tecnologÍas de fabricaciÓn y tecnologÍa de mÁquinas

7/31/2019 TECNOLOGAS DE FABRICACIN Y TECNOLOGA DE MQUINAS

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UNIVERSITAT POLITCNICA DE CATALUNYAETSEIB

DEPARTAMENT DENGINYERIA MECNICA

TECNOLOGAS DE FABRICACIN Y TECNOLOGA DE MQUINAS

Tema 2

REDUCTORES DE ENGRANAJES

PARTE DE TECNOLOGA DE MQUINAS

Barcelona, 2008

Enrique Zayas Figueras

Jordi Martnez Miralles

SUMARIO

Ttulo: Reductores de engranajes

SUMARIO:

1Funcin de una transmisin. Ventajas y desventajas de las

2 Reductor de engranajes. Parmetros caractersticos.Reductores de ejes paralelos, concurrentes y cruzados.Reductores epicicloidales o planetarios.

.

3 Lubricacin de reductores. Montaje.


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SUMARIO


4 Fallo de un reductor. Eleccin de un reductor. Clculo

SUMARIO:

preciso y clculo prctico de un reductor. Capacidad decarga nominal de un reductor.

Carga nominal y carga equivalente de un receptor.5

Conclusiones6

OBJETIVOS


OBJETIVOS:

Ex licar la funcin de una transmisin.

Explicar las ventajas y desventajas de una transmisinpor engranajes.

de engranajes utilizados en las mquinas.

Explicar los tipos de lubricacin que se aplica en los

reductores de engranajes.


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OBJETIVOS


OBJETIVOS:

Ex licar como se roduce el fallo en un reductor deengranajes.

Explicar el proceso de eleccin de un reductor deengranajes para una mquina.

INTRODUCCIN

Transmisiones

Fuente: Internet


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INTRODUCCIN

Transmisiones

1 transmisin reductora1 transmisin multi licadora

e

s

i

i

i

Fuente: Internet

FUNCIN DE UNA TRANSMISIN

Funcin de una transmisin

Transmite potencia del motor al receptor de forma aprovechablepor es e.

Normalmente:

Reduce la velocidad de giro del receptor

Aumenta el par que acta sobre el receptor

Potencia de entrada = Potencia de salida + Potencia perdida

e e s s prdida=T T P

Si no hay prdidas: e e s s= = 1T T


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VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LAS TRANSMISIONES POR ENGRANAJES

Ventajas de las transmisiones por engranajes

Relacin de transmisin constante e independiente de la carga.

Seguridad de funcionamiento y larga duracin, soportando

Transmisin por engranajesFuente: Intermet

sobrecargas y no precisando ms que una escasa vigilancia.

Dimensiones reducidas y elevado rendimiento (exceptuandoalgunos tipos de reductores de ejes cruzados).

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LAS TRANSMISIONES POR ENGRANAJES

Desventajas de las transmisiones por engranajes

Costo elevado

Ruido durante el funcionamiento

Transmisin por engranajesFuente: Intermet

Requieren mantenimiento: control y cambio del lubricante.


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REDUCTOR DE ENGRANAJES

Partes del reductor:1. rbol de entrada 5. En rana es Cilndricos helicoidales

Reductor de dos etapas de ejes paralelos

Fuente: Internet

2. rbol de salida 6. Rodamientos

3. rbol intermedio

4. Carcasa


Parmetros caractersticos de un reductor

Fijada por el fabricante.

Par mximo admisible (en el rbol de salida)

Velocidad nominal de funcionamiento (en el rbol de entrada)

Relacin de transmisin: e eni

Rendimiento:

s sn

s s s s

e e e e

P T T

P T i T

s eT

(Normalmente se da o bien )

Cargas axiales y radiales admisibles en los rboles de entrada

y salida.

e e ei

eP


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Clasificacin general de los reductores

Trenes de engranajes de ejes fijos:

Ejes paralelos: Engranajes cilndricos (dentado recto o helicoidal).

Ejes concurrentes: Engranajes cnicos (dentado recto, helicoidaly espiral).

es cruza os : ngrana es po a es y e orn o s n n.

Combinacin de las anteriores

Trenes de engranajes de ejes mviles (epicicloidales):

De simple etapa

De mltiples etapas


Reductores de ejes paralelos

Relaciones de transmisin entre 1 y 8 por cada etapa

Fuente: Internet

Potencia y velocidad elevadas

Rendimiento elevado: 93-99 % por etapa, funcin del acabadosuperficial de los engranajes, tipo de lubricacin, etc.

Valor tpico: 95 %

Engranajes de aceros tallados y con tratamiento deendurecimiento superficial (cementado, nitrurado, etc.)

