UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA

FACULTAD DE INGENIERIAS

ESCUELA DE MECANICA

ENGRANAJES

Santiago Mena L.

Quito, a 2 de abril de 2012

TIPOS DE ENGRANES

ENGRANES RECTOS

Son engranes cilíndricos de dientes rectos y van limitados con el propio eje de la rueda dentada.

Se utiliza en transmisiones de ejes paralelos formando así lo que se conoce con el nombre de trenes de engranajes, se lo encuentra en cualquier tipo de máquina: relojes, juguetes, máquinas herramientas, etc.

Existen varios tipos que son:

Rectos exteriores o simplemente rectos:Es el tipo de engranaje más simple y corriente, generalmente, para velocidades medias

Interiores: Pueden ser con dentado recto, helicoidal o doble-helicoidal, son engranes de gran aplicación en los llamados trenes epiciclo dales o planetarios.

Helicoidales:Más silenciosos que los rectos. Se emplean siempre que se trata de velocidades elevadas. Necesitan cojinetes de empuje para contrarrestar la presión axial que originan.

Doble-helicoidales:Para las mismas aplicaciones que los helicoidales, con la ventaja sobre éstos de no producir empuje axial, debido a la inclinación doble en sentido contrario de sus dientes. Se les denomina también por el galicismo “áchevron”, que debe evitarse.

Helicoidales para ejes cruzados:Pueden transmitir rotaciones de ejes a cualquier ángulo, generalmente a 90°, para los cuales se emplean con ventaja los de tornillo-sin-fin, ya que los helicoidales tienen una capacidad de resistencia muy limitada y su aplicación se emplea exclusivamente a transmisiones muy ligeras (reguladores, etc.)

Cremallera:Rueda cilíndrica de diámetro infinito con dentado recto o helicoidal, Generalmente de sección rectangular.

ENGRANES CÓNICOS

Los engranajes cónicos, así llamados por su forma, tienen dientes rectos y se emplean para transmitir movimiento giratorio entre ejes no paralelos. Se utilizan para transmitir movimiento entre ejes perpendiculares, aunque también se fabrican formando ángulos diferentes a 90 grados.Se trata de ruedas dentadas en forma de troncos de cono, con dientes tallados en una de sus superficies laterales. Dichos dientes pueden ser rectos o curvos (hipoides), siendo estos últimos muy utilizados en sistemas de transmisión para automóviles. 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.

Cónico-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.

Cónico-helicoidales:Engranajes cónicos con dientes no rectos

Cónico-espirales:En los cónico-espirales, la curva del diente en la rueda-plana, depende del procedimiento o máquina de dentar, aplicándose en los casos de velocidades elevadas para evitar el ruido que producirían los cónico-rectos.

Cónico- hipoides:Para ejes que se cruzan, generalmente en ángulo recto, empleados principalmente en el puente trasero del automóvil y cuya situación de ejes permite la colocación de cojinetes en ambos lados del piñón.

De tornillo-sin-fin:Generalmente cilíndricos. Pueden considerarse derivados de los helicoidales para ejes cruzados, siendo el tornillo una rueda helicoidal de un solo diente (tornillo de un filete) o de varios (dos o más). La rueda puede ser helicoidal simple o especial para tornillo-sin-fin, en la que la superficie exterior y la de fondo del diente son concéntricas con las cilíndricas del tornillo.

ENGRANES 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 de90º como en un engranaje recto. A veces se denominan de forma incorrecta engranajes en espiral los engranajes helicoidales empleados para transmitir rotación entre ejes no paralelos.

Ventajas del uso de engranajes

Presentan un comportamiento más silencioso que el de los dientes rectos usándolos entre ejes paralelos.

Poseen una mayor relación de contacto debido al efecto de traslape de los dientes.

Pueden transmitir mayores cargas a mayores velocidades debido al embonado gradual que poseen.

Desventajas de engranajes helicoidales

La principal desventaja de utilizar este tipo de engranaje, es la fuerza axial que este produce, para contrarrestar esta reacción se tiene que colocar una chumacera que soporte axialmente y transversalmente al árbol.

