INSTITUTO TECNOLOGICO DE SALINA CRUZ

MECANISMOS

INVESTIGACION DEL TEMA 4.3 ESTANDARIZACIN Y NORMALIZACIN DE ENGRANES

CATEDRATICO:ING. ORLANDO VILLANUEVA FIGUEROAALUMNO: INGENIERIA MECANICA

5B1

AGOSTO-DICIEMBRE 2014

INTRODUCCIONEl engranaje son ruedas dentadas al mecanismo utilizado para transmitir potencia de un componente a otro dentro de una mquina. Los engranajes estn formados pordos ruedas dentadas, de las cuales la mayor se denomina 'corona' y la menor'pin'. Un engranaje sirve para transmitir movimiento circular mediante contacto de ruedas dentadas. Una de las aplicaciones ms importantes de los engranajes es la transmisin del movimiento desde el eje de una fuente de energa, como puede ser un motor de combustin interna o un motor elctrico, hasta otro eje situado a cierta distancia y que ha de realizar un trabajo.

OBJETIVOEl objetivo de la presente investigacin es analizar la estandarizacin de engranes y como a partir de unos cuantos datos es posible determinar la informacin necesaria para estudiar la involutometria de un engrane o la relacin de contacto y los ngulos de aproximacin y receso de los engranes.

SISTEMAS NORMALIZADOS UTILIZADOS PARA LA FABRICACIN DE ENGRANES (CON PERFILES A EVOLVENTE DE CRCULO)

Todas las expresiones vistas son para dientes normales y de uso ms generalizado. Sin embargo existen, aunque no varen fundamentalmente el clculo, otros sistemas desarrollados por diferentes firmas que presentan caractersticas especiales, ya sea para darle mayor resistencia al diente o lograr engranes en condiciones especiales. Debido a la gran cantidad de proporciones de dientes, y a los efectos de permitir la intercambiabilidad, se normalizaron los mismos en base a un nmero limitado de dientes. En los distintos pases se han establecido sistemas normales para diferentes tipos de engranes, como por ejemplo la norma de la Asociacin Americana de Fabricantes de Engranajes (AGMA) y Asociacin Americana de Normas (ASA) en los Estados Unidos, la Comisin de Normalizacin Alemana (DIN), Comit de Normalizacin Francs (C.N.M.), especificaciones etc. Estos sistemas establecen las relaciones entre la altura de la cabeza del diente, la altura del pi del diente, el ngulo de presin, el espesor del diente, etc. A continuacin se vern los parmetros caractersticos de los principales sistemas, los cuales se indican en la figura (Fig.4.29) en forma genrica, dndose para cada caso particular del sistema que se mencione, el valor de cada uno de ellos, segn corresponda.

Sistema Brown Sharpe

Por lo general este sistema est asociado al uso del sistema mtrico decimal, estableciendo la proporcionalidad del engranaje en funcin del mdulo, estando tabulados hasta el mdulo 20 al que le corresponde una altura del diente de 43,32 mm. Sus parmetros principales son:

ngulo de presin: a =15 (4.38)Espesor del diente: e = pc= 1,57 M = V (vaco entre dientes) (4.35)

No presenta juego lateral en el engrane por no admitirse el mismo en todos los dientes normalizados.

Altura de la cabeza del diente: a = M (4.36)Altura del pi del diente: d = 7/6M = 1,166M (4.37)

Esta altura es mayor que la de la cabeza para que exista juego entre esta ltima y el fondo del engranaje.

Altura total del diente: h = a + d =2,166M (4.38)Dimetro primitivo: Dp = z.M (4.39)Dimetro exterior: De = Dp +2a = z.M + 2M = M(z + 2) (4.40)Dimetro interior: Di = Dp 2d = Dp -21,1666M = Dp 2,332M = M(z 2,332) (4.41)

El mdulo se lo puede obtener en funcin del dimetro exterior y del nmero de dientes de la (4.40) por traspaso de trminos:

Juego radial: J = 0,166M (4.43)Adems, de la (4.37) y de la (4.43) resulta que es:h J = 2M (4.44)

Sistema Fellows normalizado

Este sistema utiliza el mismo valor del ngulo de presin que el usado para el clculo normal de engranajes, segn las frmulas vistas anteriormente, pero variando la altura del diente.

ngulo de presin: a = 1430 (4.45)Espesor del diente: e = pc= 1,57 M = V (vaco entre dientes) (4.46)Altura de la cabeza del diente: a = M (4.47)Altura del pi del diente: d = 5/4M = 1,25M (4.48)Este sistema tambin presenta la altura del pi del diente mayor que la altura de la cabeza para que exista juego entre esta ltima y el fondo del engranaje.

