Engranajes Rectos

Engranajes Rectos

Tipo - Recto

Funcionamiento suave y silencioso

Capacidad de carga superior

Utilizados en aplicaciones que requieren alta velocidad de rotación y un buen comportamiento en funcionamiento de demanda de torque

Materiales utilizados: MS, aleación de acero y de acero al carbono.

Norma Internacional: ASTM, BS, ES, AISI, SAE.

Muy duradero y resistente a la corrosión.

Maquinado de precisión.

Operación suave.

Livianos.

Resistente a los golpes.

Proporciona una velocidad positiva constante.

Engranajes rectos externos he internos.

MÁQUINAS PARA LA FABRICACIÓN DE ENGRANAJES

Se distinguen los siguientes tipos básicos:

• Dentadoras Pfauter:

Para tallar engranajes cilíndricos, rectos o helicoidales y coronas.

.1 Materiales

Los materiales usados para engranajes helicoidales son los mismos que se usan para los demás tipos, 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 Laminar

DIN 1691 GG 20

GG 26

GG 35

Fundicón Lobular

DIN 1693 GGG 42

GGG 60

GGG 80

GGG 100

FundicIón Gris

DIN 1692 GTS 35

GTS 65

Acero Fundido

DIN 1681 GS 52

GS 60

Acero de Construcción

SIN 17100 St 42

St 50

St 60

St 70

Acero Bonificado

DIN 17200 Ck 22

Ck 45

Ck 60

34 Cr 4

37 Cr 4

42 Cr Mo 4

34 Cr Ni Mo 6

Acero Bonificado

DIN 17100

(endurecido por inducción)

Ck 45

37 Cr 4

42 Cr Mo 4

Acero Bonificado

DIN 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

Duroplast Tejido Duro grueso

tejido duro fino

2.2 Proceso de fabricación

El proceso de fabricación esta basado en la generación del diente del engranaje a partir del diámetro exterior del mismo.

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 son 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 maquina por fresado, cepillado o formado con sinfín y pueden ser acabados por cepillado, bruñido, esmerilado o pulido con rueda.

2.3 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 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 ys e 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

• Fuerzas sobre el diente

• En el engrane de dos engranajes cilíndricos (Fig.4.27), o engranaje y cremallera (Fig.4.28), si bien están en contacto por lo general dos o tres dientes, se considera que la fuerza ejercida por la rueda motora sobre la conducida se realiza a través de un solo diente. Esta fuerza Fn tiene la dirección de la recta de presión, formando el ángulo  con la tangente a las circunferencias primitivas y está aplicada en el punto O de contacto de ambos dientes. La misma puede descomponerse por lo general en tres componentes, una fuerza tangencial Ft, que es la fuerza que produce el movimiento rotativo, una fuerza radial Fr y una fuerza axial Fa, soportadas ambas por los órganos de sujeción del engranaje, siendo la última de ellas nula en los engranajes rectos, como es el caso que se analiza. Del sistema de fuerzas indicados en la figura (Fig.4.27), aplicado en el punto O, Fn es la resultante solo de Ft y Fr para dientes rectos, siendo normal a la tangente que pasa por el punto O de contacto de los dos dientes y tiene además la dirección de la recta de presión.

• La potencia transmitida tangencialmente al movimiento de giro por la rueda motora a la conducida es N, siendo n la velocidad de rotación en vueltas por minuto (rpm). Para el radio primitivo R, la velocidad tangencial v del punto O de contacto de los dientes sobre el radio primitivo, según la (4.8) y la (4.10) resulta:

• v = ω.R = (4.28)

•

• La potencia N en la dirección tangencial del movimiento es:

• N = Ft .v = (4.29)

•

• De la (4.29) se obtiene:

• (4.30)

•

• Por otra parte resulta, según la figura (F.4.27):

• a) y b) Fr = Ft tg α (4.31)

•

• Por lo tanto, reemplazando en la (4.31) el valor de Ft dado por la (4.30) se obtiene:

•

• a) y b) (4.32)

•

• El momento de rotación será:

• M = Ft.R (4.33)

•

• Para N en vatios, v en m/s y R en metros resultan Ft, Fr y Fn en Newton y M en Newton-metro, estando sus valores dados por las expresiones anteriores. Para N en CV, R en centímetros y v en m/s resultan Ft, Fr y Fn en kg y M en Kgcm, y las expresiones anteriores se escriben:

•

• a) y b) (4.34)

•

• Reemplazando el valor de v dado por la (4.34a) en la (4.34b) resulta:

•

• (4.35)

•

• Y el momento de rotación:

• (4.36)

• Siendo:

• a) b) c) (4.37)

•

• Concentración de tensiones

• Debido a que, en el entalle de la unión de la raíz del diente con la llanta, existe concentración de tensiones, que dependen del material del engranaje, del espesor del diente en la raíz, de la posición de la fuerza sobre el diente, del radio de entalle o acordamiento y del ángulo de presión, hace que la tensión real a la cual está sometido el material sea mayor que la que resulta de considerar las fuerzas estáticas y dinámicas.

• Si se considera que la fuerza Fn que soporta el diente se descompone, según se indica en la figura (Fig.4.36), en las fuerzas Ft y Fr tangencial y radial respectivamente, aparecerán en los puntos V y E tensiones debido tanto al momento flector que produce la fuerza Ft como a la compresión que produce la fuerza Fr, dependiendo el valor de estas tensiones del momento de inercia I de la sección e’b en la raíz del diente, de la compresión Fr/e’b y del momento flector Mf, las cuales tendrán una forma similar a las que se muestran en la figura (Fig.4.37), correspondiendo

• (4.113)

• para la tensión unitaria a la flexión debida al momento flector Ft.h, y

• (4.114)

• la tensión unitaria a la compresión debida a la fuerza Fr.

• Para contrarrestar los efectos de éstas tensiones, se incrementa la fuerza Fd dada por la (4.112), con un coeficiente , de tal forma que el esfuerzo unitario de trabajo a la flexión d resulte menor que el esfuerzo unitario a la fatiga alternativa a:

•

• (4.115)

• El coeficiente  de concentración de tensiones está dado por las siguientes expresiones:

•

• para 14º30’ (4.116)

•

• para  20º (4.117)

•

• Límites de fatiga para materiales de engranajes

Materiales Número de dureza Brinell Límite de fatiga alternativa

sfa (kg/cm2) Límite de fatiga superficial

sfs (kg/cm2)

Fundición gris de hierro……………………..................

Semiacero........................................................................

Bronce fosforoso............................................................. 160

200

100 840

1260

1680 6300

6300

6300

Acero................................................................................

Para acero: .....................................................................

sfa = 17,5 ´ Número Brinell .........................................

Para número Brinell 400 ...............................................

Y para mayores usar:.......................................................

sfa =7000 ........................................................................

sfs = 28 ´ Número Brinell...............................................

¾ 700 ............................................................ 150

200

240

250

280

300

320

350

360

400

450

500

550

600 2520

3500

4200

4340

4900

5250

5600

5950

6300

7000

3500

4900

6020

6300

7140

7700

8260

9100

9380

10500

11900

13300

14700

16100

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• DENTADORAS ALTA VELOCIDAD

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