienen que tener el
    mismo módulo.

   - Circunferencia primitiva: es la circunferencia a lo largo de la cual engranan 
     los dientes. Con relación a la circunferencia primitiva se determinan todas
     las características que definen los diferentes elementos de los dientes de
     los engranajes.

   - Paso circular: es la longitud de la circunferencia primitiva correspondiente
     a un diente y un vano consecutivos.

   - Espesor del diente: es el grosor del diente en la zona de contacto, o sea,
      del diámetro primitivo.  constituido por dos curvas evolventes de círculo,
      simétricas respecto al eje que pasa por el centro del mismo.
 
   - Número de dientes: es el número de dientes que tiene el engranaje. Se
       simboliza como (Z). Es fundamental para calcular la relación de 
       transmisión. El número de dientes de un engranaje no debe estar por 
      debajo de 18 dientes cuando el ángulo de presión es 20º ni por debajo de
      12 dientes cuando el ángulo de presión es de 25º.

    - Diámetro exterior: es el diámetro de la circunferencia que limita la parte
        exterior del engranaje.

    - Diámetro interior: es el diametro de la  circunferencia que limita el pie del
        diente.

     - Pie del diente: también se conoce con el nombre de dedendum. Es la
         parte del diente comprendida entre la circunferencia interior y la
         circunferencia primitiva.

      - Cabeza del diente: también se conoce con el nombre de adendum. Es
           la parte del diente comprendida entre el diámetro exterior y el diámetro
           primitivo.

       - Flanco: es la cara interior del diente, es su  zona de rozamiento.

       - Altura del diente: es la suma de la altura de la cabeza (adendum) más
            la altura del pie (dedendum).

        - Angulo de presión: el que forma la línea de acción con la tangente a
            la circunferencia de paso,φ (20º ó 25º son los ángulos normalizados).

        - Largo del diente: es la longitud que tiene el  diente del engranaje

        - Distancia entre centro de dos engranajes:
           es la distancia que hay entre los centros de las circunferencias de
           los engranajes.

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

   Velocidad lenta:

               Rt = 1/ 10


   Velocidad normal :

               Rt = 1/ 7 – 1/ 6


   Velocidad elevada:

                Rt = 1/ 4 – 1/2




FORMULAS CONSTRUCTIVAS DE LOS ENGRANAJES RECTOS

-         Diámetro primitivo:

              Dp = Z x M

-         Modulo:

               M = Dp / Z

-         Paso circular:

                Pc = 3,1416 x M

-         Diámetro exterior:

                De = ( Z + 2) x M

-         Espesor del diente:

                E = Pc / 2

-         Diámetro interior:

                Di = Dp – 2,50 x M

-         Pie del diente:

                1,25 x M

-         Cabeza del diente:

                 M

-         Altura del diente:

                  ( 2,25 x M)

-         Distancia entre centros:

                   ( Dp + dp ) / 2

-         Ecuación general de trasmisión:

                      N x Z = n x z




ENGRANAJES HELICOIDALES DE EJES PARALELOS

Se emplea para transmitir movimiento o fuerzas entre ejes paralelos, pueden ser considerados como compuesto por un numero infinito de engranajes rectos de pequeño espesor escalonado, el resultado será que cada diente está  inclinado a lo largo de la  cara como una hélice cilíndrica.  Los engranajes helicoidales acoplados deben tener el mismo ángulo de la hélice, pero el uno en sentido contrario al otro (Un piñón derecho engrana con una rueda izquierda y viceversa). Como resultado del ángulo de la hélice existe un empuje axial además de la carga, transmitiéndose ambas fuerzas a los apoyos del engrane helicoidal. Para una operación suave un extremo del diente debe estar adelantado a una distancia mayor del paso circular, con respecto al a otro extremo. Un  traslape recomendable es 2, pero 1.1 es un mínimo razonable (relación de contacto). Como resultado tenemos que los engranajes helicoidales operan mucho más suave y silenciosamente que los engranajes rectos.


ENGRANAJES HELICOIDALES DE EJES CRUZADOS

Son la forma más simple de los engranajes cuyas flechas no se interceptan teniendo una acción conjugada ( puede considerárseles como engranajes sinfín no envolventes), la acción consiste
primordialmente en una acción de tornillo o de cuña, resultando un alto grado de deslizamiento en los flancos del diente. El contacto en un punto entre diente acoplado limita la capacidad de transmisión de carga para este tipo de engranes. Leves cambios en el ángulo de las flechas y la
 distancia entre centro no afectan al a acción conjugada, por lo tanto el montaje se simplifica grandemente. Estos pueden ser fabricados por cualquier máquina que fabrique engranajes helicoidales.