Existen varios tipos:

Engranajes Helicoidales de ejes paralelos:Se emplea para transmitir movimiento o fuerzas entre ejes paralelos, pueden ser considerados como compuesto por un número 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.

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.

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.

PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO

Sistema mecánico basado en ruedas dentadas que sirve para transmitir el movimiento de rotación de un eje a otro, invirtiendo eventualmente sentido o modificando su velocidad angular. Esos mismos efectos podrían obtenerse sin engranajes donde los árboles motor o conductor y receptor conducido son dos cilindros lisos que estar en contacto. Al girar en determinado sentido, el árbol motor transmite al árbol receptor un movimiento de sentido contrario. Por otra parte, la velocidad angular del segundo depende de la relación existente entre el diámetro de ambos. Si éste es igual, los dos darán el mismo número de vueltas por unidad de tiempo; pero si el cilindro receptor es mayor o menor, su velocidad será respectivamente inferior o superior a la del cilindro motor. Concretamente la relación entre las velocidades es constante e igual a la razón inversa de los radios, lo cual se expresa matemáticamente diciendo que si el cilindro de radio r1 gira a N1 revoluciones por minuto, la velocidad del cilindro de radio r2 será de N2 revoluciones de modo que el producto de 2r1 por N1 sea igual al de 2r2 por N2

En realidad, esa transmisión de movimiento entre ruedas de fricción es rara vez usada, pues, por muchas precauciones que se adopten en -forrándolas, por ejemplo, con caucho para aumentar la adherencia-, se produce inevitablemente un patinaje de la rueda motriz sobre la rueda receptora cada vez que la carga supera la resistencia al deslizamiento de las superficies en contacto. Dicho llanamente, los dientes de las ruedas dentadas constituyen algo así como grandes asperezas que, al encajar en sendas depresiones de la rueda opuesta, impiden ese deslizamiento.

En una rueda de engranaje cabe distinguir tres diámetros: el diámetro primitivo no es sino el que tendrían los correspondientes cilindros o ruedas de fricción (sin dientes); el diámetro interior, de fondo o de pie, menor que el anterior, corresponde a la base de los dientes; el diámetro exterior o de cabeza, el mayor de los tres, es el que circunscribe los dientes. A esos diámetros corresponden otras tantas circunferencias designadas con los mismos adjetivos (circunferencia primitiva, de fondo, etc.). La parte periférica de las ruedas en la cual han sido entallados los dientes constituye la llanta. Los dientes constan de un pie, que es su parte más ancha comprendida entre las circunferencias interior y primitiva, y de una cabeza, incluida entre las conferencias primitiva y exterior. La superficie del diente situada dentro de la entalladura o entrediente se llama flanco.

NOMENCLATURA

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: s 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 dienteEs el grosor del diente en la zona de contacto, o sea, del diámetro primitivo.

Número de dientes:

Es el número de dientes que tiene el engranaje. Se simboliza como . 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 diámetro 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:

PROCEDIMENTO DE FABRICACIÓN

Pueden obtenerse por moldeo o por talla de muy variadas materias: aceros especiales, hierro colado, bronce, latón, aleaciones de aluminio, nailon, madera e incluso tejidos y papeles baquelizados bajo presión. Los que se obtienen vaciando metal en moldes apropiados son menos costosos, pero, al carecer de precisión, requieren ser montados con mucho juego y son, por ende, ruidosos. Sólo convienen para maquinaria agrícola, grúas y otros mecanismos en los que funcionan a velocidades moderadas.

La talla de las ruedas dentadas se efectúa con máquinas especiales y a veces son simples fresadoras de cabezal divisor. Con la fresadora, los mejores resultados se obtienen, no ya con la fresa de perfil constante, sino con otra en forma de tornillo sin fin poliroscado y varias veces interrumpido para formar otros tantos filos cortantes. Esa fresa de rodadura gira sobre su eje horizontal y sus dientes atacan al contradentado de la rueda a labrar que gira sobre un eje vertical. En la talla por generación el útil consiste en un peine cuyos

dientes cortantes labran la pieza merced a un movimiento alternativo de traslación paralelo al eje de la pieza. Como ésta gira al mismo tiempo, el movimiento relativo de la herramienta y el de la rueda que se labra es semejante al de un engranaje de piñón y cremallera. En otros casos el útil actúa mortajadora y sus dientes cortantes van ahondando más y más las entredientes de la pieza a medida que el eje de ésta y el de la herramienta se van acercando.

