“Fundamentos para la “Fundamentos para la Lubricación de Lubricación de
Engranajes”Engranajes”
Ing.Ignacio Quiros AmievaDirector Tecnico, Grupo Tritech.
Ing. Gilberto Andrade ViascánGerente de Ventas, Grupo Tritech
18 de Junio de 2004
Contenido
I) Generalidades- Reseña histórica- Propositos de los engranes- ClasificaciónII) Consideraciones de Diseño- Geometria- Velocidad- Capacidad de Carga- Otras consideracionesIII) Lubricacion de Engranajes- Principios de Lubricación- Tipos de película lubricante- Propositos de la lubricación.- Sistemas de Lubricación- Lubricantes- Aditivos.IV) Selección del Lubricante- Factores a considerar- Asociaciones- Especificaciones- Cálculo de la viscosidad
Contenido
V) Mantenimiento- Limpieza- Niveles- Filtración externa- Agua- Analisis de laboratorio- Inspeciones y fotografias- Procedimiento de CambioVI) Fallas en Engranajes- Desgaste- Escoriado- Fatiga Superficial- Flujo Plastico- Fracturas- CompuestosVII) Consideraciones Finales- Que debreriamos buscar en un aceite para engranajes.- Como medir una optima lubricación.- Operación sin problemas.
Demanda de lubricantes para cajas de engranes
• Los diseños y construcción de cajas de engranes y transmisiones modernas requieren de mejores lubricantes ya que demandan:– Mayores potencias– Menores consumos de energia– Materiales mas resistentes al desgaste– Depositos y diseños más pequeños– Mayores ciclos de drenado– Mayor Confiabilidad y producción continua.– Menor contaminación ambiental
Puesto que el lubricante es parte del diseño de una máquina, elmercado requiere de mejores lubricantes en los Engranajes yTransmisiones.
Demanda de lubricantes para cajas de engranes
• El futuro….
• Alta resistencia a la fatiga en todos suscomponentes.
• Alta confiabilidad en la transmisión de velocidades y torques.
• Alta capacidad de enfriamiento en condicionesde maxima capacidad de transmisión.
• Operación en bajos niveles de rudio.
*Dependiendo de cada aplicación en un engranaje, losrequerimientos de diseño varian.
Reseña Histórica
• Al igual que la rueda no se ha podido definir el inventor aunque existen indicios de su uso desde antes de cristo
• Como una ciencia formal el estudio y diseño lleva alrededor de100 años
• Las formas de los dientes (involutao cicloide) pueden llevarse hasta500 años atrás.
• Siglo XIX comienza el uso de metales y de fabricación de engranes por medio de máquinas
• Las capacidades de cargacomienzan a medirse a mediadosdel siglo XIX
• Se ha revolucionado en los últimos75 formando parte de un sin número de máquinas
Propósitos de los engranes
Propósito de los engranes
• El engrane es una rueda dentada, utilizada para:– Transmitir movimiento de
un eje a otro.– Trasmitir potencia.– Cambiar velocidad y
sentido de rotación.
M1 <> M2
P1 <> P2 + Pv
n1 <> n2=
Paralelos De intersección
Sin intersección
CLASIFICACIÓN DE ENGRANES POR SUCONSTRUCCIÓN Y COLOCACIÓN DE EJES.
Cambio de la dirección del movimiento
CLASIFICACIÓN DE ENGRANES POR SUCONSTRUCCIÓN Y COLOCACIÓN DE EJES.
Transmitir Potencia
Cambio de velocidad, dirección y Potencia
Cambiar dirección del movimiento
Cambiar torque
Clasificación
TIPOS DE ENGRANES POR SU
DISEÑO
E. Rectos E.Helicoidales
E.Cónicos
E. SinfinE. Sinfin
Clasificación
Clasificación
Rectos
Cónicos
Clasificación
Helicoidales
Doble helicoidal
Clasificación
Hipoidales
Gusano o tornillo
El tamaño no importa, los principios son los mismos
Nomenclatura básica
Nomenclatura básica
Consideraciones de Diseño
• Configuración• Tipo• Espacio• Geometría• Velocidad• Capacidad de carga
Consideraciones de Diseño
• Configuración• Tipo• Espacio• Geometría• Velocidad• Capacidad de carga
Geometría
Geometría
• Dos rodillos girando dan velocidades tangenciales iguales
• Eso es el diámetro de paso o primitivo• Operación suave se logra con la forma del
diente y el perfil• El piñón es el que transmite la potencia y la
catarina o rueda es la que lo recibe
Geometría de los engranes (involuta)
Geometría de los engranes ( ángulo de presión.)
