UNIVERSIDAD DE ORIENTE

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA MECNICAFUNDAMENTOS DE MANTENIMIENTO

CINEMATICA DE ENGRANES

REVISADO POR: PROF. FELIX PAYARES

BARCELONA, 14 DE OCTUBRE DEL 2014.

UNIVERSIDAD DE ORIENTENUCLEO ANZOTEG UI

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA MECNICAFUNDAMENTOS DE MANTENIMIENTO

CINEMATICA DE ENGRANES

REVISADO POR: REALIZADO POR: RES ALCALA JOSE CI: 20762597

BELLO FRANK CI: 20054833 HERNANDEZ GENIMAR CI: 21629397

BARCELONA, 14 DE OCTUBRE DEL 2014.

: 20054833: 21629397

2CONTENIDO Pg.

Qu es una monografa?.. 3Cinemtica de engranajes: Engranes o engranajes.... 4 Relacin de reduccin de velocidad.. 4 Clasificacin de los engranajes...... 5 Estilos de engranes rectos.. 7 Geometra de los engranes rectos: forma involuta del diente... 7 Generacin grfica de la curta de involuta... 8 Involuta que engranan............ 9 Caractersticas de los dientes de engranes rectos..... 9 Ciclos de engranado de dientes de engranes..... 10 Paso.... 10 Propiedades del diente de engrane.......10 ngulo de presin.......................... 12 Dientes de involuta, profundidad total para varios ngulos y presin.. 13 Interferencia entre dientes de engranes rectos... 13 Relacin de velocidades y trenes de engranaje...14 Geometra de los engranes helicoidales.......16 Geometra de los engranajes cnicos................. 16 Engranes cnicos rectos..16 Engranes cnicos espirales.....17 Engranes cnicos zerol.17 Engranes cnicos hipoides..18 Engranes de tornillo sin fin...18

3QUE ES UNA MONOGRAFIA?

La palabra monografa se deriva del griego mono que significa nico y graphein que significa describir, el concepto de nico debe entenderse en sentido que est relacionado con un tema en especfico y que a su vez es desarrollado por una o un grupo de personas. De manera general lo podemos definir como un escrito que puede ser preparado por un alumno, o un grupo de alumnos, un profesional,un docente y/o cualquier persona que tenga que desarrollar un tema en particular.

TIPOS DE MONOGRAFIA:

LA MONOGRAFA EXPLORATIVA: las personas que deben realizar este trabajo, abordan un tema poco conocido mediante proceso de observacin, usando la prueba y error (procedimiento emprico). El estudiante o grupo explora un nuevo tema.

LA MONOGRAFIA RECOPILATIVA: elegido el tema, el estudiante o grupo de estudiantes realiza una investigacin bibliogrfica proveniente de distintos orgenes; tratando de agotar el tema consultaran todas las fuentes disponibles que abordan el problema elegido. Luego de recopilada la informacin es analizada y expuesta, de manera tal que muestra el estado actual del tema; es conveniente agregar la opinin personal o la del grupo. Este tipo de monografa, relata las experiencias realizadas por el o los alumnos, o bien por un profesional en cualquier actividad o rama de la ciencia. Como elemento complementario se suele agregar un anlisis y la comparacin con trabajos similares.

ESTRUCTURA DE UNA MONOGRAFIA:PLAN GENERAL DE ELABORACION:

Primera Etapa:Etapa preliminar: determinacin del rea de trabajo; breve consulta bibliogrfica; eleccin del tema; determinacin del lmite de elaboracin y agenda de investigacin.

Segunda Etapa:Bsqueda de fuentes: calendario de trabajo; compilacin de datos, (uso de la PC).

Tercera Etapa: La primera versin (borrador): requisitos de forma; redaccin de la proposicin; redaccin del esquema demostrativo y procesadores de texto (uso de la PC).

Cuarta etapa:Redaccin definitiva: organizacin general del trabajo y material de trabajo; organizacin del texto; parte preliminar; redaccin del cuerpo de la monografa, proposicin, demostracin y las conclusiones.

Quinta Etapa: Presentacin final: transcripcin de la monografa; las citas; cuadros y figuras.

