Aunque la más antigua información disponible sobre el cálculo de engranajes, según estudios realizados por Darley W. Dudley, se han encontrado en el libro A Treatise on Steam Engine (en español: Tratado acerca de motores de vapor) de John Farey, publicado por primera vez en 1827, es aceptado por muchos que el verdadero inicio del diseño ingenieril de los engranajes fue dado con los tratados, acerca de engranajes, del estadounidense George B. Grant, en los primeros años de este siglo. [1, 2]

Desde estos inicios hasta la actualidad, la tecnología especializada en engranajes se ha desarrollado a una velocidad sin precedente, nuevas máquinas herramientas han aparecido continuamente en la escena industrial con inmensas capacidades, modernos procesos de tallado de acabado en dientes con durezas superiores a los 60 HrC y rectificado de CBN (Nitruro de Boro Cúbico Cristalino) de los flancos activos de los dientes de las ruedas, son algunos de los ejemplos de la moderna elaboración rápida y precisa de los engranajes. [2]

Según una encuesta realizada, por los editores de la revista estadounidense Gear Technology, se afirma que: la rueda dentada más pequeña en uso actualmente fue producida en Albuquerque (EUA) para un micro-motor de silicón y tiene un diámetro de cresta de 0.05mm [52], en cambio la mayor rueda dentada en explotación está instalada en el accionamiento final de un agitador en Toronto (Canadá) y presenta un diámetro de referencia de 93m. [3]

Una transmisión por engranajes (o simplemente engranaje) es un mecanismo que con ayuda del engrane transmite o convierte el movimiento cambiando las velocidades angulares y los momentos.

Los engranajes se emplean para transmitir el movimiento de rotación entre árboles paralelos, árboles que se cortan y árboles que se cruzan, así como para transformar el movimiento de rotación en movimiento de avance y viceversa. [2, 4-7]

Para transmitir el movimiento entre árboles paralelos se emplean:

• Engranajes de ruedas cilíndricas con dientes rectos.
• Engranajes de ruedas cilíndricas con dientes helicoidales.
• Engranajes de ruedas cilíndricas con dientes bihelicoidales.
• Engranajes de ruedas elípticas.
• Engranajes de linterna.

- Engranajes beveloide

Para transmitir el movimiento entre árboles que se cruzan:

• Engranajes helicoidales.
• Engranajes de tornillo sinfín cilíndrico.
• Engranajes de tornillo sinfín globoidal.
• Engranajes hipoidales.
• Engranajes espiroid
• Engranajes helicón.

Para transmitir el movimiento entre árboles que se cortan:

• Engranajes de ruedas cónicas con dientes rectos.
• Engranajes de ruedas cónicas con dientes tangenciales.
• Engranajes de ruedas cónicas con dientes circulares.
• Engranajes de ruedas cónicas con dientes espirales.

Los engranajes en comparación con otras transmisiones mecánicas poseen ventajas importantes, a saber:

a) Dimensiones exteriores pequeñas.

b) Rendimiento alto.

c) Gran duración y fiabilidad.

d) Constancia de la relación de transmisión, por ausencia de patinaje.

e) Posibilidad de emplearlos dentro de ancho campo de momentos, velocidades y relaciones de transmisión.

Una desventaja de los engranajes es el ruido durante su funcionamiento a grandes velocidades.

La constancia de la relación de transmisión instantánea del engranaje es lo principal condición cinemática que deben reunir los perfiles de los dientes. Para obtener un alto rendimiento, resistencia y duración de las ruedas, los perfiles tienen que asegurar bajas velocidades de deslizamiento y suficientes radios de curvatura en los puntos de contacto; hacer su fabricación fácil, en particular, el tallado con herramienta simple independientemente del número de dientes de la rueda. [8]

Estas condiciones las reúne con mayor plenitud el perfil de evolvente, cada rueda dentada con este perfil puede ser tallada de tal modo, que engrane con ruedas de cualquier numero de dientes, también estos engranajes son poco sensibles a la discrepancia de la distancia entre ejes y pueden ser talladas con herramientas sencillas con perfil rectilíneo de los dientes, y son cómodas para el control. El engranaje de perfil de evolvente admite la llamada corrección o mejoramiento del perfil de los dientes, permitiendo asegurar el funcionamiento optimo. [8, 9]

El diseño de una rueda dentada requiere la consideración interrelacionada de un número de factores tales como: el material y el tratamiento térmico, la potencia y el número de revoluciones por minutos, la distancia entre centros, condiciones de trabajo, tensiones que actúan, etc. Algunos métodos generales que involucran estas consideraciones vistas por diferentes autores, serán discutidas en los siguientes epígrafes. Además se hace un análisis de los principales sistemas CAD y de otros sistemas específicos para el diseño de engranajes que existen en la actualidad.