• Angulo de presión ( 13.5 grados para cargas bajas, 20 medianas y hasta 25 para trabajo pesado).
Linea de acción
TANGENCIAL
Circulo Base
Angulo de presión
?
Linea de los centros
Circulo Base
Geometría de los engranes (Línea de acción)
Geometría de los engranes (Interferencia)
Geometría de los engranes (backlash o huelgo)
• Huelgo, espacio entre dientes
• Puede servir para revisar alineamiento o desgaste
Geometría de los engranes (Adendo y Dedendo)
• Rodadura vrs. Deslizamiento– La rodadura solo en la
primitiva– La velocidad aquí es cero– La velocidad de
deslizamiento redunda en el diseño en la eficiencia del engrane
– La velocidad de deslizamiento puede ir desde un 50% hasta un 150% de la velocidad en la primitiva y eso genera calor
Relación de velocidades
Velocidad
• La forma mas simple de transmitir son dos cilindros o dos conos
• Velocidad lineal = Vel. Angular x Radio• Las dos velocidades deben ser iguales, por lo
que la relación de velocidad es:Rpm (1) = Diam (2)Rpm (2) Diam (1)
• Diámetro de pasoP = # dientes
Diam.(plg)
1 2
Velocidad
85-98.008,000-15,0003-10Hipoidales
35-90.005,000-10,0003-80Gusano
Ejes no paralelos y no coplanares
97-99.258,000-30,0001-8Espiral
97-99.501,000-10,00001-8Cónicos rectos
Ejes no paralelos coplanares
97-99.506,000-40,0001-10Helicoidales
97-99.755,000-20,0001-7Rectos
Ejes Paralelos
Eficiencia Típica
(%)
Velocidad máxima(Ft/min)
Relación de
Velocidad
Tipos de fricción en engranes
Dientes de engranesRegímenes mixtos
Fricción por rodadura,en el círculo de paso(pitchline), lubricación:Elastohidrodinámica (EHD)
Fricción de deslizamiento, por arriba y por debajo del círculo de paso, lubricación: Límite / Hidrodinámica
Círculo de paso
Línea de paso RodaduraRodadura
Círculo de paso (CP) – mitad del diente(A) Addendum – arriba del CP -Deslizamiento(D) Dedendum – debajo del CPDeslizamiento
Engranajes tipos de fricción y características –DIN 868
Tipo de fricción -contacto
RODADURA RODADURA DESLIZAMIENTO DESLIZAMIENTO
Tipo de engrane
Rectos Cónicos rectos
Posición de ejes
Paralelos Intersectan
Helicoidales cruzados
Se cruzan Se cruzan 90°C
Hipoidales
Forma del elemento
Cilindro Conos Cilindro Conos
Tipo de contacto
entre dientes
Cilindro-tornillo
% de deslizamiento
Rango de eficiencias
STD
Etapas 1 > 98.5% 2 > 97% 3 > 95.5 4 > 94 %
> 98% > 95%
Alta relación de transmisión 50 – 90%
Baja relación de transmisión 85-96%
> 50 -80%
En línea
En línea
En un punto
En un punto
En línea
Rodadura deslizamiento
Rodadura deslizamiento
Se incrementa el
deslizamiento
Se incrementa el
deslizamiento
Mayor deslizamiento que rodadura
“Sin fin”
Se cruzan
10 a 30 20 a 40 60 a 70 60 a 70 70 a 100
Capacidad de carga
Capacidad de carga
• Cargas variables• Carga estática y de bajo ciclaje: Aplicaciones
especiales • Durabilidad• Resistencia a esfuerzos• Desgaste• Scoring
Capacidad de carga
• Cargas variables• Carga estática y de bajo ciclaje: Aplicaciones
especiales• Durabilidad• Resistencia a esfuerzos• Desgaste• Scoring
Capacidad de carga
• Durabilidad– Fatiga superficial como la
picadura o pitting. El cálculo se da en los esfuerzos de contacto
• Resistencia a la flexión– Cargas repetidas,
ecuación de Lewis
• Esfuerzos de contacto o Hertzianos– Deformación elástica. Útil
para escoger el material y el lubricante
Capacidad de carga
• Carga estática y dinámica, factor de servicio. Puede ir desde 1.25 hasta 3.1
2.25 o mas21.751.5Sobrecargas Altas
2.00 o mas1.751.51.25Sobrecargas medias
1.851.61.351.1Sobrecargas
moderadas
1.751.51.251Uniforme
SobrecargasAltas
SobrecargasMedias
SobrecargasModeradasUniforme
Tipo de carga de lafuente motriz
Tipo de carga de en la maquina impulsada
Capacidad de carga
