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sábado, 7 de agosto de 2010

TRENES DE ENGRANAJES

Mecanismo formado por varios pares de engrane acoplados de tal forma que el elemento conducido de uno de ellos es el conductor del Siguiente.

Suele definirse como aquella cadena cinemática formada por varias ruedas que ruedan sin deslizar entre sí; o bien como cualquier sistema de ejes y ruedas dentadas que incluya más de dos ruedas.


TRENES DE ENGRANAJES COMUNES Y EPICICLOIDALES

A disposición de engranajes cilíndricos de dientes rectos que consta de uno o más engranajes pequeños, plane­tarios, los cuáles se mueven por el exterior de un L engra­naje central que al mismo tiempo se mueve por el interior de otro engranaje anular, se llama sistema planetario o epicicloidal (un anular o anillo es un engranaje cilíndrico de dientes rectos internos, es decir, con los dientes apun­tando hacia el centro del anillo en vez de por la parte de fuera). El dispositivo epicicloidal permite disponer de más de una relación de transmisión sin necesidad de engranar y desengranar piñones, bloqueando el movimiento de cier­tos elementos. Es de uso común en bicicletas, transmisio­nes automáticas, etc.


Utilidad

Transmitir un movimiento giratorio entre dos ejes, consiguiendo disminuciones o aumentos significativos de la velocidad; también permite mantener o invertir el sentido de giro.


Este tipo de transmisiones se usa mucho como reductor de velocidad en la industria (máquinas, herramientas, robótica, grúas...), en la mayoría de los electrodomésticos (vídeos, cassetes, tocadiscos, programadores de lavadora, máquinas de coser, batidoras, exprimidores...), en automoción (para las cajas de cambio de marchas)... y en general en cualquier máquina que precise transmitir elevadas potencias con reducciones de velocidad importante.

Descripción

El elemento principal de este mecanismo es la rueda dentada doble, que consiste en dos engranajes de igual paso, pero diferente número de dientes, unidos entre sí. En la figura podemos ver una rueda de Za=16 dientes y otra de Zb=8 dientes unidas al mismo eje mediante una chaveta.



El sistema completo se construye con varias ruedas dentadas dobles unidas en cadena, de tal forma que en cada rueda doble una hace de conducida de la anterior y otra de conductora de la siguiente. Según cual se elija como conductora o como conducida tendremos un reductor o un amplificador de velocidad.



En este mecanismo las velocidades de giro de los sucesivos ejes (N1, N2, N3 y N4) se van reduciendo a medida que se engrana una rueda de menor número de dientes (conductor con Zb dientes) con una de mayor número (conducida con Za dientes).


Si el engrane se produce desde una rueda de mayor número de dientes a una de menor número, obtendremos un aumento de velocidad.

Características


Si suponemos un sistema técnico formado por tres tramos en el que el eje motriz gira a la velocidad N1, por cada grupo montado se producirá una reducción de velocidad que estará en la misma proporción que los diámetros de las poleas engranadas. Si suponemos que el número de dientes de cada una de las ruedas no son iguales, se cumplirán las siguientes relaciones:



N2=N1·(Za/Zb); N3=N2·(Zc/Zd); N4=N3·(Ze/Zf)



Por tanto, en este caso tendremos que la velocidad del eje útil respecto a la del eje motriz será:


N4=N1·(Za/Zb)·(Zc·Zd)·(Ze·Zf)

Luego:


La relación de transmisión de este sistema se calcula multiplicando entre sí las diferentes relaciones que la forman:



En el caso de que se empleen ruedas dentadas dobles iguales para construir el tren de engranajes, se cumplirá: Za=Zc=Ze y Zb=Zd=Zf, con lo que tendremos, para un sistema de tres tramos:

Velocidad del eje de salida:


Relación de transmisión:


Tipos de Trenes de Engranajes



Tren de engranajes simple

El mecanismo consta de tres o más ruedas dentadas que engranan. La relación de transmisión viene dada por las características de las ruedas motriz y conducida, y no se ve afectada por la presencia de las ruedas intermedias (ruedas locas)

La función de las ruedas intermedias suele limitarse a invertir el sentido de giro de la rueda conducida.



Tren de engranajes compuesto

El tren de engranajes compuesto está formado, como mínimo, por una rueda dentada doble. La rueda dentada doble consta de dos ruedas dentadas de distinto tamaño que están unidas y, por tanto, giran a la misma velocidad.

En el tren de la figura los dos engranajes son idénticos (rueda pequeña de 10 dientes y rueda grande de 20) las relaciones de transmisión simple también lo son.

La relación de transmisión global del tren se obtiene multiplicando las dos relaciones de transmisión simples.




Tren reductor compacto

Este mecanismo se usa para proporcionar un reductor que ocupe poco espacio. Esto se consigue colocando ruedas dentadas dobles que giran libremente alrededor de sus ejes. Un mismo eje puede usarse para albergar varias de estas ruedas dentadas dobles, por lo que el espacio desperdiciado es mínimo.

En el mecanismo de la figura, cada uno de los dos ejes intermedios alberga tres ruedas dentadas dobles. Se producen un total de 7 engranajes reductores con idéntica relación de transmisión (ya que todas las ruedas dentadas dobles son iguales). La velocidad de giro del árbol conducido resulta ser de sólo 3,9 rpm, en comparación con las 500 rpm a las que gira el motor.