Altura total del diente: h = a + d = 2,25M (4.49)Dimetro primitivo: Dp = z.M (4.50)Dimetro exterior: De = Dp +2a = z.M + 2M = M(z + 2) (4.51)Dimetro interior: Di = Dp 2d = Dp -21,25M = z.M 2,5M = M(z 2,5) (4.52)

El mdulo M se lo puede obtener de la (4.51) en funcin del dimetro exterior y el nmero de dientes, por traspaso de trminos:

Juego radial: J = 0,25M (4.54)Adems de la (4.49) y de la (4.54) resulta ser:

h J = 2M (4.55)

Sistema Stub de dientes acortados (sin puntas)Este sistema, que fue utilizado por primera vez por la firma Fellows Shaper Co., y se aplica para darle menor altura al diente que uno normal, con lo que se logra su mayor robustez, fortalecindolo mayormente en su raz. Utiliza dos mdulos, uno mayor Me y otro menor inmediatamente inferior Mh, en la construccin del engranaje; con el primero, el mayor, se construyen el paso, los dimetros, el espesor y nmero de dientes y con el segundo, el menor, solo se utiliza para determinar la altura de los dientes, resultando un mdulo compuesto.Mdulos: Me/Mh (4.56)

ngulo de presin: a = 1,57Me (4.57)Espesor del diente: 1/2 pc = 1,57Me (4.58)Altura de la cabeza del diente: a = Mh (4.59)Altura del pi del diente: d = 1,20Mh (4.60)

La altura del pi del diente mayor que la de cabeza permite el juego radial necesario para evitar el contacto del diente con el fondo del otro engranaje.

Altura total del diente: h = a + d = 2,20Mh (4.61)Dimetro primitivo: Dp = z.Me (4.62)Dimetro exterior: De = Dp + 2a = z.Me + 2Mh (4.63)Dimetro interior: Di = Dp 2d = Dp - 21,20Mh = zMe 2,4Mh (4.64)Juego radial: J = 0,20Mh (4.65)Por la (4.61) y la (4.65) se tiene:h J = 2Mh (4.66)

Ruedas dentadas interiormente

Los engranajes internos tienen los dientes tallados con la cabeza orientada hacia el interior de la rueda, como puede observarse en la figura (Fig.4.30). La forma de los dientes es igual a la forma del vaco de un engranaje externo y la altura de la cabeza se mide hacia el centro de la circunferencia primitiva. El vaco del diente es igual al perfil de un diente externo. Los engranajes internos engranan solo con piones, o sea con engranajes externos de menor dimetro. Debe tenerse cuidado con el largo del diente a los efectos de evitar la interferencia, motivo por el cual el nmero de dientes del pin est limitado a una cantidad inferior a la del engranaje interno, debiendo en casos particulares proyectarse los dientes del engranaje con un trazado especial. Para el mismo nmero de dientes de la rueda y el pin, la longitud de la lnea de engrane es mayor que para un engrane externo, existiendo adems un mayor nmero de dientes en contacto. Con un engrane interno se obtiene el mismo sentido de rotacin para ambas ruedas, por lo que se elimina el engranaje loco utilizado en los externos para lograrlo.Debido a que la rueda menor o pin se encuentra dentro de la mayor de engrane interno, est limitada la relacin de transmisin.

En la figura (Fig.4.30a) se observa un engrane interno con su pin y la descripcin de las diferentes partes. La holgura de corte es utilizada para que pueda entrar y salir la herramienta y la rebaba en el maquinado del engranaje.