Para potencias y velocidades bajas: engranajes sinterizados y

de material plstico.


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Los ms econmicos

Generan ruidos y vibraciones(contacto entre dientes sbito

recto:

.

Ms silenciosos (contacto

Engranaje cilndrico de dentadohelicoidal:

Fuente: Internet

.

Permiten velocidades mselevadas.

Componente axial de la fuerzade contacto.

Fuente: Internet



Pin Corona de dentado interior

Ambas ruedas giran con elmismo sentido

Fuente: Niemann

Fuente: InternetFuente: Niemann

Pin - Cremallera


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Engranaje cilndrico de dobledentado helicoidal

Compensacin de lacomponente axial de la fuerzade contacto.Fuente: Internet

Engranaje cilndrico de

Fuente: Niemann

en a o evron

Fuente: Niemann


Moto-reductor

Engranaje

Motor

Rodamientorbol

Fuente: Internet

Moto-reductor de dosetapas con ejescoaxiales

Moto-reductor de dosetapas con ejes paralelos


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Reductores de ejes concurrentes

Relaciones de transmisin entre 1 6 en una eta a.

Potencia y velocidad inferiores a la de los reductores de ejesparalelos.

Rendimiento ligeramente inferior al que presentan losreductores de ejes paralelos: 98% por etapa como mximo.

Costo ms elevado

Reductor de ejesconcurrentes

Engranaje cnico dedentado recto

Fuente: NortonFuente: Internet


Reductores de ejes concurrentes

Ms silenciosos

Permiten velocidades

Engranaje cnico dedentado helicoidal:

Engranaje cnico de dentadoen espiral. Segn la tcnicade tallado:

Fuente: Niemann

Fuente: Norton

Gleason

Oerlikon

Kligelnberg


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Reductores de tornillo sin fin

Fuente: Norton

.

Potencias y velocidades moderadas.

Relaciones de transmisin i altas (7-100, enuna etapa).

Rendimientos ba os 45-90% eor cuanto msTornillo sin fin grande es i).

Posibilidad de funcionamiento irreversible (conrendimiento alrededor del 50%). Reductores

para elevadores.

cilndricos o cnicos de reduccin elevada.

Materiales: tornillo de acero tratadosuperficialmente. Corona de fundicin (bajasvelocidades) o de bronce (altas velocidades).

Reductor portornillo sin fin

Fuente: Internet


Esquemas de reductoresReductores de ejes concurrentes Reductores de ejes cruzados

a) Cnico - cilndrico a) Tornillo sin fin - cilndrico

b) Cilndrico - cnico b) Cilndrico tornillo sin fin


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Reductores epicicloidales o planetarios

Reductores de e es aralelos coaxiales ms com actos ue losFuente: Internet

equivalentes con trenes de ejes fijos.

Relaciones de transmisin entre 3 y 13 en una etapa.

Su simetra constructiva permite evitar la aparicin de cargassobre los rboles debidas a las fuerzas de contacto entre los.

Velocidades nominales de giros ms bajas: al ser mscompactos se refrigeran peor.

Costo ms elevado comparados con reductores de ejes fijos.


Reductores epicicloidales o planetarios

1. rbol y rueda de entrada

2. Satlites

3. Corona fija

4. rbol portasatlites de salidaEsquema de unreductor epicicloidal Motor

Moto-reductor e icicloidal

Fuente: Internet

de dos etapas

Reductor


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Lubricacin de reductores Engrasado de por vida

Se emplean grasas estables y resistentes al envejecimiento. Apto slopara reductores de baja velocidad.

Lubricacin por bao de aceite

Los engranajes quedan parcialmente sumergidos en el aceite contenido.

todos los elementos a lubricar. Se emplea en reductores estndar develocidad moderada. Para otras velocidades no es adecuado ya que elaceite se caliente excesivamente.

Lubricacin por inyeccin de aceite a presine u r ca nyec an o ace e so re e con ac o en re rue as en a as y

otras zonas del reductor que necesitan lubricacin (cojinetes, etc.).

Sistema costoso porque requiere un circuito de aceite con bomba, filtroy frecuentemente radiador. Se emplea para reductores de granpotencia.


Montaje de los reductores: con patas y con bridas

Reductores con patas. Posiciones

de montaje.

Reductores con bridas. Posiciones

de montaje.


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Fallo de un reductor

De manera instantnea al entrar en servicio. Algn elemento delreductor falla (se rompe) por estar sometido a una carga superior a laque puede soportar.

Durante el tiempo de servicio, debido a la ruptura por fatiga de algne emen o, o por e esgas e prema uro en e con ac o en re en es.

