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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
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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
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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.
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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.
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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
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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.
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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
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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:
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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
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- 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