4CINEMATICA DE ENGRANES

- ENGRANES O ENGRANAJES:

Los engranes son ruedas cilndricas dentadas que se usan para transmitir movimiento y potencia de un eje giratorio a otro. Los dientes de un engrane conductor encajan con precisin en los espacios entre los dientes del engrane conducido, este mecanismo permite que se transmite un par torsional y como el engrane es giratorio tambin se transmite potencia. La mayor parte de las transmisiones con engranes causan un cambio de la velocidad de salida del engrane, en relacin con la del engrane de entrada. Es decir. 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. De manera que una de las ruedas est conectada por la fuente de energa y es conocido como engranaje motor y la otra est conectada al eje que debe recibir el movimiento del eje motor y que se denomina engranaje conducido. Si el sistema est compuesto de ms de un par de ruedas dentadas, se denomina tren de engranajes.

La principal ventaja que tienen las transmisiones por engranaje respecto de la transmisin por poleas es que no patinan como las poleas, con lo que se obtiene exactitud en la relacin de transmisin.

- RELACION DE REDUCCION DE VELOCIDAD:

El pin o engrane superior mayor impulsa al engrane inferior mayor produciendo que este gire con mayor lentitud. Esta reduccin de velocidad depende de la relacin del nmero de dientes en el pin entre el nmero de dientes en el engrane mayor, esto se puede observar en la siguiente figura.

5- CLASIFICACION DE LOS ENGRANES:

Los engranajes se clasifican principalmente segn la disposicin de sus ejes de rotacin y segn los tipos de dentado y la disposicin de los mismos.

Segn la ubicacin de sus dientes se pueden separar en:

- Interiores, los dientes son tallados en el interior del anillo, por lo que el pin en estos casos se encuentra dentro del anillo. Estos se utilizan cuando se desea tener la misma direccin de rotacin en la entrada y la salida.

- Exteriores, Son aquellos que llevan los dientes tallados en la parte exterior.Son los ms comunes.

Segn la forma de sus dientes se clasifican en:

- Engranes de dientes rectos: tienen dientes rectos y paralelo al eje del rbol que los sostiene, poseen una geometra especial llamada curva de involuta, que permite que dos engranes trabajen juntos con una transmisin de potencia positiva.

- Engranes helicoidales: Son aquellos que poseen un Angulo tpico de 10 ,30 o 45 con respecto al eje del rbol, llamado Angulo de hlice. Los dientes helicoidales trabajan con ms uniformidad que los dientes rectos y los esfuerzos son menores lo que permite disear un engrane helicoidal menor para determinar la capacidad de transmisin de potencia, en comparacin con los engranes rectos. La desventaja de los engranajes helicoidales es que generan una carga axial llamada fuerza de empuje adems de la fuerza de impulsin que acta tangente al cilindro bsico sobre el que se dispone los dientes. Poseen ejes paralelos a diferencia de los engranes helicoidales cruzados con ngulos de hlice de 45 donde los ejes trabajan en 90.

- Engranes Cnicos: Tienen dientes colocados como elementos sobre la superficie de un cono. Existen engranes cnicos rectos, estos poseendientes que parecen semejantes a los del engrane recto pero tienen lados inclinados entre s, son ms ancho en el exterior y son ms estrechos hacia la parte superior del cono, en general operan ejes a 90 entre s. Existen Engranes cnicos espirales estos poseen un Angulo de hlice similar a los de engranes helicoidales trabajan en forma ms constante que los cnicos rectos y pueden ser menores para determinar la cantidad de transmisin de potencia. Tambin estn los engranes cnicos de inglete que poseen un mismo nmero de dientes.

- Cremallera: es un engrane en lnea recta que se mueve en lnea, en vez de girar. El mecanismo pin-cremallera tiene por finalidad transformar un

6movimiento de rotacin en un movimiento rectilneo; funciona como un engranaje simple, es decir, tienen el mismo paso circular, por lo que las velocidades lineales de ambos deben ser las mismas.

- Tornillo sinfn o gusano: Trabaja en ejes en forma de 90 con su respectiva rueda sinfn, tiene una reduccin de velocidad bastante grande en comparacin con otros tipos de engranes, el sinfn es el impulsor y su corona es el engrane impulsado, poseen dientes que parecen roscas de tornillo, los dientes de la corona sinfn pueden ser rectos, como los dientes de engranes rectos o pueden ser helicoidales.

7- ESTILOS DE ENGRANES RECTOS

a) Se usa con frecuencia este diseo cuando son grandes, as reducen el peso y los dientes de estos engranes se tallan en una orilla relativamente delgada.

b) Es tpico engranes rectos pequeos, si se ve el cubo terminado con su cuero. El prisionero sobre cuero permite asegurar la cua o chaveta en su lugar, despus de armar.

c) Se maquinan los dientes de engranes rectos en una barra recta y plana. En esencia la cremallera es un engrane recto con radio infinito.

