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Universidad Carlos III de Madrid Departamento de Ingeniería Mecánica TEORÍA DE MECANISMOS 5.- TEORÍA GENERAL DE ENGRANAJES

Teoría general de engranajes

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Presentación de apuntes de la Universidad Carlos III

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  • Universidad Carlos III de MadridDepartamento de Ingeniera Mecnica

    TEORA DE MECANISMOS

    5.- TEORA GENERAL DE ENGRANAJES

  • Universidad Carlos III de MadridDepartamento de Ingeniera Mecnica

    Objetivo: Comunicar el movimiento de un rgano a otro

    Se emplean cuando es necesario un cambio en la velocidad o en el par de un dispositivo giratorio

    Tipos de transmisiones mecnicas:

    a) Transmisiones flexibles correas cadenas cables ejes flexibles

    b) Transmisiones rgidas ruedas de friccin engranajes sistemas articulados

    compuestos por:

    - cigeales- bielas- manivelas- embragues- frenos, etc.

    Transmisiones Mecnicas

  • Universidad Carlos III de MadridDepartamento de Ingeniera Mecnica

    Transmisiones mecnicas

    cadenas correas engranajes

  • Universidad Carlos III de MadridDepartamento de Ingeniera Mecnica

    Transmisin por correas

    Transmisin por correas

    Transmisin por correa con velocidad ajustable

    Ventajas: Permiten gran

    distancia entre centros

    Funcionamiento suave y silencioso

    Bajo coste de mantenimiento

    Inconvenientes: Potencias moderadas

    Gran volumen

    Peligro de DESLIZAMIENTO (asincrona)

  • Universidad Carlos III de MadridDepartamento de Ingeniera Mecnica

    Transmisin por cadenas y cables

    Transmisin por cadenas

    TRANSMISIN POR CADENAS

    Ventajase inconvenientes: Permiten gran distancia entre centros

    Coste y mantenimiento intermedio entre cadenas y engranajes

    NO existe peligro de DESLIZAMIENTO.

    TRANSMISIN POR CABLES Ventajase inconvenientes:

    Permiten mayores distancias entre centros Coste y mantenimiento bajos Pequea capacidad de transmisin de potencia Existe peligro de DESLIZAMIENTO.

  • Universidad Carlos III de MadridDepartamento de Ingeniera Mecnica

    Con conexin externa

    Caractersticas: Es el modo ms sencillo de transmisin de potencia de un eje

    rotatorio a otro

    Movimiento transmitido por friccin

    Inconvenientes Mxima fuerza de friccin: F = N

    Ruedas de friccin (I)

    Transmisin de par limitada

    Con conexin interna

  • Universidad Carlos III de MadridDepartamento de Ingeniera Mecnica

    Si el par demandado requiere una fuerza

    tangencial superior a la mxima disponible:

    DESLIZAMIENTO ENTRE AMBOS CILINDROS

    Desgaste

    Asincrona

    SOLUCIN:

    Incorporar medios de trabamiento trasmisin por fuerza y

    forma ENGRANAJES

    Ruedas de friccin (II)

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    Rodadura pura + relacin de transmisin constante los perfiles slo pueden ser dos circunferencias

    (a) Transmisin entre ejes paralelos: Cilindros de friccin:

    Externos

    Internos

    Si no hay deslizamiento

    Ruedas de friccin (III)

    22 2

    111

    vri vr

    = =

    11 2

    2

    rv v ir

    = =

  • Universidad Carlos III de MadridDepartamento de Ingeniera Mecnica

    (b) Transmisin entre ejes que se cortan: CONOS de friccin

    (c) Transmisin entre ejes que se cruzan: HIPERBOLOIDES de friccin

    NO hay rodadura, pero las superficies son siempre tangentes entre s

    Ruedas de friccin (IV)

    1

    2

    rir

    =

  • Universidad Carlos III de MadridDepartamento de Ingeniera Mecnica

    Ventajas: Es el mtodo ms sencillo de transmisin de potencia de un eje a otro

    Inconvenientes:

    Mxima fuerza de friccin: F = N

    Si el par demandado requiere una fuerza tangencial superior a lamxima disponible: DESLIZAMIENTO ENTRE AMBOS CILINDROS

    Desgaste

    Asincrona

    SOLUCIN:

    Incorporar medios de trabamiento trasmisin por fuerza y forma

    ENGRANAJES

    Ruedas de friccin (V)