• Resistencia a esfuerzos– Ruptura de dientes. La limitación viene de los
esfuerzos de tensión que resiste el material principalmente
Derechos Reservados, México 2003
ESFUERZO
Elongación en mm
Región elástica
Límite elástico
(fluencia)
Región plástica
X
Tensión máxima de elongación Fractura
Elongación en mm
Región elástica
Límite de fluencia
XFractura
Material frágilMaterial dúctil
ESFUERZO
Propiedades del material -Elasticidad
Capacidad de carga
• Desgaste– Es el mas difícil de predecir analíticamente. Lo
determina el ancho de película– Es menor en aplicaciones de media a alta velocidad– Depende mucho del acabado superficial y el
tratamiento del metal
Derechos Reservados, México 2003
Superficie aparente
SUPERFICIE REAL DE CONTACTO = SUMA DE (S1 + S2 + S3 + S4)
SUPERFICIE 1
SUPERFICIE 1
S2S1 S3 S4
w w
Presión
Distancia espacial
Superficie real y aparente de contacto
Lubricación
Lubricación de engranes
Lubricación Hidrodinámica
Existe cuando la película lubricante entre las dos superficies es de suficiente espesor para separar por completo las asperezas en las superficies. En este caso existe la fricción fluida verdadera entre las superficies en movimiento y no ocurre contacto de metal con metal.
R
Existe cuando la película de lubricante entre las dos superficies es de suficiente espesor para separar la mayor parte de las asperezas de las superficies, pero puede ocurrir algún contacto de metal con metal.
R
h
Lubricación mixta
Tribol
Tribol
Tribol
Tribol
Tribol
Existe cuando el espesor de la película es igual a las alturas de las asperezas y ocurre un contacto amplio de metal con metal.
Lubricación límite
Lubricación Elastohidrodinámica
• La película de lubricante se forma entre dos superficies altamente cargadas y en movimiento
• La viscosidad se incrementa cuando es forzada a la zona de carga (mayor presión), lo cual hace queincremente su capacidad de carga
• Los picos de las asperezas se deforman elásticamente
• Este fenómeno se da principalmente en rodamientos, engranes y levas
Curva Stribeck y los regímenes de lubricación
Tipos de Película
• Se busca que este en EHD y el tamaño de película es de: 000002-000005 plg. valores cercanos a los acabados superficiales
• En la lubricación mixta o cercana a la EHD normalmente se necesita aditivos anti-desgaste para ayudar cuando se da el contacto
• En la lubricación limite hay contactos fuertes entre las superficies y solo moléculas de aceite las separan y se necesitan aditivos de extrema presión
Propósitos de la Lubricación
• Reducir la fricción y el desgaste separando las superficies– Barreras físicas o químicas– Físicas, film hidrodinámico, compuestos polares
que son adsorbidos en la superficie bajo carga y la película EHD
– Químicas son aditivos, reaccionan a altas temperaturas forman nuevos compuestos para prevenir la soldadura
Propósitos de la Lubricación
• Disminuir y controlar la fricción
• Amortiguar el impacto– La película de lubricante
debe permanecer intacta durante los cambios en la carga para prevenir el contacto de metal-metal
Propósitos de la Lubricación
• Sellar - eliminar la contaminación– Transportando partículas y otros contaminantes a
filtros y separadores
Propósitos de la Lubricación
• Prevenir la corrosión– Protegiendo las superficies contra sustancias
corrosivas
Propósitos de la Lubricación
• Controlar la temperatura– Absorbiendo y transmitiendo el calor generado
Capacidad de carga
• Escoriado– A altas velocidades el
deslizamiento puede crear condiciones instantáneas de temperatura y presión que destruyen la película de lubricante y las asperezas se pueden llegar a soldar, por la inercia estas uniones se rompen y rasgan el material del diente en dirección del movimiento.
