ENGRANAJES Y ACOPLES

MAQUINARIA MINERA

Isabel Peñaloza AraujoJuan José GonzálezJosé Bolaños QuindeSebastián Aguirre MuñozRobert Brito Matamoros

Engranajes

Fundamento TeóricoLos engranajes son sistemas mecánicos utilizados para transmitir potencia entre ejes en diferentes configuraciones espaciales, la transmisión por engranajes es muy rígida y no permite deformaciones sensibles en el sentido del movimiento.

Diseño de los engranajesEstos trabajan con transmisión mecánica el cual es un mecanismo de transmisión de energía mecánica e hidráulica. El cual intercambia potencia entre dos o más elementos dentro de una máquina, para que esto se produzca se debe crear movimiento de los cuerpos.

Para lograr aquello, los fabricantes deben tener un sinnúmero de consideraciones como: Cargas estáticas y dinámicas Velocidad de giro (potencia) Par transmitido Restricciones de peso Temperatura, etc.

Definiciones (partes del engranaje):

Circunferencia primitiva

Punto primitivo La circunferencia exterior (addendum)

Circunferencia raíz (dedendum) Punto primitivo

Ventajas

Transmisión de movimientos de forma continua y constante, entre ejes paralelos, que se cortan o que se cruzan.

Permiten amplias gamas de velocidades, potencias y relaciones de transmisión; con altos rendimientos y reducidas dimensiones.

Transmiten grandes esfuerzos con seguridad y larga duración, soportando sobrecargas importantes y con poco mantenimiento.

Desventajas

El coste de una rueda dentada es elevado, debido a:• Los materiales que se utilizan son

difíciles de encontrar.• La mayoría de las ruedas dentadas

necesitan tratamientos térmicos después del tallado,

• Las herramientas de corte son especiales y caras.

Cuando las distancias entre los ejes o árboles, entre los cuales se desea transmitir movimiento, son grandes; aumentan los problemas en este tipo de transmisiones.

Tipos

Tipo

sEjes paralelos

Cilíndricos-rectos

Cilíndricos-helicoidalesHelicoidales

dobles

Ejes perpendiculare

s

Cónicos-rectos

Cónicos-helicoidales

Tornillo sin fin

Cilíndricos-rectos Los engranajes cilíndricos rectos son

ruedas dentadas cuyos elementos de diente son rectos y paralelos al eje de árbol correspondiente; se emplean para transmitir el movimiento y la potencia entre ejes paralelos.

Se originan unas fuerzas, que se consideran concentradas en el punto de tangencia de las circunferencias primitivas del piñón y de la corona. Estas fuerzas se producen debido a la forma geométrica del perfil de los dientes y a la transmisión de potencia y velocidad angular producido en el engranaje.

Cilíndricos-helicoidales

Los engranajes cilíndricos-helicoidales están caracterizados por su dentado oblicuo con relación al eje de rotación.

Los engranajes helicoidales tienen la ventaja que transmiten más potencia que los rectos, y también pueden transmitir más velocidad, son más silenciosos y más duraderos; además, pueden transmitir el movimiento de ejes que se corten.

De sus inconvenientes se puede decir que se desgastan más que los rectos, son más caros de fabricar y necesitan generalmente más engrase que los rectos.

Helicoidales dobles

Los engranajes dobles son una combinación de hélice derecha e izquierda. El empuje axial que absorben los apoyos o cojinetes de los engranajes helicoidales es una desventaja de ellos y ésta se elimina por la reacción del empuje igual y opuesto de una rama simétrica de un engrane helicoidal doble

Cónicos-rectos

Efectúan la transmisión de movimiento de ejes que se cortan en un mismo plano, generalmente en ángulo recto, por medio de superficies cónicas dentadas.

Los dientes convergen en el punto de intersección de los ejes. Son utilizados para efectuar reducción de velocidad con ejes en 90°.

Estos engranajes generan más ruido que los engranajes cónicos helicoidales.

Se utilizan en transmisiones antiguas y lentas.

Cónicos-helicoidales

Se utilizan para reducir la velocidad en un eje de 90°.

Posee una mayor superficie de contacto. Es de un funcionamiento relativamente silencioso.

Además pueden transmitir el movimiento de ejes que se corten.

Los datos constructivos de estos engranajes se encuentran en prontuarios técnicos de mecanizado. Se mecanizan en fresadoras especiales.

Tornillo sin fin Es un mecanismo diseñado para transmitir grandes esfuerzos, y como reductores de

velocidad aumentando la potencia de transmisión. Generalmente trabajan en ejes que se cortan a 90º. Tiene la desventaja de no ser reversible el sentido de giro, sobre todo en grandes

relaciones de transmisión y de consumir en rozamiento una parte importante de la potencia.

Fabricación

Fabr

icac

ión

Sin arranque de viruta

Moldeado

Laminado

Troquelado

Sinterizado

Con arranque de

viruta

Fresado

Cepillado

Brochado

Troquelado

Las principales características de este tipo de proceso son: Para grandes series de piezas es un

proceso extraordinariamente económico, ya que se pueden realizar en troqueles progresivos con una velocidad de ejecución muy alta.

El espesor de la rueda dentada es limitado, así como su tamaño.

Se pueden aplicar gran cantidad de materiales para su obtención, especialmente aleaciones de aluminio, aleaciones de cobre y aceros de bajo contenido en carbono.

Moldeo El moldeo de ruedas dentadas,

generalmente con fundición gris, es el procedimiento más antiguo de fabricación de engranajes metálicos. Actualmente su empleo es casi nulo, excepto cuando se trata de fabricar ruedas con un diente muy grande, que han de girar a poca velocidad y en un movimiento de poca precisión y baja responsabilidad.