    Transmisin de par limitada

  • Universidad Carlos III de MadridDepartamento de Ingeniera Mecnica

    Tipos de engranajes

    Rectos externo

    interno

    Cnicos rectos

    Cnicos helicoidales

    Zerol

    De corona y pin cilndrico

    Helicoidales cruzados

    De Sinfn Cavex

    De sinfn envolvente

    Hipoidales

    Espiroide

    Helicon Beveloid

    Simples

    Dobles

    De esqueleto de pescado (herringbone)

    Helicoidales

    Ejes paralelos (engranajes cilndricos)

    Ejes que se cortan (engranajes cnicos)

    Ejes que se cruzan en el espacio (engranajes hiperblicos)

  • Universidad Carlos III de MadridDepartamento de Ingeniera Mecnica

    Engranajes cilndricos de dentado recto

    Transmiten movimiento entre ejes paralelos

    (a) externos: sentidos de giro opuestos

    (b) internos: sentidos de giro iguales

  • Universidad Carlos III de MadridDepartamento de Ingeniera Mecnica

    Dientes inclinados soportan carga axial engrane

    progresivo: Menos VIBRACIONES

    Menos RUIDO

    En (b) y (c) estn compensadas las componentes axiales

    de los esfuerzos

    Engranajes cilndricos de dentado oblicuo

    (a) simple(b) doble

    (c) Herringbone

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    Engranajes cnicos

    Transmiten par y velocidad entre ejes que se cortan

    (a) Cnico rectos

    (c) zerol

    (b) Cnico helicoidal

    (d) De corona y pin recto

  • Universidad Carlos III de MadridDepartamento de Ingeniera Mecnica

    Engranajes hiperblicos

    Transmiten par y velocidad entre ejes que se cruzan en el espacio.

    (a) Helicoidal cruzado

    (b) De sinfn-corona

    (c) De sinfn cavex

    (d) De sinfn evolvente

    (e) hipoidal

    (f) helicon

    (g) Beveloid

  • Universidad Carlos III de MadridDepartamento de Ingeniera Mecnica

    Generacin efectiva de los flancos de de los dientes

    Procesos de mecanizado: Fresado Cepillado

    Cortador en forma de cremallera Cortador en forma de pin

    Formado con sinfn

    Procesos de acabado: Cepillado

    Bruido

    Esmerilado

    Pulido

    Otros mtodos: Fundicin

    Extrusin

    Estampacin

    Sinterizado, etc

  • Universidad Carlos III de MadridDepartamento de Ingeniera Mecnica

    Fresado (I)

    La herramienta (fresa) tiene la forma del hueco entre dientes

    Inconvenientes: la herramienta slo sirve para ruedas del mismo dimetro y mdulo

  • Universidad Carlos III de MadridDepartamento de Ingeniera Mecnica

    Fresado (II)

    Cinemtica y dinmica de Mquinas A. de Lamadrid, A. de Corral, UPM, Madrid 1992

  • Universidad Carlos III de MadridDepartamento de Ingeniera Mecnica

    Cepillado (I)

    til en forma de cremallera: La herramienta es una cremallera del mismo mdulo que la

    rueda a tallar. El corte se debe al movimiento de vaivn de la herramienta en

    la direccin del eje de la rueda Se enfrenta la herramienta a un disco de radio ra.

    La herramienta penetra hasta que su lnea media es tangente a la circunferencia primitiva de referencia

    Se gira ligeramente el disco y se desplaza la cremallera como si estuvieran engranando

    Cuando se ha cortado un diente se reposiciona la cremallera

  • Universidad Carlos III de MadridDepartamento de Ingeniera Mecnica

    Cepillado (II)

    Cinemtica y dinmica de Mquinas A. de Lamadrid, A. de Corral, UPM, Madrid 1992

  • Universidad Carlos III de MadridDepartamento de Ingeniera Mecnica

    Cepillado (III)

    til en forma de pin: La herramienta es una contrarrueda El procedimiento es semejante al

    anterior Ventajas:

    Permite generar ruedas internas

    No hay problemasde imprecisin por reposicionamientode la herramienta.