– Hay que aclarar que no es un tema de fatiga ya que no depende del tiempo
Capacidad de carga
Velocidad linealCap
acid
ad d
e to
rque
del
eng
rane
EscoriadoDesgaste
Pitting
Resistencia
Otras consideraciones de diseño
• Desalineamiento– Produce mayores esfuerzos– Distorsiones del eje, deflexión del eje, esfuerzos
térmicos, errores de maquinado, desgaste en rodamientos o en engranes o montaje
• Metalurgia– Resistencia a la flexión y la durabilidad de la
superficie dependen de ella.
Sistemas de lubricación
Sistemas de lubricación
• Salpique• Presión forzada• Goteo• Atomización o niebla• A mano
Salpique
• Salpique– Velocidades bajas
(< 5,000 ft/min)– Normalmente la
catarina es la que se sumerge
– Si es muy baja la velocidad use raspadores o discos
BREATHER
SEDIMENT CHAMBER
Presión forzada
• Velocidades altas (> 5,000 ft/min)
• Se necesita mas aceite para enfriamiento
• Pueden existir depósitos internos o externos
STRAINER
PUMP
CHECKVALVE
OIL COOLER
BEARINGFEEDLINES
FLOWSIGHT
RELIEFVALVE
Goteo
• Baja velocidad, baja carga
• Lubricación a perdida
Atomización o spray
• Niebla en altas velocidades
• Spray en bajas velocidades o engranes abiertos
A mano
• Puede ser con brocha ó por goteo
Lubricantes
Tipos de lubricantes para engranes
• Aceites minerales• Grasas• Aceites sintéticos• Compuestos
Lubricantes
• Tipos de aceites minerales– R & O
• Altamente refinados, usados en altas velocidades
– EP• Sulfuros, Fósforo, sólidos, mayores cargas
– Compuestos• Engranes de gusano, contienen grasa animal para darle
lubricidad en aplicaciones de alta velocidad de deslizamiento
• Diferencias típicas:– R y O Mayor demulsibidad, IV mayor en sintéticos,
EP Timken de 60 lb,
Lubricantes
• Tipos de grasas– Baja velocidad o donde las fugas puedan ser
problema.– Reducen fricción pero no calor.– Grados 0, 00 y 000– Mayor mantenimiento por los residuos que quedan
pegados
Lubricantes
• Tipos de sintéticos– Uso principal en temperaturas extremas (alta o
baja)– Poliglicoles (PAG), esteres orgánicos, SHC, esteres
fosfatados, silicones y polialfaolefinas (PAO)– Mayor costo inicial, compatibilidad con sellos y
pinturas., sensibles a la contaminación.– Menor costo de operación, menor temperatura,
ahooro de energía, menor contaminación.
Rangos de temperaturas de operación tipicos.
ACEITE MINERAL
SHC
ESTER ACIDO DIBASICO
ALKIL BENCENOS
POLIOLESTER
POLIGLICOL
ESTER DE FOSFATO
90 ºC
150 ºC
200 ºC
250 ºC
320 ºC-60 ºC
-45 ºC
-30 ºC-15 ºC
En función de suformulación
Servicio contínuo
Lubricantes
• Compuestos– Tipos de asfálticos o residuales
• Usados en aplicaciones de engranes abiertos. Alta viscosidad, pegajosos y para bajas velocidades.
– Gel de aceite de viscosidad• Mejor fluidez para limpiar contaminantes, de
fácil aspersión y drenado
Aditivos
Aditivos
• Son químicos que se le agregan a los lubricantes para mejorar ciertas características.
• La formulación es crítica. Hay componentes que son opuestos por ejemplo inhibidores de corrosión y EP
• Compuestos Polares• Polímeros• Elementos activos como Azufre, Fósforo,
Cloro, etc.
