ENGRANAJES

1. TRENES DE ENGRANAJES RECTOS, HELICOIDALES Y CONICOS

Los Engranajes Rectos: Transmiten movimiento giratorio entre dos ejes paralelos. En un engranaje sencillo, el eje impulsado gira en sentido opuesto al eje impulsor. Si se desea que ambos ejes giren en el mismo sentido se introduce una rueda dentada denominada 'rueda loca' entre el engranaje impulsor o motor y el impulsado. La rueda loca gira en sentido opuesto al eje impulsor, por lo que mueve al engranaje impulsado en el mismo sentido que éste. En cualquier sistema de engranajes, la velocidad del eje impulsado depende del número de dientes de cada engranaje. Un engranaje con 10 dientes movido por un engranaje con 20 dientes girará dos veces más rápido que el engranaje impulsor, mientras que un engranaje de 20 dientes impulsado por uno de 10 se moverá la mitad de rápido. Empleando un tren de varios engranajes puede variarse la relación de velocidades dentro de unos límites muy amplios.

Los engranajes cónicos, así llamados por su forma, tienen dientes rectos y se emplean para transmitir movimiento giratorio entre ejes no paralelos.

Los engranajes helicoidales, los dientes de éstos 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. Los engranajes hipoides son engranajes cónicos helicoidales utilizados cuando los ejes son perpendiculares pero no están en un mismo plano. Una de las aplicaciones más corrientes del engranaje hipoide es para conectar el árbol de la transmisión con las ruedas en los automóviles de tracción trasera.

2. FUERZAS EN LOS DIENTES DE LOS DISTINTOS TIPOS DE ENGRANAJE

Dientes de engranaje recto

FUERZAS GENERADAS

Fuerza Tangencial:

Ft = Mt / R

Fuerza Radial:

Fr = Ft Tag a

a, ángulo de contacto.

Valor habitual, a=20º

Dientes de engranaje Helicoidal

FUERZAS GENERADAS

Fuerza Tangencial:

Ft = Mt / Ra

Fuerza Radial:

Fr = Ft Tg aa

Tg aa = Tg a / Cos ba

Fuerza axial:

Fr = Ft Tg ba

Dientes de engranaje cónicos

FUERZAS GENERADAS

Fuerza Tangencial:

Ft = Mt / Rmedio

Fuerza Radial:

Fr = Ft Tg a Cos q

Fuerza axial:

Fr = Ft Tg a Sen q

3. ESTUDIO DEL FENÓMENO DE CORROSIÓN Y EL DESGASTE DE LOS DIENTES DE LOS DIFERENTES TIPOS DE ENGRANAJE

DESGASTE:

Consiste en la evacuación y desplazamiento del material de la superficie envolvente del diente debido a una acción mecánica, química o eléctrica.

ADHESIÓN:

La adhesión es causada por el desplazamiento desde una superficie del diente a otra debido a una microsoldadura y posterior desgarramiento. Se restringe únicamente a capas superficiales y capas de oxido.

ABRASIÓN:

Es el desplazamiento de material debido a la presencia de partículas duras, como pueden ser viruta, cascarilla, partículas e oxido, arena o polvo abrasivo, suspendidas en el lubricante o incrustadas en los flancos de los engranajes.

CORROSIÓN:

La corrosión es una reacción química o electroquímica entre la superficie del engranaje y el medio ambiente. Las caras aparecen manchadas y corroídas, cubiertas por partículas de oxido rojizas depositadas. Si las partículas sueltas de corrosión son removidas se podrán revelar los pequeños cráteres que hay debajo. Normalmente la corrosión ataca a la superficie entera y puede proceder intergranularmente atacando los bordes de los granos de las superficies del diente.

SCUFFING:

Es una especie de severa adhesión que causa la transmisión de metal desde un diente a otro debido a la soldadura y desgarramiento. Las áreas parecen tener una textura mate, sin brillo. El defecto ocurre normalmente en el fondo y extremo del diente, lejos del círculo primitivo, y se presenta como estrechas bandas que están orientadas en la dirección de deslizamiento. Si miramos en el microscopio, la superficie presenta un aspecto rugoso y deformado plásticamente.

DEFORMACION PLASTICA:

La deformación plástica es una deformación permanente que ocurre cuando el esfuerzo supera el límite de esfuerzo elástico del material. Puede ocurrir en la superficie o en el interior del engrane.

INDENTACIÓN:

Los flancos activos del engrane pueden ser dañadas por indentación causado por partículas extrañas (no propias) que son retenidas entre los dientes que están engranando.