  Hay que reseñar que para ruedas de

diámetros considerablemente grandes es muy fácil encontrar las llantas obtenidas por moldeo y posteriormente dentadas por otro método.

TalladoCepillado de engranajes:

Con herramienta de forma:

Limadora.Mortajadora.Brochadora.

Por generación: Con útil cremallera.

Con útil piñón.

Fresado de engranajes: Con herramienta

de forma:Con fresa de disco.

Con fresa cilíndrica.

Por generación: Con fresa madre.Con fresa cónica.Con plato de herramientas.

Materiales utilizados Los materiales más utilizados en la fabricación

de engranajes son los aceros, generalmente endurecidos con un tratamiento térmico de cementado, debido a las necesidades de dureza superficial y tenacidad de los dientes.

  Cuando los diámetros de las ruedas dentadas,

superan ciertos valores, éstas se suelen fabricar de fundición gris, debido a que es económica, ahorra tiempo de mecanizado, posee buena dureza superficial. 

Es muy común utilizar combinaciones entre piñón-rueda (acero-acero, acero-fundición, acero-bronce, acero-nylon). En ambientes corrosivos es común la utilización de materiales como los bronces, los polímeros y los aceros inoxidables.

Acoples

Fundamento TeóricoLos acoplamientos o acoples mecánicos son elementos de una máquina que sirven para prolongar líneas de transmisión de ejes o conectar tramos de diferentes ejes, en planos diferentes o con dirección paralela, para transmitir energía.

¿Para que sirven?• Trasmitir la potencia desde el motor a un eje o de un eje a otro eje con

la misma potencia posible.

• Flexibilizan los grados de libertad del sistema para poder trasmitir la potencia en otras direcciones.

• Ayuda a trasmitir la potencia a sitios al cual el motor no tiene acceso fácil debido a su posición o ubicación.

Ventajas• Los acoplamientos de elastómero logran menos esfuerzo para la

desalineación son duraderos y con bajo costo.

• Permiten la separación de la maquina motriz y la receptora rápidamente.

• Absorben cambios de torques que pueden afectar a sistemas más rígidos

• Permiten alineamiento en forma fácil y rápida.

• Los acoples elastoméricos son capaces de absorber vibraciones que puedan afectar a las maquinas

Desventajas• Los prisioneros son sensibles a vibraciones y solo se recomienda en

aplicaciones con carga ligera

• Los acoplamientos rigidos como los de engranaje y cadena necesitan constante lubricación

• Los acoples elastoméricos puedes ser afectados por agentes externos y provocar su envejecimiento prematuro.

• Los acoples metálicos son afectados por oxidación.

• Depende del tamaño del acople depende el espacio.

Tipos

Rígidos

-Por prisionero-Por cuña-Por brida

Flexibles

- Quijada-Disco flexible

-Estrella flexible-Labio flexible

-Cadena-Engranaje-membrana

flexible

Articulados

-Acoplamiento tipo cardan

-Acoplamiento Oldham

RígidosSe caracterizan por fijar los ejes sin permitir desalineación entre ambos, éstos se puedes alinear perfectamente, son utilizados cuando la precisión y confiabilidad son primordiales. Por prisionero: consiste en un tubo con dos agujeros de la medida de los ejes y prisioneros que aprietan a presión los ejes para así transmitir torsión.

Por cuña: consiste en un tubo con dos agujeros pero la diferencia con ´Por prisioneros´ este tubo es ranurado y se ajusta por medio de un perno.

Por bridas: las bridas se montan sobre los ejes, usando bujes mara ajustar los ejes y pernos para unir la brida.

FlexiblesSi puede haber alguna desalineación entre un eje impulsor y otro impulsado, por ejemplo: Angular, Axial, Paralela, Torsional.En esta situación usamos los ´acoplamientos flexibles´Por quijadas (elastomérico), por discos y estrellas flexibles: las quijadas van montadas pobre los ejes usando prisioneros, en la porta media un inserto elastomérico que permite flexibilidad entre los ejes, angular, axial y paralelo.

Por labio flexible, por cadena, por engranaje, por resorte: estos cubos poseen una especie de engranajes, van montados sobre los ejes y sujetos con un tipo de grata especian que agarren y permitan flexiblidad entre los ejes.

Por membrana flexible: cubos montados sobre los ejes y unidos a una membrana flexible, este acoplamiento minimiza la vibración por torsión y amortigua las cargas de impacto, permitiendo movimiento.

Por muelle, por fuelle: consiste en un tubo con dos agujeros, los cuales van montados sobe los ejes y ajustados por pernos, a lo largo del tubo presenta cortado con una ranura helicoidal que incrementa su elasticidad.

ArticuladosSe basan en trasladar desalineación a rotación entre partes del acoplamiento o relativa con respecto a un ejeJunta universal o acoplamiento tipo cardan: formado por dos cubos unidos por pasadores que se montan sobre los ejes, se emplean para unir dos ejes que giran uno con respecto al otro.

Acoplamiento Oldham: trasmite torque a ejes paralelos, formado por dos cubos o quijadas y un conector.

Conclusión

• Si bien es posible diseñar acoplamientos de alto rendimiento con fines específicos para la mayoría de las aplicaciones, algunos tipos se adaptan mejor que otros. Seleccionar el mejor diseño puede garantizar un funcionamiento más confiable de las maquinarias.

• La vibración de un acoplamiento y algunas veces su deterioro pueden ser un síntoma de otros problemas presentes.

GRACIAS