Aditivos
• Inhibidores de la oxidación• Inhibidores de la corrosión• Demulsificadores• Mejoradores del Índice de viscosidad• Depresantes del punto de congelamiento• Inhibidores de espuma• Detregentes/Dispersantes• Antidesgaste AW• Extrema Presión EP
Aditivos
• Inhibidores de la oxidación– Los subproductos de la oxidación del lubricante
normalmente son dañinos para las partes del reductor (particularmente los no ferrosos) o para el lubricante (cambios de viscosidad)
– La oxidación es exponencial con la temperatura y el tiempo
Aditivos
• Inhibidores de la corrosión– Normalmente se da por
contacto con agua (herrumbre)
– Tratan de pegarse al metal para evitar el contacto con la humedad
– En metales no ferrosos el ataque es primordialmente ácido. Aquí dependerá del metal que queramos proteger
Aditivos
• Demulsificantes– El aceite tiene que
separase del agua que se forma por los condensados para poder ser drenada
– Es mayor el problema con los sintéticos
Aditivos
• Mejoradores del Índice de viscosidad– La viscosidad de un fluido es inversamente proporcional a la
temperatura– Son polímeros de cadenas largas y tienden a romperse en
aplicaciones de alto corte• Depresores del punto de congelamiento
– En aplicaciones de baja temperatura el aceite se puede convertir en un sólido y no fluir.
– Las bases nafténicas tienen mejores propiedades• Antiespumantes
– No se debe confundir con aire atrapado, el tamaño de la burbuja es mayor.
– La espuma no es transmisora de calor, produce cavitación en bombas y normalmente se da por efectos mecánicos
• Detergentes/Dispersantes– Controlar la formación de lodos y barnices– Busca mantener en suspensión los contaminantes
Aditivos
• Antidesgaste (AW)– Usados más en aceites de baja viscosidad. – Los mas usados son fosfatos orgánicos (ZDDP)
• Extrema presión (EP)– Buscan controlar la soldadura entre las superficies– Normalmente activados por alta temperatura– Son agresivos a algunos metales
Avances en tecnologías de protección de superficie
Capa delgada protectora > Convencional
Película protectiva de alta densidad > Lubricantes Sólidos
Acción de alisar la superficie > Mejoradores de superficie
Película convencional
• Lubricación con EP y AW solubles necesitantemperatura para activarse– Fósforo– Zinc (zinc difosfato or ZDP)– Azufre– Clorinados
Nota: Los ZDP También funcionan como antioxidantes
Película convencional
Aditivos solubles EP/AW
Pelicula natural de oxidos
Aditivos EP / AW bajo lubricación hidrodinámica (ideal)( Estado no-reactivo)
Película convencional
Bajo condiciones de lubricación de límite, la película de óxido natural se rompe y los aditivos se sacrifican y reaccionan para formar una capaprotectora
Película convencional
Soldadura
Cuando las fuerzas de frición exceden la capacidad de carga de la película EP/AW, la soldadura puede ocurrir.
Película con sólidos
• Algunos sólidos típicos– Disulfuro de Molibdeno– Grafito– PTFE (Teflón)– Talco– Mica
(*Tienen la estructura molecular como un juegode naipes)
Película con sólidos
Aditivos solubles EP/AW
Aditivos sólidos
Los aditivos sólidos bajo condicionesde lubricación hidrodinámica
Película con sólidos
Superficie
Superficie consólidos
Película con sólidos
Película mejorada
Avance tecnologico de aditivación EP
Lubricantes EP Convencionales
Lubricantes EP con aditivos sólidos
Ensayos SRV(*) : Normas DIN 51834 - ASTM D 5706
Pruebas de Fricción-Desgaste, Análisis de Propiedades EP
Nuevas Tecnologías EP
Lubricantes EP con tecnologias de reacondiconamiento superficial (*)
* La eficiencia es función del tipos de engranaje y de lascondiciones de operación del sistema.
Selección del lubricante
El engranaje como un sistema tribológico
Carg
aC
arga
Carg
aC
arga
Tipo y calidad del Tipo y calidad del lubricantelubricante
••Estructura, y composiciónEstructura, y composición
••VISCOSIDADVISCOSIDAD
••Forma de aplicación y frecuenciaForma de aplicación y frecuencia
Propiedades de los materiales, forma y diseño
Condiciones de operación
Agua, polvo, químicos, etc
Velocidad
Temperatura
•Ambiente
•Proceso
Factores mecánicos
Montaje, alineación, Sellos
Factores humanos
Tipo y calidad del mantenimiento
Selección del lubricante
• Factores para seleccionar un lubricante– Tipo de engrane– Velocidad de funcionamiento– Potencia transmitida– Naturaleza y uniformidad de la carga– Relación de reducción– Temperatura de operación– Método de lubricación
Lubricación
• Asociaciones que norman y establecen requisitos y criterios de selección en un lubricante para engranajes
– AGMA – American Gear anufactures Association
– SAE GEAR – API (GL-1 a GL6) - Society of Automotive
Engineers ( GL = Gear Lubricant)
– US Military– DIN -
Especificaciones AGMA
Equivalencias de viscosidades
Aceite de bajaviscosidad
•Alta velocidad
•Carga ligera
•Baja Temperatura
Aceite de alta viscosidad
•Baja velocidad
•Carga pesada
•Alta Temperatura
Cálculo de la viscosidad
Cálculo de la viscosidad
“Es necesario considerar lasrecomendaciones del
fabricante”.