Maquinas para la fabricación de engranes:

Dentadoras Pfauter:Para tallar engranajes cilíndricos, rectos o helicoidales y coronas.

Dentadoras - Mortajadoras Fellows:Para tallar engranajes cilíndricos, rectos o helicoidales, con dentado exterior o interior.

Dentadoras - Mortajadoras Maag:Para tallar engranajes cilíndricos, rectos o helicoidales, con dentado exterior.

Dentadoras Bilgram:Para tallar engranajes cónicos rectos.

Dentadoras Gleason:Para tallar engranajes cónicos helicoidales o espiroidales.

Afeitadoras Fellows y rectificadoras Maag:Para el acabado de los flancos de los dientes o helicoidales de engranajes exteriores.

MATERIALES

Los materiales usados para engranajes es de consideración las cargas axiales y flexionantes generadas en los engranajes para la selección de los materiales.

GRUPO DE MATERIAL DENOMINACIÓN SEGÚN DIN

Fundición LaminarDIN 1691

GG 20

GG 26

GG 35

Fundicón LobularDIN 1693

GGG 42

GGG 60

GGG 80

GGG 100

FundicIón GrisDIN 1692

GTS 35

GTS 65

Acero FundidoDIN 1681

GS 52

GS 60

Acero de ConstrucciónSIN 17100

St 42

St 50

St 60

St 70

Acero BonificadoDIN 17200

Ck 22

Ck 45

Ck 60

34 Cr 4

37 Cr 4

42 Cr Mo 4

34 Cr Ni Mo 6

Acero BonificadoDIN 17100

(endurecido por inducción)

Ck 45

37 Cr 4

42 Cr Mo 4

Acero BonificadoDIN 17200(nitrurado)

Ck 45

42 Cr Mo 4

42 Cr Mo 4

Acero de Nitruración 31 Cr Mo V 9

Acero de Cementación

C 15

16 Mn Cr 5

20 Mn Cr 5

20 Mo Cr 4

15 Cr Ni 6

18 Cr Ni 8

17 Cr Ni Mo 6

Sintético

DuroplastTejido Duro grueso

tejido duro fino

TRATAMIENTOS TERMICOS

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 depuse de una o mas 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 1000º F (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 lata 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 profunda, es por medio de una flama oxciacetilénica 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.

CONCLUSIONES

Pueden obtenerse por moldeo o por talla de muy variadas materias: aceros especiales, hierro colado, bronce, latón, aleaciones de aluminio, nailon, madera e incluso tejidos y papeles baquelizados bajo presión.

Los engranajes dependiendo desu forma, tienen dientes rectos y se emplean para transmitir movimiento giratorio entre ejes no paralelos. Se utilizan para transmitir movimiento entre ejes perpendiculares, aunque también se fabrican formando ángulos diferentes a 90 grados.

RECOMENDACIONES

Todo los engranes sin importar tipos ni materiales tendrán mayores probabilidades de una larga vida útil si se les lubrica en forma adecuada. La lubricación de los engranajes es un requisito básico del diseño tan importante como la resistencia o la durabilidad superficial de los dientes de los engranajes.

No sobre cargarlos más de lo que fueron diseñados, puede poner en riesgo el funcionamiento óptimo de la máquina, y en ocasiones puede dañarla.

BIBLIOGRAFIA

MANUAL DE ENGRANAJES, DARLE W. DUDLEY ELEMENTOS DE MAQUINAS, SHIGLEY FUNDAMENTOS TÉCNICOS DE MECÁNICA, PUBLICACIONES DEL

COLEGIO TÉCNICO DON BOSCO-QUITO http://www.espacioprofundo.com.ar/foros/about2084.html http://138.100.100.254/index/departamentos/mecanica/Tablas%20de

%20Engranajes.pdf