  • Universidad Carlos III de MadridDepartamento de Ingeniera Mecnica

    Cepillado (IV)

    Cinemtica y dinmica de Mquinas A. de Lamadrid, A. de Corral, UPM, Madrid 1992

  • Universidad Carlos III de MadridDepartamento de Ingeniera Mecnica

    Cepillado (V)

    Cinemtica y dinmica de Mquinas A. de Lamadrid, A. de Corral, UPM, Madrid 1992

  • Universidad Carlos III de MadridDepartamento de Ingeniera Mecnica

    Conformado sin fin

    El cortador tiene forma de tornillo sinfn Los dientes son rectos como los de una cremallera,

    pero el sinfn no tiene que girar para cortar dientes rectos.

    Ventajas: Gran precisin,

    por no tener que reposicionar la herramienta

    Es el mtodo ms usado.

  • Universidad Carlos III de MadridDepartamento de Ingeniera Mecnica

    P

    VA3VA2

    Tangente de contacto

    Palancas rodantes (I)

    (a) Condicin de contacto permanente Los perfiles NO deben

    penetrar ni separarse

    Las componentes normales de VA1 y VA2 han de ser iguales

    n nA1 A2v v=JJJG JJJG

  • Universidad Carlos III de MadridDepartamento de Ingeniera Mecnica

    2 1A A2

    1 2 1

    V Vi

    O A O A= =

    1 2

    '1 1

    nA nA 1 2 '2 2

    O NV V AN AN iO N

    = = =

    1

    1

    2

    2

    A' 11 1 A 1 '

    1 1 1 2 1' '

    A' 2 2 2 122 2 A 2 '

    2 2 2

    V ANO A N semejante a V N AO A O N AN ANiV O N O NANO A N semejante a V N AO A O N

    = = =

    Palancas rodantes (II)

    (b) relacin de transmisin constante

    Por la condicin de contacto permanente

    ' ' 11 1 2 2

    2

    O PO N P semejante a O N P i cteO P

    = =

  • Universidad Carlos III de MadridDepartamento de Ingeniera Mecnica

    Palancas rodantes (III)

    La normal comn y la lnea de centros se cortan en un punto fijo P. Los perfiles que cumplen esta condicin se llaman PERFILES

    CONJUGADOS

    (c) Condicin de rodadura pura: Deslizamiento: diferencia de velocidades

    tangenciales Habr RODADURA PURA si las componentes

    tangenciales de VA1 y VA2 son iguales.

    Como El contacto se produce sobre la lnea de centros

    ( )t tA1 A2v v

    t tA1 A2

    A1 A2n nA1 A2

    v vcontacto permanente v v

    v v= ==

    JJJG JJJG

    A1 1 A2 2 1 2v OA y v O A O ,O yAestan alineados JJJG JJJG

  • Universidad Carlos III de MadridDepartamento de Ingeniera Mecnica

    Perfiles conjugados (I)

    Transmisin del movimiento con relacin constante de velocidades angulares OBJETIVO: Evitar deslizamientos entre elementos

    rodantes SOLUCIN: Incorporar dientes de cualquier forma.

    Engranajes primitivos (200 a.c.): Ruedas giratorias de madera a las que se fijaban elementos de formas rudimentarias (molinos de viento, ruedas hidrulicas, relojera, etc.)

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    Aparicin del motor de vapor ( 1750 ): Se transmiten mayores pares y velocidades Las transmisiones NO uniformes provocaban

    fuertes choques entre dientes y los destruan Surge la necesidad de obtencin de dientes que

    proporcionen transmisin con relacin constante de las velocidades angulares de entrada y salida

    PERFILES CONJUGADOS

    Perfiles conjugados (II)

  • Universidad Carlos III de MadridDepartamento de Ingeniera Mecnica

    Perfiles conjugados empleados en engranajes

    En teora pueden emplearse cualquier pareja de perfiles conjugados.

    Por consideraciones prcticas, slo se emplean dos tipos de perfiles conjugados: Perfil cicloide:

    Fue el ms empleado en la Revolucin industrial hasta principiosde siglo XX, pero hoy da slo se utiliza en mecanismos de relojera.

    Perfil de Evolvente de Crculo: En la actualidad es el perfil de uso universal, salvo en relojera y

    bombas de paletas. Presenta las siguientes ventajas: Versatilidad a la hora de disear Otras caractersticas inherentes a su geometra que se vern

    ms adelante

  • Universidad Carlos III de MadridDepartamento de Ingeniera Mecnica

    Generacin de perfiles conjugados

    Para cualquier perfil que se de a los dientes de una rueda, siempre existe un perfil para los de la otra que es conjugado del primero.