RODADURA:

La deformación plástica puede ocurrir en los flancos activos del engrane debido a los grandes esfuerzos de contacto en rodadura y deslizamiento del engrane. El desplazamiento de material de la superficie puede formar una hendidura a lo largo del circulo primitivo y también rebabas en las crestas y valles del engrane conductor.

MARTILLEO:

Los impactos de las vibraciones con contactos intermitentes producen el aplastamiento de las superficies. El defecto consiste en surcos pocos profundos en los flancos activos.

ONDULACIONES:

Consiste en deformaciones periódicas con forma de olas. Las crestas de las olas van perpendicularmente a la dirección de deslizamiento. Ocurre normalmente cuando soportan grandes esfuerzos en condiciones de lubricantes extremas.

APLASTAMIENTO DE RAÍCES:

Los engranes pueden quedar permanente curvados si el esfuerzo de torsión en las raíces de los dientes supera el campo de la resistencia del material lo que produce una ligera variación del espacio entre dientes. Consecuentemente el engrane se puede romper.

FATIGA:

Un esfuerzo continuo puede causar que se agriete la superficie y que se desprendan fragmentos de material

AGRIETAMIENTO POR FATIGA:

Son grietas que avanzan bajo la influencia de esfuerzos cíclicos y alternativos que están por debajo de la tensión de resistencia del material.

FRACTURA:

Cuando un engrane esta sobrecargado, se puede romper por deformación plástica o por fractura. Los defectos por fatiga culminan en fractura cuando las grietas creadas por fatiga crezcan en un punto donde la sección del diente que falta hasta el extremo no puede soportar la carga. En este caso, la parte exterior esta sobrecargada. Sin embargo, la fractura es un defecto secundario que es causado por el agrietamiento por fatiga.

4. SELECCIÓN DE MATERIALES Y DIFERENTES TIPOS DE TRATAMIENTOS TÉRMICOS A QUE DEBEN SER SOMETIDOS ESTOS, PARA LA FABRICACIÓN DE ENGRANAJES

TRATAMIENTOS DE ENDURECIMIENTO:

La finalidad de estos tratamientos es obtener en la parte exterior de la pieza una capa, caracterizada por una dureza notablemente superior a la del núcleo.

Esto se puede obtener, haciendo penetrar en la pieza, desde el exterior y hasta la profundidad deseada, un determinado elemento químico, generalmente de Carbono o Nitrógeno. Otra posibilidad puede ser, realizar un temple localizado solamente sobre la zona exterior de la pieza.

CEMENTACIÓN CARBURANTE:

Consiste en efectuar un calentamiento prolongado de las piezas de acero a elevada temperatura en un ambiente capaz de suministrarle carbono. La finalidad, es obtener la dureza sólo en la capa exterior, manteniendo la tenacidad en el interior. La profundidad de la capa que queramos obtener esta en función de la duración del tratamiento y la velocidad de penetración.

Al tratamiento de cementación, siempre sigue un tratamiento térmico de temple. Mediante el cual se obtiene el endurecimiento de la capa exterior.

Las piezas que se someten a este tratamiento suelen ser de aceros de cementación, los cuales tienen bajo contenido en carbono (< 0.20% C). También, deben tener porcentajes mínimas de S y P. Los cuales obstaculizan absorción del carbono, dándole fragilidad. Los aceros pueden ser al carbono o aleados (cromo, níquel, molibdeno), los cuales tienen como finalidad, hacer más rápida la cementación, mejorar la templabilidad y las características mecánicas.

El intervalo de temperatura en el cual se realiza el temple es de 880 a 930°C. A mayores temperaturas, la velocidad de cementación será mayor, pero el inconveniente es el excesivo crecimiento de grano y el peligro de quemado del material. La temperatura debe ser superior al punto critico Ac3, para llevar el material a estructura totalmente austenitica, capaz de disolver el carbono que penetra desde el exterior.

CEMENTACIÓN EN CAJA:

Las piezas se colocan rodeadas de un material granular capaz de ceder carbono, en el interior de cajas apropiadas cerradas.

El mecanismo de penetración se realiza transformando el carbono (sólido) en óxido de carbono (gas). Este penetra en la capa exterior del material y reacciona con el hierro. El carbono se difunde gradualmente hacia el interior.

La caja se coloca en el horno a 500°C y es calentada gradualmente hasta alcanzar la temperatura de cementación prevista. La cementación comienza cuando las piezas han llegado a la temperatura deseada. La velocidad con la que se difunde el carbono hacia el interior depende de la mezcla cementante y la temperatura. La velocidad de penetración suele

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