- GEOMETRA DE LOS ENGRANES RECTOS: FORMA INVOLUTA DEL DIENTE.

El perfil de diente que ms se usa en los engranes es la forma involuta de profundidad total. La involuta es uno de los tipos de curvas geomtricas llamadas curvas conjugadas. Cuando dos dientes con esos perfiles engranan y giran, existe una relacin constante de velocidad angular entre ellos: desde el momento del contacto inicial hasta el engrane, la velocidad del engrane motriz est en un

8proporcin constante respecto a la del engrane conducido. La accin que resulta en los dos engrane y desengrane, y las aceleraciones resultantes causaran vibracin, ruido y oscilaciones torsionales peligrosas en el sistema.

- GENERACIN GRFICA DE LA CURVA DE INVOLUTA:

9- INVOLUTA QUE ENGRANAN:

- CARACTERSTICAS DE LO DIENTES DE ENGRANES RECTOS:

Dimetro de paso: es el dimetro del circulo de paso de un engrane.

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- CICLOS DE ENGRANADO DE DIENTES DE ENGRANES:

- PASO: es la distancia entre dientes adyacentes.

Tipos de paso:

- Paso Circular: es la distancia de un punto del diente de un engrane en el crculo de paso al punto correspondiente del siguiente diente, medida a lo largo del circulo de paso.

- Paso Diametral: es el sistema de paso que se usa con ms frecuencia,es el nmero de dientes por pulgada por el dimetro de paso.

- Modulo mtrico: es el dimetro de paso en milmetros entre el nmero de dientes.

- PROPIEDADES DEL DIENTE DE ENGRANE:

- Addendum, o altura de la cabeza (a): la distancia radial desde el crculo de paso hasta el exterior de un diente.

- Dedendum, o altura del pie (b): la distancia radial desde el crculo de paso hasta el fondo del espacio del diente.

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- Holgura (c): la distancia radial desde el exterior del diente hasta el fondo del hueco entre dientes del engrane opuesto, cuando el diente es totalmente engranado.

- Dimetro exterior (Do): el dimetro del circulo que encierra el exterior de los dientes del engrane.

- Dimetro de raz (? ? ): tambin llamado dimetro de fondo, es el dimetro del crculo que contiene el fondo del espacio de diente, que esla circunferencia de raz o circulo de raz.

- Altura total (? ?): tambin llamada profundidad total, es la distancia radial del exterior.

- Profundidad de trabajo (? ? ): Es la distancia radial que un diente de engrane se introduce en el espacio entre dientes del engrane correspondiente.

- Espesor del diente (t): Es la longitud del arco, medida en el crculo de paso, de un lado de un diente al otro lado. A veces llamado espesor circular.

- Espacio entre dientes: Es la longitud de arco, medida desde el lado derecho d un diente hasta el lado izquierdo del siguiente. Es igual al espesor del diente pero por razones prcticas, se hace mayor.

- Juego: es el espacio entre dientes, un poco mayor que el espesor del diente y a la diferencia.

- Ancho de cara (F): tambin llamado longitud de diente o ancho del flanco. es el ancho del diente, medido en direccin paralela al eje del diente.

- Chafln o filete: Es el arco que une el perfil de involuta del diente con la raz del espacio entre dientes.

- Cara: Es la superficie del diente de un engrane, desde la raz del espacio entre dientes, incluyendo el chafln.

- Flanco: es la superficie del diente de un engrane, desde la raz del espacio entre dientes, incluyendo el chafln.

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- NGULO DE PRESIN: es el que forma la tangente a los crculos de paso y la lnea trazada normal (perpendicular) ala superficie del diente del engrane

- DIENTES DE INVOLUTA, PROFUNDIDAD TOTAL PARA VARIOS NGULOS Y PRESIN:

Relacin de contacto: se usa para indicar el nmero de promedio de dientes de contacto durante la transmisin de potencia.

- INTERFERENCIA ENTRE DIENTES DE ENGRANES RECTOS:

En ciertas combinaciones de dientes en un par de engranes existe un empalme o interferencia entre la punta del diente del pin y el chafln, impidiendo que los dientes engranen, esto sucede la mayora de las veces cuando el pin pequeo impulsa a un engrane grande o a una cremallera.