    Mtodo de generacin: Se hace rodar una circunferencia sobre la otra

    La evolvente de las posiciones de un diente es el perfil del diente conjugado.

    Este mtodo es la base de la talla de perfiles por generacin

  • Universidad Carlos III de MadridDepartamento de Ingeniera Mecnica

    Mtodo de generacin

    Cinemtica y dinmica de Mquinas A. de Lamadrid, A. de Corral, UPM, Madrid 1992

  • Universidad Carlos III de MadridDepartamento de Ingeniera Mecnica

    Mtodo de generacin

    Cinemtica y dinmica de Mquinas A. de Lamadrid, A. de Corral, UPM, Madrid 1992

  • Universidad Carlos III de MadridDepartamento de Ingeniera Mecnica

    Perfil de evolvente (I)

    Definicin: curva generada por un punto fijo de una recta que

    rueda sin deslizar sobre una circunferencia llamada circunferencia bsica.

    Es la curva que trazara una cuerda tensa al desenrollarse de un cilindro.

  • Universidad Carlos III de MadridDepartamento de Ingeniera Mecnica

    Perfil de evolvente (II)

    Propiedades: El cordel es tangente

    a la circunferencia El centro de curvatura

    es el punto de tangencia del cordel y la circunferencia base

    La evolvente es siempre normal al cordel.

    Normal al perfil de evolvente y tangente a la

    circunferencia base

    Perfil de evolvente

  • Universidad Carlos III de MadridDepartamento de Ingeniera Mecnica

    Transmisin uniforme con dientes de evolvente

    Al hacer girar los carretes en sentidos opuestos, el punto P del hilo traza una evolvente en cada cilindro

    C

    Propiedades de la transmisin: El contacto se produce sobre la

    tangente comn a las circunferencia base, , llamada lnea de engrane.

    es la normal comn en el punto de engrane P

    es nica corta a la lnea de centros en un punto fijo relacin de transmisin constante

    1 2TT

    1 2TT

    1 2TT

  • Universidad Carlos III de MadridDepartamento de Ingeniera Mecnica

    Dientes de evolvente

    Cinemtica y dinmica de Mquinas A. de Lamadrid, A. de Corral, UPM, Madrid 1992

  • Universidad Carlos III de MadridDepartamento de Ingeniera Mecnica

    Ley fundamental del engrane

    La relacin de transmisin debe ser constante

    La normal comn a los perfiles de los dientes, en

    todos los puntos de contacto dentro del segmento

    de engrane, debe pasar por un punto fijo de la

    lnea de centros, llamado punto primitivo.

  • Universidad Carlos III de MadridDepartamento de Ingeniera Mecnica

    Ley fundamental de engrane

    Evolvente Longitud recorrida por el punto de contacto sobre la lnea de engrane es igual al arco girado por las circunferencias bsicas.

    Como

    As pues

    q q1 1 2 2PP' QQ ' Q Q '= =

    qbQQ' r=

    1 2b1 b2

    b111 2b1 b2

    2 b2

    r rrt r t rr

    = = =

    b11

    2 b2

    ri cter

    = = =

  • Universidad Carlos III de MadridDepartamento de Ingeniera Mecnica

    Nomenclatura. Pareja de ruedas (I)

    a) Pareja de ruedas

    Pin: rueda dentada de menor dimetro

    Rueda: rueda dentada de mayor dimetro

    Circunferencia base (rb): circunferencias a partir de las cuales se generan los perfiles de evolventes

    Lnea de centros: lnea que une los centros, O1 y O2 de las dos circunferencias bsicas

  • Universidad Carlos III de MadridDepartamento de Ingeniera Mecnica

    Lnea de engrane, : tangente comn a las circunferencias bsicas. Sobre ella se produce el contacto entre los dientes.

    Punto primitivo C : punto de interseccin de la lnea de

    engrane con la lnea de centros

    Circunferencias primitivas de funcionamiento (r):

    circunferencias de las tericas ruedas de friccin a las que se

    han incorporado dientes. Su radio es tal que el movimiento de

    rodadura entre ambas tendra lugar en el punto primitivo C.

    ngulo de presin de funcionamiento (): ngulo que forma la lnea de presin con la tangente comn a las

    circunferencias primitivas por el punto C.