La causa del fallo puede ser:

Por culpa del proyectista. Ha escogido un reductor con capacidad

de carga insuficiente en relacin al par resistente del receptor. O bienha determinado mal el ar resistente del rece tor.

Por culpa del usuario. El reductor trabaja con sobrecargas noprevistas. O bien se hace un mal mantenimiento (falta de lubricante,etc.)


Fallo de un reductor

Ruptura por fatiga en la base de los dientes de los engranajes.

Prdida del material del flanco de los dientes debido a:

Picado (pitting) de los flancos de los dientes. Se inician pequeoscrteres ue acaban roduciendo exfoliaciones.

Gripado. Rallado de los flancos de los dientes.

La prdida de material provoca aumento de los juegos,funcionamiento impreciso, vibraciones, ruidos y calentamientoexcesivo.

Fallo de los rodamientos

Ruptura de los rboles


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Eleccin de un reductor

La vida til de un reductor depende de: La carga a la que est sometido, representada por el par en el rbol

de salida requerido del receptor.

Su velocidad de funcionamiento, representada por la velocidad delrbol de entrada. El dao acumulado que puede provocar fallo porfatiga y/o desgaste en los componentes del reductor depende delnmero de vueltas acumuladas que ste efecta. Por tanto, a msvelocidad menos duracin en horas.

Duracin de un

de la capacidad decarga


Eleccin de un reductor

Para escoger un reductor hace falta tener en cuenta:

Duracin requerida, en horas de funcionamiento.

Par requerido por el receptor.

Velocidad de giro requerida por el receptor (rbol de salida). Velocidad de giro del motor de accionamiento (rbol de entrada).

A partir de esta informacin se determinada la relacin detransmisin i adecuada, y se escoge un reductor de capacidad

el rbol de entrada) iguales o por sobre de las requeridas.


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Duracin de un reductor en funcin del par requerido y de la vida


Clculo preciso de un reductor

instalar una gran serie de reductores.

En este caso el proyectista que ha de aplicar el reductorcomercializado en su mquina, ha de determinar con precisin lacarga, constante o variable (evolucin a conocer con precisin).

.

El fabricante del reductor ha de hacer un clculo preciso deldimensionado del reductor con los datos recibidos del utilizador.

Todo eso cuesta tiempo y dinero que se puede ver compensadoventajosamente con el resultado de la eleccin de un reductorm s peque o que e que resu ar a e un c cu o pr c co .


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Clculo prctico de un reductor

El ro ectista ue ha de a licar el reductor comercializado a sumquina, determina de la manera mejor que puede la carga,constante o variable.

Determina el par nominal del receptor. Al menos, decide la potencia.

No conoce la evolucin de la carga con precisin. Identifica a que

familia de grado de irregularidad se puede asignar el receptor.

Con eso determina el llamado Factor de servicio y con l laCarga equivalente


Capacidad de carga nominal de un reductor

capacidad de carga.

El fabricante garantiza que un reductor, funcionando con unacarga igual a su capacidad de carga nominal y en unascondiciones de funcionamiento nominales (condiciones de

averas. (5000 horas es usual)

Estas condiciones de servicio base suelen ser:

Accionamiento por motor elctrico con par de arranque normal.

Par resistente uniforme sin sobrecar as re etitivas.

1-5 arranques/hora de la mquina.


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Carga nominal de un receptor en condiciones de servicio

no base

Un receptor normalmente trabaja en unas condiciones de serviciodiferentes de las del servicio base. Este hecho obliga a corregir,tanto en la alta como en la baja, la carga nominal del receptor (elpar resistente) a considerar en la eleccin del reductor por tal que

.


Carga equivalente de un receptor para igual dao.Factor de servicio.

La carga nominal del receptor se multiplica por un factor, elfactor de servicio que tiene en cuenta de manera estimativa lascondiciones de funcionamiento diferentes de las del serviciobase. Se obtiene as la carga equivalente:

La carga equivalente, trabajando en condiciones de servicio base,provoca sobre el reductor el mismo dao que la carga nominaltrabajando en condiciones de servicio no base.

equivalent s resistent nominal

: v u ,hace falta tambin corregir el par resistente considerado en el clculopor medio de un coeficiente de velocidad.