En la figura (Fig.4.30b) se indican los distintos parmetros de un engranaje interno, cuyas expresiones analticas se muestran a continuacin:

Altura de cabeza del diente: a = M (4.67)Altura de pi del diente: d = 1,166M (4.68)Altura total del diente: h = 2,166M (4.69)Dimetro primitivo: Dp = zM (4.70)Dimetro exterior: De = Dp 2a = zM 2M = M(z 2) (4.71)Dimetro interior: Di = Dp 2d = zM - 21,166M = M(z 2,166) (4.72)Juego radial: J = 0,166M (4.73)

ESTANDARIZACIN DE ENGRANES

Hasta el momento no se ha intentado tratar el problema de la estandarizacin de los engranajes rectos para facilitar el desarrollo de engranajes intercambiables. Lo que se vio anteriormente solo se aplica a los engranajes rectos en general sin considerar el aspecto de intercambiabilidad. Junto al problema de la intercambiabilidad se encuentra la forma de cmo se van a cortar los engranajes.

Existen varias formas para maquinar los engranajes rectos, la ms antigua de las cuales consiste en utilizar una fresa de forma para quitar el material entre los dientes a medida que el disco para el engrane se posiciona a lo largo de una revolucin completa en una fresadora.

Este mtodo produce un perfil compuesto de involuta y cicloide y encuentra aplicacin principalmente en la fabricacin de engranajes de repuesto que no se pueden obtener econmicamente a partir de las formas convencionales. Los engranajes rectos modernos se generan para producir un perfil de involuta en los dientes.

Los dos mtodos ms usuales para producir engranajes rectos actuales son el mtodo de fresado y el mtodo de formado Fellows.Las figuras 6.35a y 6.35b muestran, respectivamente, los principios de fresado y del mtodo de Fellows para el corte de engranajes exteriores. Para el corte de engranajes internos pequeos es necesario utilizar el mtodo de Fellows; sin embargo, si se cuenta con espacio es posible fresar engranajes con resalto o reborde en donde el espacio en un extremo de los dientes es insuficiente para permitir la carrera de una fresa, como se muestra en la figura 6.35a.

Al desarrollarse la tecnologa de los engranajes se busc una forma para clasificar los cortadores y los engranajes que estos producen. El mtodo adoptado en los Estados Unidos consisti en especificar la relacin del nmero de dientes con respecto al dimetro de paso. A esta relacin se le dio el nombre de paso diametral y se expresa como:

En donde

N = nmero de dientesD = dimetro de paso en pulgadas, pulg.

Aunque las unidades del paso diametral estn en dientes por pulgadas, no se acostumbra dar las unidades cuando se especifican valores numricos.

En Europa, el mtodo de clasificacin consiste en especificar la relacin del dimetro de paso con respecto al nmero de dientes, y a esta relacin se le denomina mdulo.

Por lo tanto, el mdulo es el recproco del paso diametral y se expresa como:

En donde

D = dimetro de paso en milmetros, mmN = nmero de dientes

Los valores numricos de los mdulos se especifican en unidades de milmetros.

Debe notarse que el paso diametral y el mdulo se definen como relaciones y no son distancias fsicas que se quedan medir en un engrane.

El paso circular, por el contrario, se defini anteriormente como la distancia medida a lo largo del circulo de paso desde un punto en un diente hasta el punto correspondiente en el siguiente diente, la relacin entre el paso circular y el paso diametral o modulo puede expresarse como sigue:

En donde

p = paso circularPd = paso diametralm = mdulo

Para fines de especificar los cortadores de engranes, los valores del paso diametral y del mdulo se tomaron generalmente como nmeros.

La siguiente es una lista de fresas para engranes disponibles comercialmente en pasos diametrales con ngulos de presin de 14 y 20.

2, 2, 3, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 1 2, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30,32, 36, 40, 42, 48, 50, 64, 72, 80, 96, 120

Se pueden especificar pasos ms finos con incrementos pares hasta llegar a 200.

Los pasos que se utilizan comnmente para los engranes de precisin en instrumentos son 48, 64, 72, 80, 96 y 120. La AGMA (Asociacin Americana de Fabricantes de Engranajes) tambin incluye en la lista pasos diametrales de y 1, aunque los fabricantes de herramientas generalmente no mantienen en existencia fresas con estos tamaos. La siguiente es una lista de fresas estndar en mdulos mtricos (ngulo de presin 20).