    Nomenclatura. Pareja de ruedas (II)

    1 2TT

  • Universidad Carlos III de MadridDepartamento de Ingeniera Mecnica

    Nomenclatura. Rueda aislada (I)

    b) Rueda aislada: Circunferencia primitiva de referencia (r) y

    ngulo de presin de referencia : estos parmetros se emplean para referir a ellos las magnitudes geomtricas de una rueda aislada. La circunferencia primitiva de referencia sera aquella a la que le correspondera un ngulo de presin de referencia que est normalizado a 14.5, 20 y 25, siendo el de 20 el valor ms habitual.

    b1 1b

    2b2

    r rr r cos ir r

    = = =

  • Universidad Carlos III de MadridDepartamento de Ingeniera Mecnica

    Nmero de dientes de la rueda z Paso p: distancia entre puntos homlogos de dos perfiles

    consecutivos de una misma rueda, medida sobre la circunferencia primitiva de referencia.

    Para que dos ruedas engranen deben tener el mismo paso. Mdulo m: cociente entre el dimetro primitivo de referencia y el

    nmero de dientes.

    Dos ruedas engranan si tienen el mismo mdulo.

    Paso diametral (diametral pitch), dp: cociente entre el nmero de dientes y el dimetro primitivo de referencia expresado en pulgadas.

    2 rpz=

    p2rmz

    = = 11 1

    2 2 2

    mz 2r zir mz 2 z

    = = =

    zdp2 r(pulgadas)

    =

    Nomenclatura. Rueda aislada (II)

  • Universidad Carlos III de MadridDepartamento de Ingeniera Mecnica

    Nomenclatura. Dentadura (I)

    c) Dentadura:

    Circunferencia de cabeza (ra):circunferencia que limita los dientes por su parte superior

    Circunferencia de pie (rf): circunferencia que limita el hueco entre dientes por su parte inferior. El hueco debe ser suficientementeprofundo para dejar pasar la cabeza de los dientes de la otra rueda.

  • Universidad Carlos III de MadridDepartamento de Ingeniera Mecnica

    Altura de cabeza o adendo, ha : distancia radial entre la circunferencia primitiva y la cabeza del diente.

    Altura de pie o dedendo, hf: distancia radial entre la raz del diente y la circunferencia primitiva

    Altura total, h: suma de la altura de cabeza y la de pie

    Holgura o juego circunferencial: hueco que dejan al acoplar una pareja de dientes. Necesaria para permitir la deflexin de los dientes, el paso del lubricante y la expansin trmica

    Huelgo o juego en cabeza, c: hueco que dejan una pareja de dientes al engranar, entre la cabeza del diente y el fondo del espacio interdental de la rueda conectada. Suele valer:

    Altura de trabajo hw: diferencia entre la altura total del diente y el juego.

    a fh h h= +

    c 0.25 m=

    Nomenclatura. Dentadura (II)

  • Universidad Carlos III de MadridDepartamento de Ingeniera Mecnica

    Espesor s : Espesor del diente, medido sobre la circunferencia primitiva

    Hueco e: hueco entre dientes, medido sobre la circunferencia primitiva.

    Se cumple que

    cara: parte de la superficie del diente que queda entre la circunferencia primitiva y la de cabeza

    Flanco: parte de la superficie de un diente que queda entre la circunferencia primitiva y la de pie

    Altura de flanco b: anchura del diente medida en direccin paralela al eje.

    2 r mzs2 2

    = =

    me s2= =

    p e s= +

    Nomenclatura. Dentadura (III)

  • Universidad Carlos III de MadridDepartamento de Ingeniera Mecnica

    b 00

    b

    r r cosr r cos= = =

    Perfil de referencia normalizado

    Las dimensiones del perfil de referencia y de la herramienta asociada a l estn normalizadas

  • Universidad Carlos III de MadridDepartamento de Ingeniera Mecnica

    Perfil de referencia (I)

    Cremallera de referencia: til de corte ficticio que se empleara para generar los dientes

    de un engranaje con dimensiones normalizadas. Perfil de referencia:

    Seccin normal de la cremallera de referencia. Se emplea para definir las dimensiones normalizadas del

    dentado.