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Factor de servicio

Factor deSolicitacin

Irregularidad Irregularidad Irregularidadpequea moderada grande

Motores elctricoscon par de 1 1,25 1,5

arranque nominal

Motores elctricoscon fuerte par de

arranque

1,25 1,5 1,8

Motores elctricoscon au o renan es 1,5 1,8 2,25

Motores de explosin monocilndricos, multiplicar Fu por 1,5

Motores de explosin policilndricos, multiplicar Fu por 1,25


Factor de servicio

Duracin enhoras

FdFactor de duracin

1.000 0,64

2.500 0,8

Frecuencia demaniobras

FaFactor de arranque

5 man./hora 15.000 1

10.000 1,25

15.000 1,6

25 man./hora 1,2

500 man./hora 1,5

1000 man./hora 2

.

s u adF F F F


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Grado de irregularidad del par resistente de receptores

Grado de irregularidad del T Tipos de MquinasIrregularidad Pequea Generador de corriente, cinta transportadora, tornillo

transportador, montacarga ligero, traccin elctrica,ventilador, soplador, compresor rotativo, bombarotativa, impresora rotativa agitador y mezclador paradensidad uniforme, accionamiento del avance demquinas herramienta, accionamiento principal dem uina de afilar.

Irregularidad Moderada Montacarga pesado, mecanismos de elevacin y girode gras, ventilador de minas, compresor de pistonesmltiples, bomba de pistones mltiples, bomba dedistribucin, hormigonera, lavadora, agitador,

mezclador de densidad irregular, accionamientoprincipal de mquinas herramientas.

Irregularidad Grande Prensa, cizalla, sierra alternativa, telar, amasadora degoma, mquina de laminacin y minero siderrgica,draga de cuchara, centrifugadora pesante, bombapesante de distribucin, instalacin de perforadorarotativa, molino de muelas verticales, prensa debriquetas


Ejemplo de eleccin de un reductor

Enunciado del ejercicio

El accionamiento de una cinta transportadora est formado por unmotor, una primera transmisin por correa y un reductor de engranajes

que por medio de un acoplamiento mueve la cinta.

Las caractersticas del accionamiento son:

Motor: Elctrico asncrono trifsico. Potencia nominal Pn= 1,5 kW,velocidad nominal nn=1420 min-1.

1= ,polea conducida d2= 160 mm, distancia entre ejes e= 800 mm.

Receptor: Par resistente medio Tr = 480 Nm, n3 = 25 3 min-1


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Ejemplo de eleccin de un reductor

Funcionamento: 10 hrs/da

5 arranques/hora

a) Escoger un reductor adecuado. Justificar la eleccin(considerar un rendimiento del reductor del 95 %)

b) Comprobar si el reductor escogido soporta la cargatransversal sobre el eje de entrada.


Resolucin de ejercicio (tablas al final)

Determinacin del Par resistente equivalente

Factor de servicio: (sobrecargas moderadas, entre 8-16 hrs defuncionamiento, < 10 arranques/h).

equivalent s resistent nominalT F T

s 1,5F

e uivalent 1,5 480 Nm 720 NmT

Relacin de transmisin por correa:

Relacin transmisin total:

2c

1

160 mm2

80 mm

di

d

-1e

total -1s

1420 min56,8

25 min

ni

n

Relacin transmisin del reductor: totalrc

56,828,4

2

ii

i

2 -1 -1r 2

1

28,4 25 min 710 minn

i nn


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Resolucin de ejercicio

Reductor tipo RO 3.3 de tres etapas

-13max r 3

nom

7101147 Nm ; 32 22,18 min

325,5 kW

T i n

P

Reductor tipo RO 3.2 de dos etapas

-13max r 3

nom

710918 Nm ; 25,6 27,7 min

25,65,5 kW

T i n

P

Hiptesis simplificadora: se supone que el motor mantiene su velocidadconstante.

Se escoge el segundo reductor ya que y esms econmico.


Resolucin de ejercicio

Comprobacin de la potencia a transmitir

del reductor seleccionado es mayor que la potencia

a transmitir lo que est correcto.

3 3 / 30 720 27,7 /30 2,2 kW0,95

T nP

nom 5,5 kWP

2,2 kWP

Comprobacin de la carga sobre el eje de entrada

Estimacin

con

ara oleas

2

2/ 2

T KR

d 32

r

72029,6 Nm

25,6 0,95

TT

i

3K -1 -1 -1700 min 710 min 900 minn

De modo que es una eleccin correcta la del reductor tipo R.O 3.2

max admissible29,6 3

1110 N0,16/2

R R

max max

2390 N 2200 NR R


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REDUCTOR

DEENGRANAJE

S

Tabla

dese

leccin

delfactorde

servicioF

s

en

funcinde

lascondicionesdefuncionamiento


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REDUCTOR

DEENGRANAJE

S

Tabladeselec

cindereducto

res


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REDUCTOR

DEENGRANAJE

S

Tabladecargasradialesyaxialesadmisibles


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