Cálculo de la viscosidad
• Por tablas o:– Visc.(en cst) = 500/(velocidad lineal en m/seg)
• Subir un grado ISO si:– La temp. Ambiente excede los 35 C– La temp. del aceite es mayor a 70 C en sistemas de
circulación
• Subir dos grados ISO si:– La temp. Ambiente excede los 50 C– La temp. del aceite es mayor a 85 C en sistemas de
circulación
Reductores helicoidales, doble helicoidal, rectos y cónicos
Lubricantes para gusanos cilíndricos
Lubricantes para gusanos de doble hélice
Ejemplo cálculo de velocidad
• Tenemos velocidad de entrada de 3600 RPM
• Reductor de dientes helicoidales
• Moviendo un generador eléctrico
• Temperatura ambiente 35 C
• La relación de velocidades 6:1
• Diámetro de la catarina de 3 ft
Ejemplo cálculo de velocidad
• Calculamos velocidad tangencial de salida:3600/6= 600 RPMVt=pi(600)(3)
= 5600 ft/min• Según tabla AGMA
debiéramos usar un aceite AGMA 2 (ISO 68)
• Como es una carga uniforme y algo de alta velocidad se escogería un aceite R & O
Ejemplo cálculo de velocidad
• Tenemos velocidad de entrada de 3600 RPM
• Reductor de dientes helicoidales
• Moviendo un molino de acero
• Temperatura ambiente 35 C
• La relación de velocidades 60:1
• Diámetro de la catarina de 6 ft
Ejemplo cálculo de velocidad
• Calculamos velocidad tangencial de salida:3600/60= 60 RPMVt=pi(60)(6)
= 1100 ft/min• Según tabla AGMA
debiéramos usar un aceite AGMA 6 (ISO 320)
• Como es una carga impacto y baja velocidad se escogería un aceite EP
Selección del lubricante
• Los PDS o hojas de especificaciones dan mucha de la información necesaria.
• Hojas de seguridad MSDS.• Aprobaciones o recomendaciones de
fabricantes.• Pruebas de rendimiento.• Compatibilidad con sellos y otros lubricantes• Certificaciones o puebas de ecologia.
Mantenimiento
Mantenimiento
• Limpieza• Nivel• Filtraje externo• Agua• Análisis de laboratorio• Inspecciones y fotografías• AGMA cambios cada 2500 horas o 6 meses(*)
* Criterio en deshuso, el fundamento esta basado en el análisisprofesional de laboratorio CMO: Condiciones de lubricante, de Contaminación y Desgaste.
Limpieza
• Hay que darle mantenimiento a los respiraderos y filtros, no son eternos
Nivel de aceite
• La cantidad de aceite es tan importante comola elección del lubricante
• Es frecuente la idea de llenar por encima del nivel para que quede “bien lubricado”
Nivel de aceite
• Alto nivel: agitación adicional, se incrementa la fricción fluida y por lo tanto la temperatura.
• Bajo nivel: es más crítico, ocurre contactometal – metal, ocurre desgaste adhesivo y luego abrasivo
Nivel de aceite
• Es muy importante mantener el visor limpio
Visor de aceite
Nivel de aceite
• La cantidad de llenado con grasa puedecambiar
• La posición del reductor también afecta
Reductor conaceite
Reductor congrasa
Filtraje externo
• Hay ocasiones en las que es necesario filtrar el aceite en marcha
• Se recomienda tener un filtro grande de unas 40 micras y luego el fino (para engranes basta con 20 micras)
(*) Nuevos estudios han demostrado que se requieren filtros de hasta 10 micras, dependiendo del fabricante y del medio ambiente.