    Perfil de referencia del dentadoPerfil de referencia de la herramienta

  • Universidad Carlos III de MadridDepartamento de Ingeniera Mecnica

    Penetracin e interferencia (I)

    La evolvente NO puede extenderse por debajo de su circunferenciabase.

    Si la herramienta penetra en el crculo bsico PENETRACIN del diente menor resistencia mecnica

    La porcin de diente que queda por debajo NO tiene perfil de evolvente e interfiere con la cabeza del otro diente INTERFERENCIA entre dientes.

  • Universidad Carlos III de MadridDepartamento de Ingeniera Mecnica

    Penetracin e interferencia (II)

  • Universidad Carlos III de MadridDepartamento de Ingeniera Mecnica

    Nmero lmite de dientes (I)

    OBJETIVO: evitar la penetracin Situacin lmite de penetracin:

    La cabeza de la herramienta sale tangencialmente al flanco que acaba de generar, y no lo daa.

    El extremo del flanco de la herramienta NO debe sobrepasar el punto T, pues all la velocidad relativa de la herramienta y el diente es tangente a ambos.

    Si el extremo de la cremallera se extiende ms all de T, su velocidad no es tangente al flanco del diente, y penetra en l.

  • Universidad Carlos III de MadridDepartamento de Ingeniera Mecnica

    Nmero lmite de dientes (II)

    Como y :

    Para , el nmero lmite de dientes es:

    2rmz

    = br r cos=

    20 =

    2 2

    2 22

    2r 2r r cos 1 cosz z

    2 2 21 cos sen zz z sen

    No obstante, si z>14, la penetracin es muy poco importante, y en la prctica se admite:

    lim2

    2z 17 z 17sen 20

    =

    limz 14=

  • Universidad Carlos III de MadridDepartamento de Ingeniera Mecnica

    Procedimientos de talla para evitar la penetracin

    Objetivo: Evitar la penetracin en ruedas con menos de 14 dientes.

    (a) variacin del ngulo de inclinacin del flanco de la cremallera:

    Sigue siendo vlida la expresin anterior:

    0 20 > =

    1 12 2 20 0

    1 1

    2 2 2z ' z ' zsen sen sen

    z ' z

    = < =

  • Universidad Carlos III de MadridDepartamento de Ingeniera Mecnica

    (b) Dentado rebajado: Se emplea cremallera con alturas de pie y de cabeza inferiores a las

    normalizadas.

    Como y :

    El nmero lmite de dientes es:

    Como en el caso anterior, la cremallera no est normalizada.

    Procedimientos de talla para evitar la penetracin

    ao2

    b

    h my (y 1)r my r cos

    = <

    2rmz

    = br r cos= 2 2

    2 22

    2r 2yr y r cos 1 cosz ' z '

    2y 2y 2y1 cos sen z 'z ' z ' sen

    1 1 1 12 20

    2y 2z ' z z ' zsen sen

    = < =

  • Universidad Carlos III de MadridDepartamento de Ingeniera Mecnica

    (c) desplazamiento en la talla: La lnea media de la herramienta se desplaza una cantidad +xm

    hacia el exterior de la circunferencia primitiva.

    Como y :

    Como para poder cortar debe ser x

  • Universidad Carlos III de MadridDepartamento de Ingeniera Mecnica

    Clculo del factor de desplazamiento en ruedas talladas a V

    Segn se ha visto

    Se sabe, sin embargo, que en la prctica se puede trabajar con un nmero lmite de dientes inferior al calculado, por lo que se toma:

    2

    1 12

    1 1 1 1

    1 12

    2(1 x) senz ' (1 x) z 'sen 2

    z ' z ' z z 'x 1 12 z zsen

    = = = = =

    14 z 'x17=

  • Universidad Carlos III de MadridDepartamento de Ingeniera Mecnica

    Ruedas talladas a cero y ruedas talladas a V

    Atendiendo a la forma en que se realiza la talla, las ruedas se clasifican en:

    RUEDAS A CERO (rueda normal): la lnea media de la herramienta de talla es tangente a la circunferencia primitiva de referencia

    RUEDAS A V (con desplazamiento): la lnea media del perfil de referencia se desplaza respecto a la circunferencia primitiva una cantidad V=mx, contada positivamente hacia el exterior (rueda V+) y negativamente hacia el interior (rueda V-)

  • Universidad Carlos III de MadridDepartamento de Ingeniera Mecnica

    Montaje de engranajes

    Segn el tipo de montaje, los engranajes se clasifican en:

    Engranajes montados a cero: las circunferencias primitivas y de funcionamiento coinciden con las de referencia.