1, 1.25, 1.50, 1.75, 2, 2.25, 2.50, 2.75, 3, 5, 6, 8, 10, 12, 16, 20

Cuando los cortadores se estandarizaron, se adopt un ngulo de presin de 14.Esto se dio como consecuencia del proceso de fundido de engranes que empleaba un ngulo de 14 debido a que el seno 14 se aproxima a . Posteriormente, tambin se adopt un ngulo de 20. Tanto 14 como 20 se han utilizado durante muchos aos, pero la tendencia en aos recientes ha sido hacia el empleo de 20 en preferencia sobre el ngulo de 14. En una seccin posterior se muestra que es posible cortar un pin con menos dientes y sin socavacin cuando se utiliza una fresa con un ngulo de presin de20 en lugar de una de 14. Como resultado de la tendencia hacia mayores ngulos de presin, la AGMA ha adoptado 20 y 25 para engranajes de paso grueso (1-19.99 Pd) y 20 para engranajes de paso fino (20-200 Pd). Los estndares mtricos britnicos y alemanes especifican un ngulo de presin de 20. La Sociedad de IngenierosAutomotrices (SEA) en su norma aeroespacial ASI 560 para engranes mtricos recomienda un ngulo de presin de 20 para propsitos generales. Tambin se incluyen ngulos de presin de 22.5 y 25 debido a que estos ngulos de alta presin se emplean para los engranajes de la industria aeroespacial.

Las proporciones de los dientes de los engranajes rectos de involuta de la norma americana (FPS) se presentan en la tabla 6.1.

La tabla 6.2 da las proporciones para los engranajes rectos de 14 de profundidad total y de 20 con escote. Aunque estos engranajes raras veces se especifican en los diseos nuevos, son esenciales para los engranajes de repuesto de maquinaria ms antigua.Debido a su diseo, los cortadores de forma para engranajes se clasifican no solamente de acuerdo al paso diametral o mdulo, sino tambin de acuerdo al dimetro de paso y al nmero de dientes. La tabla 6.3 muestra una lista de cortadores de forma estndar para engranajes rectos clasificados segn el paso diametral, y la tabla 6.4 muestra una lista de cortadores de forma para engranajes rectos mtricos. La tabla 6.5 muestra los mdulos mtricos de la norma britnica.Las proporciones de los dientes son las siguientes:

Adendo (a) 1.000 mDedendo (b) 1.250 mngulo de presin () 20

La tabla 6.6 muestra los mdulos mtricos de la norma alemana. Las proporciones de los dientes son las siguientes:

Adendo (a) 1.000 mDedendo (b) 1.157 m 1.167 mngulo de presin () 20

Debido a los cortadores para engranes tanto del sistema americano (FPS) como del sistema mtrico se tomaron generalmente como nmeros enteros, la conversin de los pasos diametrales a los milmetros de los mdulos no produce valores de nmeros enteros. Ver tabla 6.7.

Los smbolos mtricos que se emplean para designar las proporciones de los engranes rectos varan considerablemente con respecto a los recomendados por la AGMA. La tabla 6.8 muestra la comparacin entre los smbolos de la AGMA y la propuesta ISO 701 de la norma internacional.

Si los engranes rectos se producen con cortadores estndar, podrn intercambiarse si se satisfacen las siguientes condiciones:

1. Los pasos diametrales o mdulos de los cortadores utilizados para producir los engranes son iguales.

2. Los ngulos de presin de los cortadores son iguales.

3. Los engranes tienen los mismos adendos y los mismos dedendos.

4. Los espesores de los dientes de los engranajes son iguales a la mitad del paso circular.

Con frecuencia se emplea el trmino de engranes estndar y significa que el engrane fu cortado por uno de os cortadores estndar presentados anteriormente y que el espesor del diente es igual al espacio del diente que es igual a la mitad del paso circular. Los engranes estndar son intercambiables. Los engranes rectos que se ofrecen a la venta en los catlogos de los fabricantes de engranes son engranes estndar. Sin embargo, la mayora de los engranes usados en la industria automotriz y en la industria de la aviacin son del tipo no estndar y presentan ciertas ventajas sobre los engranes estndar:

Obtencin de relacin de velocidad exacta Mejorar la suavidad de operacin Aumentar la capacidad de carga del juego de engranajes empleado Evitar la interferencia

CONCLUSION DE JOEL CRUZ DEFEZ