ENGRANAJES HELICOIDALES DOBLES

Los engranajes "espina de pescado" son una combinación de hélice derecha e izquierda. El empuje axial que absorben los apoyos o cojinetes de los engranajes helicoidales es una desventaja de ellos
y ésta se elimina por la reacción del empuje igual y opuesto de una rama simétrica de un engrane helicoidal doble. Un miembro del juego de engranes "espina de  pescado" debe ser apto para absorber la carga axial
 de tal forma que impida las carga excesivas en el diente provocadas por la disparidad de las dos
mitades del engranaje. Un engrane de doble hélice sufre únicamente la mitad del error de deslizamiento que el de una sola
hélice o del engranaje recto. Toda discusión relacionada a los engranes helicoidales sencillos (de ejes paralelos) es aplicable a loso engranajes de helicoidal doble, exceptuando que el ángulo de la hélice es generalmente mayor para los helicoidales dobles, puesto que no hay empuje axial.


FORMULAS CONSTRUCTIVAS DE ENGRANAJES HELICOIDALES CILINDRICOS

Como consecuencia de la hélice que tienen los engranajes helicoidales su proceso de tallado es diferente al de un engranaje recto, porque se necesita de una transmisión cinemática que haga
posible conseguir la hélice requerida. Algunos datos dimensionales de estos engranajes son diferentes de los rectos.
                   

 - Diámetro exterior
               
            De = Mn x ( z / cos beta) + 2 x Mn = Dp + 2 x Mn

-         Diámetro primitivo:

            Dp = Mn x (Z / cos beta ) = Pe x ( z / 3,1416 ) = Me x Z

-         Modulo normal o real:

            Mn = Dp x la inversa del aplace x (cos beta / Z ) = Pn / 3,1416 = Dp x ( cos beta / z )

-         Paso normal o real:

             Pn = 3,1416 X Mn = Pe x cos beta

-         Angulo de la helice:

             Tg beta = 3,1416 x ( Dp / H) x cos beta = Mn / Ma

-         Paso de la helice:

             H = 3,1416 x Dp x cotg beta

-Modulo circular o aparente:

             Mc = Dp / Z = Mn / cos beta = Pc / 3,1416

-         Paso circular aparente:

              Pc = 3,1416 x (Dp / z ) = Mc x 3,1416 = Pc / cos beta

-         Paso axial:

             P.ax = H / Z = Pn / sen beta = Pc / tg beta

-         Numero de dientes:

             Z = Dp / Mc = Dp x cos beta / Mn

Los demás datos tales como adendum, dedendum y distancia entre centros, son los mismos valores que los engranajes rectos.


ENGRANAJES CONICOS

Se fabrican a partir de un tronco de cono, formándose los dientes por fresado de su superficie exterior. Estos dientes pueden ser rectos, helicoidales o curvos. Esta familia de engranajes soluciona la transmisión entre ejes que se cortan y que se cruzan. Los datos de cálculos de estos engranajes están en prontuarios específicos de mecanizado.


ENGRANAJES CONICOS DE DIENTES RECTOS

Efectúan la transmisión de movimiento de ejes que se cortan en un mismo plano, generalmente en ángulo recto, por medio de superficies cónicas dentadas. Los dientes convergen en el punto de
intersección de los ejes. Son utilizados para efectuar reducción de velocidad con ejes en 90°. Estos engranajes generan más ruido que los engranajes cónicos helicoidales. Se utilizan en transmisiones antiguas y lentas. En la actualidad se usan muy poco




ENGRANAJE CONICO HELICOIDAL

Se utilizan para reducir la velocidad en un eje de 90°. La diferencia con el cónico recto es que posee una mayor superficie de contacto. Es de un funcionamiento relativamente silencioso. Además pueden transmitir el movimiento de ejes que se corten. Los datos constructivos de estos engranajes se encuentran en prontuarios técnicos de mecanizado. Se mecanizan en fresadoras especiales


ENGRANAJE CONICO HIPOIDE

Un engranaje hipoide es un grupo de engranajes cónicos helicoidales formados por un piñón reductor de pocos dientes y una rueda de muchos dientes, que se instala principalmente en los vehículos industriales que tienen la tracción en los ejes traseros. Tiene la ventaja de ser muy adecuado para las carrocerías de tipo bajo, ganando así mucha estabilidad el vehículo. Por otra parte la disposición helicoidal del dentado permite un mayor contacto de los dientes del piñón con los de la corona, obteniéndose mayor robustez en la transmisión. Su mecanizado es muy complicado y se utilizan para ello máquinas talladoras especiales (Gleason)


TORNILLO SINFÍN Y CORONA

Es un mecanismo diseñado para transmitir grandes esfuerzos, y como reductores de velocidad aumentando la potencia de transmisión. Generalmente trabajan en ejes que se cortan a 90º.
Tiene la desventaja de no ser reversible el sentido de giro, sobre todo en grandes relaciones de transmisión y de consumir en rozamiento una parte importante de la potencia. En las construcciones de mayor calidad la corona está fabricada de bronce y el tornillo sin fin, de acero templado con el fin de reducir el rozamiento. Este mecanismo si transmite grandes esfuerzos es necesario que esté muy bien lubricado para matizar los desgastes por fricción.