Desarrollo

Generalidades sobre el diseño de engranajes

El diseño de un engranaje comienza realmente después de un gran trabajo preliminar. Para esto son necesarias algunas consideraciones como son: condiciones de trabajo, entre ellas, dimensiones de espacio existencia o no de lubricación, ambiente de trabajo, cargas actuantes, etc. Todo esto es necesario para analizar las posibles fallas que se puedan presentar, ya que los engranajes se diseñan en base a estas fallas.

No toda forma de daño aparente de la superficie del diente demandan que los engranajes sean reemplazados por otros, muchos presentan una falla inicial pero con el tiempo de trabajo y con buena lubricación se atenúan y su vida de trabajo es larga. Pero no siempre es así y, por tanto, la decisión a tomar en cada caso en particular depende del conocimiento que se tenga sobre las fallas, lo cual se verá más adelante.

1.1.1- Parámetros fundamentales de la geometría de las ruedas

Existe un grupo de parámetros geométricos, que una vez conocidos, puede ser realizado el cálculo completo de la geometría de las ruedas dentadas. [2, 7, 10-12]. Ellos son:

z : Número de dientes.

m : Módulo normal.

( : Ángulo de la hélice en el cilindro de referencia.

b : Ancho del diente.

x : Coeficiente de corrección del diente.

( : Ángulo del perfil de la cremallera de referencia.

c* : Factor de holgura radial (c / m).

ha*: Factor de altura de la cabeza (ha /m).

Usualmente es aceptado en los cálculos prácticos que ha* = hFP* (Factor de altura del pie)

Para conservar la constancia de la relación de transmisión cinemática en el engranaje los dientes del piñón y la rueda deben tener los perfiles conjugados, es decir: La normal común a los perfiles en contacto divide a la distancia entre centros en dos segmentos inversamente proporcional a las velocidades angulares de las ruedas. Esta condición de contacto de los dientes entre el piñón y la rueda se observa si ellos engranan correctamente con la cremallera de referencia. Los parámetros del perfil de la cremallera de referencia pueden ser determinados de aquellos perfiles básicos más difundidos y normados.

Una de las formas más difundidas de altura y ángulo de flanco de los dientes del perfil de referencia en las cremalleras básicas corresponde a: ( = 20(, ha* = 1 y c* = 0,25, aceptada en [13-18].

Figura 1.1- Perfil de referencia de cremallera básica.

Actualmente en varias de las normas relativas a engranajes, editadas por diferentes países, existe una marcada coincidencia en los valores de módulo recomendados en la primera serie de preferencia. Con mas frecuencia son empleados los módulos recomendados en [19]: 1 ; 1,25 ; 1,5 ; 2 ; 2,5 ; 3 ; 4 ; 5 ; 6 ; 8 ; 10 ; 12 ; 16 ; 20 ; 25 mm.

1.1.2- Transmisiones por engranajes desplazados (corregidos)

En la práctica existen dos métodos básicos de elaboración de los dientes en las ruedas cilíndricas: el método de copia y el método de generación. Durante el método de copia, el borde cortante o la matriz que forma el diente es una copia exacta de la rueda a fabricar o de cierta parte de ella. En cambio durante el procedimiento de generación el borde cortante de la herramienta es capaz de crear mediante una rodadura controlada los perfiles de los dientes. [8]

En un amplio rango de fabricación de ruedas dentadas cilíndricas el método de generación supera al método de copia, pues el procedimiento de generación permite de forma muy simple variar una gran cantidad de parámetros de las ruedas dentadas con mayor racionalidad y precisión, además de permitir el tallado de ruedas dentadas con corrección de los flancos de dientes, mediante el conveniente desplazamiento de la herramienta generadora con relación a la posición de referencia que se establece entre la rueda tallada y la recta de módulo en la herramienta empleada. [2, 4]

La corrección es el mejoramiento de las capacidades de los engranajes, mediante el trazado del perfil activo de los dientes por diferentes partes de la evolvente de la misma circunferencia básica. El costo fabricación de la rueda corregida no es más costoso que el de las no corregidas, ambas se fabrican con las mismas herramientas normalizadas, las diferencias son: el diámetro modificado de la pieza bruta y la herramienta se instala con desplazamiento radial.

Leer más: http://www.monografias.com/trabajos98/engranajes-su-diseno-y-fallas-que-presentan/engranajes-su-diseno-y-fallas-que-presentan.shtml#ixzz3ZJbowuPu