UNIDAD 3 EnGRANES RECTOS

UNIDAD 3 ENGRANES RECTOSEquipo 3 Integrantes: Galindo Garca Jonathan Hernndez Gonzlez Manuel Alejandro Martnez De La Cruz Juan JessMuiz Ortega Ulises Isaithndice 3.2 Diseo de engranes rectos3.3 Seleccin de materiales para engranes rectos 3.2 DISEO DE ENGRANE RECTOS En diseos donde intervienen transmisiones engranadas, normalmente se conocen las velocidades de giro requeridas en el pin y en el engrane, y la potencia que debe transmitir el impulsor. Estos factores determinan de acuerdo con la aplicacin. Tambin se deben incluir el ambiente y las condiciones de funcionamiento a los que estar sometida la transmisin. Tiene especial importancia conocer el tipo de maquina impulsora, y la maquina conducida, para proponer el valor adecuado el factor de sobre carga.El diseador debe decidir el tipo de engranes que se usaran, el arreglo en sus ejes, los materiales con los que se fabriquen, incluyendo su tratamiento trmico, y la geometra de los engranes: numero de dientes, paso diametral, dimetros de paso, forma de dientes, anchos de cara y nmeros de calidad .Aqu se presenta un procedimiento de diseo que considera la resistencia a la fatiga por flexin de los dientes de los engranes, y su resistencia a la picadura, llamada durabilidad superficial. Este procedimiento emplea en forma extensa las ecuaciones de diseo que se han abordado a lo largo de este trabajo, y las tablas de los apndices que se incluirn al final de este trabajo. Debe de entenderse que no existe una solucin optima para un problema de diseo de engranes; son posibles varios buenos diseos. El juicio y la creatividad, as como los requisitos especficos de la aplicacin, afectaran bastante al diseo final seleccionado. Aqu, el objetivo es proveer un mtodo para atacar el problema y llegar a un diseo razonable.

OBJETIVOS DE DISENO Ser compacta y pequea Funcionar en forma uniforma y sin ruido Tener larga vida Tener bajo costo Ser fcil de fabricar Ser compatible con los cojinetes, los ejes, la caja, la maquina motriz,la maquina motriz, la maquina impulsada y dems elementos demaquinas El objetivo principal del procedimiento de diseo es definir unatransmisin de engranes duradera.

Procedimiento para disear una transmisin de engranes segura y duradera: Los pasos y los lineamientos generales que se describirn a continuacin son para el diseo inicial razonable. Sin embargo, debido a las muchas variables que intervienen, en el caso tpico se realizan varias iteraciones para tratar de llegar a un diseo optimo.

Procedimiento para disear una transmisin de engranes segura y duradera: 1.- De acuerdo con los requisitos de diseo, identificque la velocidad de entrada al pion np, la velocidad de salida que se desea en el engrane nG, y la potencia a transmitir P 2.- Elija el material para los engranes, como el acero, el hierro colado o el bronce 3.- Si se considera el tipo de impulsor y la maquina impulsada, especifique el factor de sobrecarga Ko, El factor principal es e valor esperado de carga o choque o impacto4.- Especificar un valor tentativo de paso diametral. Y especificar la potencia de diseo Pdis=KoP. Observe la siguiente grafica donde se observa la potencia transmitida en funcin de la velocidad del pion, para engranes rectos con distintos pasos y diametros

5.- Especifique el ancho de cara dentro del intervalo recomendado para engranes de transmisin en maquinaria general:

El lmite superior tiende a minimizar los problemas de alineamiento y se asegura que haya una carga razonablemente en toda la cara. Cuando es ancho de cara es menor que el lmite inferior, es probable que se pueda tener un diseo mas compacto con paso diferente. Tambin, el ancho normal de la cara es menor que el doble del dimetro de paso del pin. 6.- Calcule o especifique la carga transmitida, la velocidad de la lnea de paso, el nmero de calidad, el numero de calidad, el factor de geometra y otros factores que se requieren para las ecuaciones del esfuerzo flexinate y el esfuerzo de contacto.

7.- Calcule el esfuerzo flexionante y el esfuerzo de contacto en los dientes del pin y del engrane. Indique si los esfuerzos son razonables (ni muy altos ni muy bajos) para poder especificar un material adecuado. Si no es as, seleccione un nuevo paso o modifique el numero de dientes, el dimetro de paso o el ancho de cara. En el caso tpico el esfuerzo de contacto sobre el pin es el valor que limita para engranes diseados para tener una larga vida 8.- Itere el proceso de diseo para buscar diseos mas ptimos. Para ello existen una serie de lineamientos para ajustar cada iteracin

Lineamientos para efectuar ajustes con iteraciones sucesivas

Las siguientes relaciones deberan en un supuesto caso a ayudar a determinar que cambios se deben efectuar en las hiptesis de diseo, despus de haber terminado el primer conjunto de clculos para llegar a una mejor proposicin de diseo:

1.- La disminucin del valor numrico del paso diametral trae como consecuencia dientes mayores y en general esfuerzos menores. Tambin, usualmente el valor menor del paso equivale a un ancho de cara mayor, lo que disminuye el esfuerzo y aumenta la durabilidad superficial2.- Al aumentar el dimetro del pin disminuye la carga aplicada, decrecen los esfuerzos en general y mejora la durabilidad superficial 3.- Al aumentar el ancho de cara disminuye el esfuerzo y mejora la durabilidad superficial, pero generalmente en menor grado que cuando se cambian el paso o el dimetro de paso, como se describi antes 4.- los engranes con dientes ms numerosos y pequeos tienden a trabajar con mas uniformidad y menor ruido que los engranes de menos dientes y dientes mayores

5.- Se deben usar los valores estandarizados de paso diametral para tener una mayor facilidad de manufactura y menor costo 6.- El uso de aceros de alta aleacin con gran dureza superficial da como resultado un sistema compacto, pero a un costo mayor 7.- El uso de engranes muy precisos (con dientes rectificados) resulta en un mayor nmero de calidad, menores cargas dinmicas y, en consecuencia, menores esfuerzos y mayor durabilidad superficial pero el costo es mayor 8.- El numero de dientes en el pin debe ser, en general, lo ms pequeo posible, para que el sistema sea ms compacto.