Para evitar esta interferencia o empalme se utilizan distinms conocidos y por consiguiente, ms utilizado entre los diseadores es el controlar el nmero mnimo de dientes del pin, ya que por lo general se desechan los engranes con un numero de dientes relativamente bajos. El rango de valores permitidos para cada pin estn tabulados, estas tablas se consiguen en textos que tratan sobre la cinemtica de los engranes o en manuales, cada una de

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DIENTES DE INVOLUTA, PROFUNDIDAD TOTAL PARA VARIOS NGULOS Y PRESIN:

e usa para indicar el nmero de promedio de dientes de contacto durante la transmisin de potencia.

INTERFERENCIA ENTRE DIENTES DE ENGRANES RECTOS:

En ciertas combinaciones de dientes en un par de engranes existe un empalme o ntre la punta del diente del pin y el chafln, impidiendo que los

dientes engranen, esto sucede la mayora de las veces cuando el pin pequeo impulsa a un engrane grande o a una cremallera.

Para evitar esta interferencia o empalme se utilizan distintos mtodos, uno de los ms conocidos y por consiguiente, ms utilizado entre los diseadores es el controlar el nmero mnimo de dientes del pin, ya que por lo general se desechan los engranes con un numero de dientes relativamente bajos. El rango de

lores permitidos para cada pin estn tabulados, estas tablas se consiguen en textos que tratan sobre la cinemtica de los engranes o en manuales, cada una de

DIENTES DE INVOLUTA, PROFUNDIDAD TOTAL PARA VARIOS

e usa para indicar el nmero de promedio de dientes de

INTERFERENCIA ENTRE DIENTES DE ENGRANES RECTOS:

En ciertas combinaciones de dientes en un par de engranes existe un empalme o ntre la punta del diente del pin y el chafln, impidiendo que los

dientes engranen, esto sucede la mayora de las veces cuando el pin pequeo

tos mtodos, uno de los ms conocidos y por consiguiente, ms utilizado entre los diseadores es el controlar el nmero mnimo de dientes del pin, ya que por lo general se desechan los engranes con un numero de dientes relativamente bajos. El rango de

lores permitidos para cada pin estn tabulados, estas tablas se consiguen en textos que tratan sobre la cinemtica de los engranes o en manuales, cada una de

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ella enfocada en un tipo de engranes rectos especficos. Otro mtodo para evitar el empalme es cuando se aplica la socavacin, que es el proceso de retirar el material en el chafln o raz de los dientes del engrane para aliviar la interferencia; este proceso debilita el diente aumentando la altura de cabeza del pin y disminuye el dedendum a pesar de que la distancia entre centros queda igual, por lo que se utiliza muy poco pero de igual forma es viable.

- RELACIN DE VELOCIDADES Y TRENES DE ENGRANAJE:

Un tren de engranajes es un sistema formado por varios engranajes conectados entre s. Los trenes de engranajes se emplean para conseguir mecanismos de transmisin con caractersticas que no podran conseguirse con un slo engranaje (por ejemplo una relacin de transmisin elevada). Cada engranaje del tren se denomina etapa del tren de engranajes. Estos pueden dividirse como trenes ordinarios y trenes planetarios.

a) Trenes Ordinarios.

En este tipo de trenes los engranes se encuentran fijos, cada eje posee un solo engranaje sobre l aunque hay casos donde los ejes poseen ms de un engrane sobre l, estos se consideran trenes ordinarios compuestos. Su uso ms frecuente se da en la industria automotriz, este sistema est presente en la transmisin de potencia de los autos.

Tren Ordinario

b) Trenes Planetarios o Epicicloidales.

A diferencia de los trenes ordinarios los trenes planetarios poseen uno o ms de sus ejes en movimiento. Su funcionamiento es ms complicado de predecir y estudiar debido a que posee elementos adicionales como el brazo o portador, ejes mviles (planetas) y engranajes centrales o fijos. Pueden

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encontrarse comnmente en el sistema mvil de las antenas parablicas y en turbinas de aeronaves.

En un tren de engranaje la relacin de velocidades es fundamental, ya que es la relacin de la velocidad angular del engrane de entrada a la del engrane de salida, para un solo par de engranes. La mayor parte de la transmisin con engranes son reductores de velocidad, es decir, su velocidad de salida es menor que su velocidad de entrada, entonces su relacin de velocidad es mayor a 1. Para incrementar la velocidad la relacin de velocidad debe ser menor a 1.