Niveles de limpieza del sistema ISO 4406ISO 15/12 - ISO 16/13 - R6, R14
- Se recomienda consultar con fabricante
Agua
• Periódicamente hay que drenar el agua que se condensa en los depósitos
Análisis de laboratorio
Inspecciones y fotografías
• Hay que llevar registros de todo lo que hagamos
Procedimiento de cambio
• Planificar el paro con producción
• Parar el reductor• Drenar el aceite en caliente• Tomar muestra de aceite para
verificar el estado del reductor y como referencia
• Destapar visitas• Limpiar el sistema con un
aceite ligero• Llevarlo a nivel y arrancarlo
sin carga hasta que alcancela temperatura de operación
• Parar, remover visitas y hacerinspección, si esta bien seguirtrabajando hasta verlo limpio
Procedimiento de cambio
• Drenar el aceite de limpieza• Cambiar filtros si fuera
sistema de circulación• LLenar al nivel correcto y
arrancar• Destapar visitas y revisar
boquillas de sprayeado• Llevarlo a la temperatura de
trabajo• Revisar presiones y fugas• Parar y revisar• Sacar otra muestra para
usarla como base
Herramientas para el cambio
• Recipientes para el aceite usado
• Recipientes de transferencia
• Embudos• Bombas de aceite• Manejo de depósitos• Aceite nuevo• Mangueras• Tapones• Filtros• Herramientas
Fallas en engranes
Fallas
• Desgaste• Fatiga superficial• Flujo plástico• Ruptura
Fallas
• Desgaste– Pulido– Abrasivo– Corrosivo
• Scoring• Fatiga superficial• Flujo plástico• Fractura• Manufactura• Compuestas
Desgaste
Abrasión
Causa tipica: Se produce por contaminación de partículas arrastradas por el aceite. Generalmente se notan rayaduras en la raíz y en la punta donde el deslizamiento es mayor. Las rayaduras generan microgrietas, picaduras y alteramiento en el perfil de los dientes.
Recomendación: Realizar análisis de aceite para verificar partículas y tamaño, se recomienda filtrar el aceite, verificar filtros, venteos y sellos. Realizar segundo análisis de aceite para verificar limpieza, solidos y metales dedesagste presentes.
Abrasivo
Desgaste
CorrosiónCausa tipica: Se produce por
accion de agentes externos o por condiciones de contaminación del sistema, en particular prescencia de agua y humedad fuera de especificaciones. Agua en prescencia de lubricantes con aditivos base Azufre ó Cloro, pueden acelerar el proceso de corrosión.
Recomendación: Realizar análisis de aceite para verificar cantidad de agua y condiciones del lubricante en uso. En caso de concentración de agua en el aceite, se afecta la viscosidad y aditivos, se recomienda su limpieza o cambio total, dependiendo del resultado del análisis de laboratorio.
Fatiga superficial(micropitting –pitting)
Causa probable: El picado destructivo no es problema de lubricación, pero un error en la viscosidad puede acelerar también el proceso. La fatiga superficial se identifica por picaduras en la raíz del dedendum de los dientes impulsores., si no se controla se presentará la destrucción y probable fractura de los dientes. Si se identifican grietas en la dirección del deslizamiento la picadura será acelerada.
Recomendación: Equilibrar cargas y verificar la alineación. Incrementar uno o dos grados la viscosidad. Utilizar lubricantes sintético o de alta tecnología con Sulfuro de Molibdeno o con aditivos especializados.
Picadura inicial o Pitting
Picadura avanzada
PRUEBA FZG EN ENGRANES DIN 51 354
Objetivo de la pruebaDetermina la capacidad de carga y resistencia de un lubricante en condiciones de película limite y EP. Se mide el desgaste y la aparición de “microppiting” en el par de engranajes de prueba.
Prueba FZG en engranes
DIN 51 354
PRUEBA FZG EN ENGRANES DIN 51 354 - ETAPAS
Lubricantes de alto rendimiento
Aceites convencionales
Lubricantes de engranes
Lubricantes hidráulicos Presión
superficial media a alta
Presión puntual alta, con cargas de
choque.
Prueba FZG Prueba FZG -- Prueba de límite de carga Prueba de límite de carga
Lubricantes especializados
Etapa de
Prueba
Presión Hertz
N/mm2
Tipo de Lubricante Evaluación
Prueba FZG en engranes - DIN 51 354 - Etapas
PRUEBA DE RESISTENCIA ( FZG ) MICROPITTINGAparición de micropitting o pitting en
los engranajes de prueba
Fatiga superficial
• DescostradoCausa probable: Fatiga superficial por altos esfuerzos de
tensión y compresión, si se presenta en intervalos cortos de operación, puede ser un defecto de tratamiento térmico. La lubricación no es la causa, pero un error en la selección de la viscosidad o calidad de aditivos, pueden acelerar el proceso.