MECANIZADO DE CORONAS Y TORNILLOS SIN FIN:


El mecanizado de las coronas de engranaje de tornillo sin fin se puede realizar por medio de fresas normales o por fresas madre. El diámetro de la fresa debe coincidir con el diámetro primitivo del tornillo sin fin con la que engrane si se desea que el contacto sea lineal. El mecanizado del tornillo sin fin se puede hacer por medio de fresas biocónicas o fresas frontales. También se pueden mecanizar en el torno de forma similar al roscado de un tornillo. Para el mecanizado de tornillos sin fin glóbicos se utiliza el procedimiento de generación que tienen las máquinas Fellows.


ENGRANAJES INTERIORES

Los engranajes interiores o anulares son variaciones del engranaje recto en los que los dientes están tallados en la parte interior de un anillo o de una rueda con reborde, en vez de en el exterior. Los
engranajes interiores suelen ser impulsados por un piñón, un engranaje pequeño con pocos dientes. Este tipo de engrane mantiene el sentido de la velocidad angular. El tallado de estos engranajes se realiza mediante talladoras mortajadoras de generación.


MECANISMO DE CREMALLERA

El mecanismo de cremallera aplicado a los engranajes lo constituyen una barra con dientes la cual es considerada como un engranaje de diámetro infinito y un engranaje de diente recto de menor diámetro, y sirve para transformar un movimiento
de rotación del piñón en un movimiento lineal de la cremallera. Quizás la cremallera más conocida sea la que equipan los tornos para el desplazamiento del carro longitudinal.


ENGRANAJE LOCO O INTERMEDIO

En un engrane simple de un par de ruedas dentadas, el eje impulsor que se llama eje motor tiene un sentido de giro contrario al que tiene el eje conducido. Esto muchas veces en las máquinas no es conveniente que sea así, porque es necesario que los dos ejes giren en el mismo sentido. Para conseguir este objetivo se intercalan entre los dos engranajes un tercer engranaje que gira libre en un eje, y que lo único que hace es invertir el sentido de giro del eje conducido, porque la relación de transmisión no se altera en absoluto. Esta rueda intermedia hace las veces de motora y conducida y por lo tanto no altera la relación de transmisión. Un ejemplo de rueda o piñón intermedio lo constituye el mecanismo de
marcha atrás de los vehículos impulsados por motores de combustión interna, también montan engranajes locos los trenes de laminación de acero. Los piñones planetarios de los mecanismos
diferenciales también actúan como engranajes locos intermedios.

MECANISMO PIÑON CADENA

Este mecanismo es un método de transmisión muy utilizado porque permite transmitir un movimiento giratorio entre dos ejes paralelos, que estén bastante separados. Es el mecanismo de transmisión que utilizan las bicicletas, motos, y en muchas máquinas e instalaciones industriales. También se emplea en sustitución de los reductores de velocidad por poleas cuando lo importante sea evitar el deslizamiento entre la rueda conductora y el mecanismo de transmisión (en este caso una cadena). El mecanismo consta de una cadena sin fin (cerrada) cuyos eslabones engranan con ruedas dentadas (piñones) que están unidas a los ejes de los mecanismos conductor y conducido. Las cadenas empleadas en esta transmisión suelen tener libertad de movimiento solo en una dirección y tienen que engranar de manera muy precisa con los dientes de los piñones. Las partes básicas de las cadenas son: placa lateral, rodillo y pasador. Las ruedas dentadas suelen ser una placa de acero sin cubo (aunque también las hay de materiales
plásticos).

POLEAS DENTADAS

Para la transmisión entre dos ejes que estén separados a una distancia donde no sea económico o técnicamente imposible montar una transmisión por engranajes se recurre a un montaje con poleas dentadas que mantienen las mismas propiedades que los engranajes es decir, que evitan el patinamiento y mantienen exactitud en la relación de transmisión. Los datos más importantes de las poleas dentadas son:
Número de dientes, paso, y ancho de la polea  El paso es la distancia entre los centros de las ranuras y se mide en el círculo de paso de la polea. El círculo de paso de la polea dentada coincide con la línea de paso de la banda correspondiente.
Las poleas dentadas se fabrican en diversos  materiales tales como aluminio, acero y fundición.  Las poleas dentadas normalizadas se fabrican en los siguientes pasos en pulgadas: MXL: Mini Extra
Ligero (0.080"), XL: Extra Ligero (0.200"), L:
Ligero (0.375"), H: Pesado (0.500"), XH: Extra
Pesado (0.875") y XXH: Doble Extra Pesado
(1.250").

Los pasos métricos son los siguientes: T2,5 (Paso 2,5 mm), T5 (Paso 5 mm), T10 (Paso 10mm) y T20 (Paso 20 mm).


REPARACION 1ª ETAPA REDUCTOR

A- Realización plano de despiece.
B- Desmontado extracción de rodamientos y retenes.
C- Limpieza de elementos y repintado.
D- Identificación de elementos y medidas para realizar pedido.
E- Montaje, lubricación y comprobación.