Cuando hay ms de dos engranes en un conjunto, el trmino valor de tren representa la velocidad de entrada entre la velocidad de salida. Este valor para un reductor debe ser mayor a 1 y menor a 1 para un incrementador.

Tren Planetario o Epicicloidal

Engrane loco o intermedio: para que los ejes de dos engranajes estn en el mismo sentido, se intercala entre ellos un tercer engranaje que gira libre en un eje e invierte el sentido de giro del eje conducido, ya que la relacin de transmisin no se altera en absoluto es utilizado en un tren de engranaje.

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- GEOMETRA DE LOS ENGRANES HELICOIDALES.

En los engranes helicoidales los dientes estn inclinados y estos forman un ngulo con el eje, ese ngulo se le llama ngulo de hlice, que puede ser de mano derecha o izquierda. Siempre en un par de engranes helicoidales cada engranaje debe tener un ngulo de hlice en direccin contraria al otro engranaje. Cuando este comienza a engranar, el contacto tiene lugar solamente en el punto del diente que ms avanzado se encuentra, siguiendo la hlice y extendindose gradualmente sobre una lnea diagonal que sigue el diente al girar el engranaje. Normalmente se montan en ejes paralelos porque proporcionan una mayor transmisin de potencia. Su desventaja es que someten a los cojinetes del eje a cargas radial y de empuje axial. Cuando estas cargas de empuje son muy altas es mejor emplear engranes helicoidales dobles, que tienen sentidos opuestos montado lado a lado en el mismo eje. Pueden mostrar interferencias.

- GEOMETRA DE LOS ENGRANAJES CNICOS.

Bsicamente, los engranes cnicos se diferencian de los comunes puesto a que su utilidad se enfoca en la transmisin de movimiento entre dos ejes no paralelos que se cortan y se cruzan. Estos se construyen sobre un cono primitivo imaginario y sus dientes pueden ser rectos, espirales, zerol e hipoides.

- ENGRANES CNICOS RECTOS.

Son los engranes cnicos ms simples en su estructura, poseen dientes rectos que apuntan hacia el centro del eje. Los ejes se colocan en ngulo recto, sin embargo este puede variar entre 45 y 70 grados. La desventaja ms grande que poseen es el ruido que generan a altas velocidades, por eso son conocidos como engranajes de baja velocidad. Con frecuencia aparecen en la industria elica, equipos de construccin y molinos.

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Engrane Cnico Recto

- ENGRANES CNICOS ESPIRALES.

Estos engranes se caracterizan por poseer dientes oblicuos con un contacto gradual y continuo entre ellos lo que se traduce en una operacin de transmisin ms suave y en un funcionamiento a altas velocidades, el ngulo espiral est oscila entre 25 y 40 grados. Su aplicacin ms comn se da en la industria automotriz.

Engrane Cnico Espiral

- ENGRANES CNICOS ZEROL.

Se pueden definir como un tipo de engrane cnico que posee un ngulo espiral igual a cero, esto produce que la presin localizada se site en la parte media del diente y que funcionen con mayor suavidad. Se fabrican con los mismos principios y mquinas de los engranes cnicos espirales.

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Engrane Zerol

- ENGRANES CNICOS HIPOIDES.

Estos engranes estn formados por un pin reductor de pocos dientes y una rueda demuchos dientes, son de apariencia semejante a los cnicos espirales excepto que el eje del pin esta desplazado con respecto a la corona de manera que los ejes no se interceptan. Tiene la ventaja de ser muy adecuados para los automviles con carroceras de tipo bajo, ganando as mucha estabilidad.

Engrane Hipoide

- ENGRANES DE TORNILLO SIN FIN.

Este mecanismo est diseado por lo general con la finalidad de transmitir grandes esfuerzos, en algunos casos se utiliza como reductor de velocidad aumentando la potencia de transmisin. Est formado por una corona y un tornillo o gusano sin fin, estas se mecanizan con el uso de fresas bicnicas y fresas normales respectivamente. Suele utilizarse el bronce para elaborar la corona y el acero templado para el gusano sin fin, esto reduce considerablemente la friccin. El contacto entre piezas ocurre en un solo punto as que para aumentar el

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contacto y reducir la presin se dispone del uso de arreglos de tornillos sin fin glbicos coronas convencionales y glbicas.

Tornillo Sin Fin