3.3 SELECCIN DE MATERIALES PARA ENGRANES RECTOS Los engranes se pueden fabricar con una diversidad de materiales, para obtener las propiedades adecuadas durante la aplicacin. Desde un punto de vista de diseo mecnico, la resistencia a las cargas y a la picadura son las propiedades ms importantes. Pero, en general, se debe tener en cuenta la facilidad de fabricacin del engrane, a la vista de los procesos de manufactura que impliquen, la preparacin del modelo, a travs de la conformacin de los dientes, hasta del ensamble final del engrane final de una maquina. Existen otros aspectos, como el peso la apariencia, la resistencia a la corrosin, el ruido y, por supuesto el costo. Materiales de acero para engranesAceros endurecidos totalmente. Los engranes de los impulsores de maquinas herramientas, y de muchos tipos de reductores de velocidad, de servicio medio a pesado, se fabrican normalmente con aceros al medio carbn. Entre una gran variedad de aceros al carbn y aleados estn:

ACERO AISI-SAE 4140: Es un acero medio carbono aleado con cromo y molibdeno de alta templabilidad y buena resistencia a la fatiga, abrasin e impacto. AISI-SAE 4340: Acero de baja aleacin al Cromo Nquel Molibdeno. Posee gran templabilidad, tenacidad y resistencia a la fatiga.AISI-SAE 5120: Lmite elstico mnimo, resistencia a la traccin un alargamiento mnimo.AISI-SAE 8620: Acero Acero tpico para cementacin y para templar superficialmente manteniendo una gran tenacidad en el ncleo. de baja aleacin al nquel-cromo-molibdeno.Tambin es muy importante la ductilidad, por los numerosos ciclos de esfuerzo que experimentan los dientes del engrane, y la probabilidad que existan sobrecargas ocasionales o cargas de impacto o de choque. Se prefiere tener un valor de porcentaje de elongacin de 12% o ms.El templado por llama, por induccin, por cementacin y por nitruracin, se realiza para producir una gran dureza de la capa superficial de los dientes de engranes. Estos procesos crean valores de 50 a 64 HRC (Rockwell C), y los valores altos correspondientes de Sw y de Sac que se ven en la siguiente

Templado superficial.Dientes de engrane templados por flama y por induccin. Estos procesos implican el calentamiento local de la superficie de los dientes de engranes, con llamas de gas o bobinas de induccin elctrica a altas temperaturas. Si se controla el tiempo y la energa suministrada, el fabricante puede controlar la profundidad del calentamiento y la profundidad de la cubierta resultante. Es esencial que el calentamiento ocurra alrededor de todo el diente, para producir la caja dura en la cara de los dientes y en las zonas del chafln y la raz. Las especificaciones para los dientes de engranes de acero templado por llama o por induccin, indican que la dureza resultante sea HRC 50 a 54. Como esos procesos se basan en la capacidad de endurecimiento inherente de los aceros, se debe especificar un material que pueda endurecer hasta estos valores. En el caso normal, se especifican aceros aleados al medio carbn (aproximadamente de 0.40% a 0.60% de carbono).Cementacin. La cementacin (o carburizacion) produce durezas superficiales en el intervalo de 55 a 64 HRC. Produce algunas e las mximas resistencias comunes en los engranes. En la siguiente figura se muestra la recomendacin de la AGMA para el espesor de la cubierta de los dientes de engranes cementados. La profundidad efectiva de la cubierta se define como laque existe de la superficie, hasta el punto donde la dureza llego a los 50 HRC.

Profundidad efectiva de caja, para engranes cementadosLa nitruracin produce una cubierta muy dura, pero muy delgada, Se especifica para aplicaciones en donde las cargas son uniformes y bien conocidas. Se debe evitar la nitruracin cuando pueda haber sobrecargas o choques. Debido a la cubierta delgada, se emplea la escala Rockwell 15N para especificar la dureza. En la siguiente figura se muestran los valores para el grupo general de aceros aleados que se usan en engranes con templado total, y despus nitrurados. Como ejemplos estn el AISI 4140 y AISI 4340, y las aleaciones parecidas. Como en el caso de otros materiales, la variable principal es el numero de la dureza Brinell HB. Tambin se han desarrollado aleaciones especiales para usar engranes con el proceso de nitruracinNumeros de esfuerzo flexionantes admisibles, Sw para engranes de acero templado total y nitrurado (AISI 4140, AISI 4340)

Numeros de esfuerzo flexionantes admisibles, Sw para engranes de acero templado total y nitrurado (AISI 4140, AISI 4340)Bibliografia 1.- Diseo de elementos de maquinas Cuarta edicin, Robert L. Mott 2.- Manual de engranajes Darle W. Dudley 3.- Diseo en ingeniera mecnica Cuarta edicin, Joseph Edward Shigley