Recomendación: Verificar la carga de trabajo, viscosidad y tipo de aditivos.
Flujo plásticoCausa Tipicas: Surge por trabajar el
engranaje por arriba de su carga de deformación en combinación con vibración no controlada. El material fluye hacia los extremos de los dientes formando rebordes que destruyen el perfil original de los dientes.
Recomendación: Verificar las cargas del reductor, incrementar la viscosidad del aceite., verificar dureza de los dientes.
FracturasCausas típicas: Surge como resultado de
una gran repetición de cargas. Puede presentarse por sobrecarga cuando se excede la resistencia de tensión del material, de ninguna manera se debe a defecto de lubricación. El desalineamientoacelera el proceso de fatiga.
Recomendaciónes: Verificar las cargas del reductor, si la fractura es temprana se sugiere analizar el diseño, montaje y selección del engranaje, y dureza contra las cargas de trabajo de diseño.
Compuestas
Residuos (Lodos o barnices)
Consideraciones finales
Qué debiéramos buscar en un aceite de engranes?
• Mayores intervalos de cambios
• Menores temperaturas de operación
• Menos fricción• Menor desgaste
• Menores costos de mantenimiento
• Menores costos totales• Reducir el consumo
energético• Efectos ambientales
positivos• Menores paradas• Mayor vida de los
equipos
Como medir una buena lubricación?
• Tiempo perdido.– Debido a cambios o
rellenos.– Debido a reparaciones.– Es programado?
• Fotografías de la condición del equipo– Durante paradas.– Durante cambios de
aceite.– Durante reparaciones.– Del equipo en general
Como medir una buena lubricación?
• Impresiones de los dientes.
• Temperaturas de operación
• Análisis de laboratorio.• Costo del lubricante.• Costo de la mano de
obra.• Costo de los repuestos.• Costo de la parada.• Análisis de vibración
Algunos consejos
• Engranes nuevos– Recubrimientos del fabricante contra la herrumbre– Observar engranajes durante las primeras 700 a
1,000 horas de trabajo.– Contaminantes durante el traslado– No dejar equipos afuera de bodegas– Acumulación de agua– Limpieza con solventes de petroleo
• Seguridad y salud• Exposición de las piezas (aceite de baja viscosidad)
Algunos consejos
• Asentamiento inicial– Rodarlo sin carga– Cambiar el aceite a las primeras 250-500 horas
Operación sin problemas
• La vida útil depende de el diseño, metalurgia, lubricación y condiciones de operación
• La lubricación correcta depende de:– Lubricante adecuado– Cantidad adecuada– En el momento adecuado– En el lugar correcto– Actitud adecuada
Muchas gracias!!!
Bibliografía
• Albarracín Aguillón Pedro. Tribología y lubricación industrial y automotriz. Lubricación de reductores y engranajes abiertos: 779 – 950
• Association of Iron and Steel Engineers. The Lubrication Engineers Manual Second Edition. Gears and their lubrication: 407 – 433
• Association of Iron and Steel Engineers. The Lubrication Engineers Manual Second Edition. Lubricant additives: 591 – 598
• Booser E. Richard. Handbook of lubrication, Theory and practice of tribology Volume II. Gears: 539 - 564
• Booser E. Richard. Tribology Data Handbook. Steel Industry Lubricant Guides: 370 - 374• Booser E. Richard. Tribology Data Handbook. Fundamentals of Elastohydrodynamic
Lubrication : 611 – 637• Booser E. Richard. Tribology Data Handbook. Gear Lubricant Selection and Application: 781 -
799• Booser E. Richard. Tribology Data Handbook. Gear Distress and Failure Modes: 986 – 1008• Castrol. Principles of lubrication• Deutschman, Michels, Wilson. Diseño de Maquinas. Engranes rectos: 543 – 625• Deutschman, Michels, Wilson. Diseño de Maquinas. Engranes rectos helicoidales, de gusano,
cónicos y otros tipos de engranes: 627 – 681 • Drago Raymond J. Fundamentals of Gear Design. Gear Types• Drago Raymond J. Fundamentals of Gear Design. Failure modes• Drago Raymond J. Fundamentals of Gear Design. Load rating• Drago Raymond J. Fundamentals of Gear Design. Lubrication
Bibliografía
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