    Engranajes montados en V: las circunferencias primitivas de referencia NO coinciden con las de funcionamiento.

  • Universidad Carlos III de MadridDepartamento de Ingeniera Mecnica

    (a) engranajes montados a cero con ruedas talladas a cero: Las dos ruedas tienen ms de 14 dientes

    (b) engranajes montados a cero con ruedas talladas en V: Una rueda tiene ms de 14 dientes y la otra menos, y su

    suma es mayor de 28 Se tallan las ruedas con x1=x2

    (c) engranajes montados en V con ruedas talladas en V: Los dientes de ambas ruedas suman menos de 28 Las ruedas se tallan con desplazamientos diferentes

    Montaje de engranajes

  • Universidad Carlos III de MadridDepartamento de Ingeniera Mecnica

    La funcin evolvente

    Por las propiedades de la evolvente de crculo

    La funcin recibe el nombre de funcin evolvente

    p p p p*

    b b b b

    EB AB AE AP AE tgr r r r

    = = = =

    tg *Ev( ) tg Ev( ) = =

  • Universidad Carlos III de MadridDepartamento de Ingeniera Mecnica

    Clculo de espesor del diente

    Espesor de una circunferencia de radio rx Por semejanza

    Por las propiedades de la evolvente

    Anlogamente

    Sustituyendo en (1)

    Necesitamos conocer el valor de

    p p p p( )x x xxx b b b

    s 2 EC r rs 2 EC 2 CB EB (1)r r r r

    = = =

    ( )p

    p ( )*x x b x*b x

    EvEB r Ev

    Como : EB r

    = = = p ( )bCB r Ev=

    ( )( )

    xx b b x

    b

    x x x

    rs 2 r Ev( ) r Ev( )r

    s 2 r Ev( ) Ev( ) (2)

    = =

    ( )Ev

  • Universidad Carlos III de MadridDepartamento de Ingeniera Mecnica

    Clculo del espesor del diente

    El espesor en la circunferencia primitiva de referencia, s, se mide en la cremallera y vale:

    Aplicando la ec. (2) a la circunferencia primitiva de referencia:

    Sustituyendo en la ec. (2) queda:

    s' s 2 sm ms s' 2 x m tg

    2 2s tg s x m tg

    xm

    = + = = + = =

    ( ) ( )m m2 x m tg 2 r Ev Ev 2 x m tg m z Ev Ev2 2

    2r mz 2xComo : m r Ev tg Evz 2 2z z

    + = + = = = = + +

    x x x2xs 2 r tg Ev Ev

    2z z = + +

  • Universidad Carlos III de MadridDepartamento de Ingeniera Mecnica

    Distancia entre ejes de funcionamiento

    Distancia entre ejes de funcionamiento a:

    Suma de los radios primitivos de funcionamiento.

    Como:

    Sustituyendo

    0 1 2a r ' r '= +

    b

    b

    r r ' cos ' cosr ' cos ' r cos r ' rr r cos cos '= = = =

    ( )0 1 2 cosa r r cos '= +

  • Universidad Carlos III de MadridDepartamento de Ingeniera Mecnica

    Distancia entre ejes de funcionamiento

    (a) engranajes a cero: Como:

    (b) engranajes en V sin holgura circunferencial: Sobre las circunferencias primitivas de funcionamiento:

    Suma del espesor de los dientes = paso Paso circunferencial sobre circunferencia primitiva de

    funcionamiento:

    0 1 2' a r r = = +

    2 r 'p ' 2 cosz p' rcos z cos 'r ' rcos '

    2 mz coscomo r mz 2 : p'z 2 cos '

    = = = = =

  • Universidad Carlos III de MadridDepartamento de Ingeniera Mecnica

    Espesor de los dientes sobre la circunferencia primitiva de funcionamiento.