Tren planetario o epicicloidal: al menos uno de sus ejes no está fijo en el espacio. Determinan relaciones lineales entre la velocidad de tres o más ejes


¿Qué se requiere para que dos ruedas dentadas puedan engranar entre sí?

Para que dos o más ruedas dentadas puedan engranar entre sí, es necesario que tengan el mismo Paso Circular, y que el perfil de sus dientes mantenga determinada relación. Esto es precisamente, lo constituye el problema del corte y el trazado de los dientes de engrane.



CINEMÁTICA

El movimiento en los engranes se ve influenciado por el efecto dinámico, cuando en un engrane o par de engranes funcionan a velocidades moderadas o altas y se genera ruido, es seguro que existe este tipo de efecto. El factor dinámico se toma en cuenta para medir imprecisiones en la manufactura y embone de dientes de engranes en acción; el error de transmisión es la desviación respecto de la velocidad angular uniforme en el par de engranes.

Algunos de los efectos que produce este tipo de error son:

Vibración de los dientes durante el embone conexión debida a la rapidez o inflexibilidad de los dientes.

Magnitud de la velocidad en la línea de paso.

Desequilibrio de los elementos giratorios o rotatorios.

Fricción entre los dientes

Desgaste y deformación permanente de las partes de contacto de los dientes.



ESFUERZOS PERMISIBLES

Dado que ambos modos de falla de los engranajes implican cargas por fatigas, se requiere información sobre la resistencia a la fatiga de los materiales, tanto para esfuerzos a flexión como para esfuerzos por contacto superficial. Los datos de prueba para resistencia a la fatiga de la mayor parte de los materiales para engranajes han sido compilados por AGMA.

AGMA se refiere a las resistencias del material como esfuerzos permisibles; lo que no es consistente con nuestro procedimiento de reservar el término esfuerzos a los resultados de cargas aplicadas, y manejar el término resistencia para referirnos a propiedades del material.


PRINCIPIOS FUNDAMENTALES DE LOS ENGRANAJES. (2 parte)

FORMADO DE LOS DIENTES DE ENGRANAJES

El formado de los dientes del engranaje se realiza por varios procedimientos, entre los cuales se encuentran: colado en arena, moldeo en cáscara, fundición por revestimiento, colada en molde permanente, colada en matriz, fundición centrífuga.


También puede fabricarse por Pulvimetalurgia (metalurgia de polvos) o bien formarse primero por extrusión y luego rebanar con cortadores formadores y generadores.


Unos de los métodos más usados es el "formado en frío" en el que unas matrices o dados ruedan sobre cuerpos de engranajes para formar los dientes, en este caso las propiedades del metal mejoran grandemente, además generan un perfil de buena calidad.


Los dientes de los engranajes se maquinan por fresado, cepillado o formado con sinfín y pueden ser acabados por cepillado, bruñido, esmerilado o pulido con rueda.



Tratamientos




Los tratamientos que se les practican a los engranajes se dan principalmente en los dientes, los más comunes son:


Carburizado(a): Es uno de los métodos más ampliamente usados para el endurecimiento superficial de los dientes, el engrane cortado se coloca en un medio carburizante y se calienta, la capa superficial de los dientes del engranaje absorbe el carbono (difusión) y después de una o más horas de mantenerlo a temperatura elevada, el carbono ha penetrado para dar la profundidad de endurecido requerida.


Nitrurado(a): Es un procedimiento de endurecimiento superficial que se aplica a los engranajes de acero aleado el engranaje a nitrurar recibe un tratamiento de bonificado para darle un endurecimiento promedio. Las zona que no van a ser nitruradas deben ser cubiertas con placas de cobre u otro material adecuado, después se coloca en el horno de nitruración calentándolo a 1000ºF (538ºC). El nitrurado se efectúa mediante gas de amoniaco que se descompone en nitrógeno atómico e hidrogeno sobre la superficie del acero.

El nitrógeno atómico penetra lentamente en la superficie del hacer y se combina con otros elementos, para formar nitruros de extraordinaria dureza. Un acero con aleación de exclusivamente de carbono no puede ser nitrurado con éxito.


Endurecimiento por inducción (b,c): El engrane es endurecido superficialmente por medio de corrientes alternas de alta frecuencia. El proceso consiste en enrollar una bobina de inducción alrededor de la pieza, generalmente la pieza es girada dentro de la bobina, en pocos segundos los dientes son llevados por encima de la temperatura crítica (de un color rojo intenso), después de este proceso el engranaje es retirado de la bobina y se le da un temple controlado por medio de un baño de rocío aplicado por un rociador anula o se le sumerge en un baño agitado. Antes del endurecimiento por inducción el disco del engranaje se trata térmicamente.


Endurecido con flama (d): Proporciona un endurecimiento poco profundo, es por medio de una flama oxiacetilénica empleando quemadores especiales. Para obtener un calentamiento uniforme generalmente se hace girar el engranaje en la flama. El engranaje es semiendurecido y los dientes se rebajan y se les da el acabado final antes de endurecerlos.