    Distancia entre ejes de funcionamiento

    ( )1 2

    2xs' 2 r ' tg Ev Ev '2z z

    como :cos mz cos mz cos 2xr ' r s ' 2 tg Ev Ev 'cos ' 2 cos ' 2 cos ' 2z z

    cosm 2x tg z Ev Ev 'cos ' 2

    igualando p' con s' s ' queda :cos cosm mcos ' c

    = + +

    = = = + + = = + +

    + = ( ) ( ) ( )

    ( ) ( ) ( )1 2 1 2

    1 2 1 2

    1 2

    1 2

    2 x x tg z z Ev Ev 'os ' 2

    2 x x tg ' z z Ev Ev ' 0x xEv ' 2 tg Ev ' a 'z z

    + + + + + + + =

    + = + +

  • Universidad Carlos III de MadridDepartamento de Ingeniera Mecnica

    Distancia entre ejes de funcionamiento

    (c) engranajes en V sin holgura radial: La lnea media de la cremallera

    de referencia de la rueda 1 coincide con la de la 2

    Multiplicando y dividiendo por

    como

    ( ) ( )( )

    0 1 1 2 2

    1 2 1 2

    a r mx r mx

    r r x x m

    = + + + == + + +

    ( )1 22 z z+( )1 20 1 2 1 2

    1 2

    x x ma r r 2 z zz z 2+= + + ++

    ( ) ( ) ( )( )

    1 21 2 1 2 0 1 2 1 2

    1 2

    1 20 1 2

    1 2

    mz m x xr z z r r a r r 2 r r2 2 z z

    x xa r r 1 2z z

    += + = + = + + + + + = + + +

    m 2r z=

  • Universidad Carlos III de MadridDepartamento de Ingeniera Mecnica

    Longitud de engrane

    El segmento de engrane se puede considerar como la suma de dos segmentos, unidos por el punto primitivo.

    = +acercamiento alejamientog g g

    1E P 2PE

  • Universidad Carlos III de MadridDepartamento de Ingeniera Mecnica

    Coeficiente de engrane (grado de recubrimiento)

    En un par de engranajes el ratio entre: El arco de conduccin (evolvente) y El paso (circunferencia base) p 2 r/ z= b bp 2 r / z m cos( )= =

    q2 1E E

    q2 1

    b

    E Ep

  • Universidad Carlos III de MadridDepartamento de Ingeniera Mecnica

    Arco de conduccin(circunf. Base y Circunf. Primitiva)

    Es el arco girado desde el engrane y el desengrane de un diente.

    Por las propiedades de la evolvente el arco de conduccin es igual a la longitud de engrane.

    Si el arco es medido en la circunferencia primitiva de funcionamiento r, entonces

    q2 1E E

    q2 1E E g=

    q2 1E E g / cos( )=

  • Universidad Carlos III de MadridDepartamento de Ingeniera Mecnica

    Clculo de la longitud de acercamiento

    2 2 2f 2 2 2 c2 2 2g E T PT R R sen( )= =

  • Universidad Carlos III de MadridDepartamento de Ingeniera Mecnica

    Clculo de la longitud de alejamiento

    2 2 2a 1 1 1 c1 1 1g E T PT R R sen( )= =

  • Universidad Carlos III de MadridDepartamento de Ingeniera Mecnica

    Longitud de engrane. Arco de conduccin

    Longitud de engrane, g: suma de las longitudes de acercamiento y alejamiento

    Arco de conduccin, : es el arco correspondiente al ngulo girado al pasar de E2 a E1 Por las propiedades de la evolvente, el arco de

    conduccin medido sobre la circunferencia bsica es igual a la longitud de engrane.

    Si se mide en circunferencia primitiva de funcionamiento vale: Por semejanza de arcos: Como y queda:

  • Universidad Carlos III de MadridDepartamento de Ingeniera Mecnica

    Grado de recubrimiento o coeficiente de engrane

    Por las propiedades de la evolvente, es el paso medido en circunferencia bsica.

    Del mismo modo, tambin es el paso medido en circunferencia bsica.

    Grado de recubrimiento, : es el cociente entre el arco de conduccin y el paso. Tomando ambos sobre la circunferencia bsica: La porcin debida a la rueda 1 es: Y la debida a la rueda 2 es:

  • Universidad Carlos III de MadridDepartamento de Ingeniera Mecnica

    ( )2 2 2 2a1 b1 a2 b2 p1 p2C

    r r r r r r senR

    m cos + + =

    2 2 2 2a1 b1 p1 a2 b2 p2

    C

    r r r sen r r r senR 2 r cos

    Z

    + =

    1 2 1 1 2 2C

    bb

    g g TB TP T A T PR 2 rpZ

    + + = = =

    Relacin de contacto