Medicion de roscas y engranes.docx

ECNOLOGICO DE DURANGO INSTITUTO T ECNOLOGICO

INGENIERIA MECATRONICA Metrología y Normalización

Verificación de Roscas y Engranes

MONREAL LEON LUIS SERGIO

PROFESOR: Ing. Alejandro Ale Burgos

Lunes 31 de Mayo de 2010

CONTENIDO Pág. 3

Introducción

ROSCAS -Definición y conceptos -Elementos de las roscas -Clasificación de las roscas -Sistemas de roscas -Medición y verificación -Métodos de medición -Medición con tres alambres -Verificación de roscas por medio de calibres -Otros calibres y aparatos para verificación de roscas

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ENGRANES -Definición y conceptos -Partes principales del engranaje -Diagrama de un engrane y engranaje -Clasificación de los engranes -Engranes rectos -Engranes Helicoidales -Engranes cónicos - Perfil de dientes -Medida y Verificación de ruedas dentadas -Medición de espesor de los dientes -Medición del paso -Medición del grueso del diente -Verificación de la dirección de los dientes -Verificación de la redondez del giro -Verificaciones analíticas -Diámetro primitivo mediante rodillos patrones -Aparatos especiales -Anillos patrón -Tampón liso -Concentricidad Bibliografía

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CONTENIDO Pág. 3

Introducción

ROSCAS -Definición y conceptos -Elementos de las roscas -Clasificación de las roscas -Sistemas de roscas -Medición y verificación -Métodos de medición -Medición con tres alambres -Verificación de roscas por medio de calibres -Otros calibres y aparatos para verificación de roscas

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ENGRANES -Definición y conceptos -Partes principales del engranaje -Diagrama de un engrane y engranaje -Clasificación de los engranes -Engranes rectos -Engranes Helicoidales -Engranes cónicos - Perfil de dientes -Medida y Verificación de ruedas dentadas -Medición de espesor de los dientes -Medición del paso -Medición del grueso del diente -Verificación de la dirección de los dientes -Verificación de la redondez del giro -Verificaciones analíticas -Diámetro primitivo mediante rodillos patrones -Aparatos especiales -Anillos patrón -Tampón liso -Concentricidad Bibliografía

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Introducción

El diseño de partes mecánicas es parte integral del más extenso y general campo del diseño mecánico. En el caso típico, los aparatos mecánicos comprenden piezas simples que juegan un papel importante en el desempeño mecánico. Tal es el caso de las rocas y engranes, que dada su importancia, desde hace muchos años, han ido evolucionando y aplicados en diversos medios. Como bien sabemos estas piezas, poseen diversas formas y dimensiones para así facilitar hacer el cambio de partes y reducir sus precios, de esta manera solucionando muchas de nuestras necesidades, necesidades, permitiéndonos vivir de una u na manera más cómoda. Existen dos medios diferentes para medir o verificar una rosca los que son de medición directa y aquellos que son de medición indirecta. Para la medición directa se utilizan generalmente micrómetros cuyas puntas están adaptadas para introducirse en el flanco de las roscas. Otro método de medida directa es hacerlo con el micrómetro y un juego de varillas que se introducen en los flancos de las roscas y permite medir de forma directa los diámetros medios en los flancos de acuerdo con el diámetro que tengan las varillas. Para la medición indirecta de las roscas se utilizan varios métodos, el más común es el de las galgas, tanto para roscas hembras como roscas machos. Con estas galgas compuesta de dos partes en las que una de ellas se llama PASA y la otra NO PASA.  También hay una galga muy común que es un juego de plantillas de los diferentes pasos de rosca de cada sistema, donde de forma sencilla permite identificar cual es el paso que tiene un tornillo o una tuerca. En laboratorios de metrología también se usan los proyectores de perfiles ideales para la verificación de roscas de precisión. A continuación, veremos más a fondo, lo mencionado anteriormente y temas relacionados con la verificación de roscas y engranes.

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ROSCAS Para comenzar, debemos tener muy en claro la definición de rosca, así como ciertos términos relacionados con este. ROSCA: se denomina rosca a la hélice construida sobre un cilindro, con perfil  determinado y de forma continua y uniforme, si dicha hélice es exterior se utiliza el  termino tornillo y si es interior el de tuerca.

La forma más sencilla de entender y explicar el funcionamiento de una rosca es la siguiente: Imaginemos que enrollamos en un perno cilíndrico recto, un triángulo rectángulo de papel. La trayectoria que sigue la hipotenusa del triángulo es una hélice que se desarrolla sobre la superficie del cilindro, esa es la rosca que nos sirve para fijar o transportar objetos. Suelen emplearse en: •Unir piezas de manera permanente o temporal •Generar movimiento en máquinas o en transportadores

Elementos y terminología de las Roscas En una rosca podemos encontrar una serie de indicadores indispensables para su verificación y aplicación. Entre estos encontramos: -Paso (p): distancia entre filetes consecutivos. -Avance (a): distancia que recorre en el sentido del eje un filete al dar una vuelta entera. -Diámetro exterior: es el diámetro mayor de una rosca. -Diámetro interior: es el diámetro menor de una rosca. -Diámetro medio: existe un punto donde el filete y el vano tienen el mismo ancho, el cual se denomina punto medio del flanco, su diámetro correspondiente es el diámetro medio.

-Profundidad o altura de filete: es la semicircunferencia entre los diámetros exterior e interior. -Diámetro nominal: sirve para identificar la rosca, suele ser siempre el diámetro mayor de la rosca exterior.

-Flancos: son las caras laterales. -Ángulos de los flancos: son los ángulos que éstos forman en un plano axial. -Fondo: unión de los flancos por la parte interior.

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-Cresta: unión de los plancos por la parte exterior. -Vano: espacio vacio entre dos filetes. -Base: dónde los filetes se apoyan en el núcleo, es la línea imaginaria. -Núcleo: volumen ideal sobre el que se encuentra la rosca o cuerpo del elemento enroscado.

-Hilo: porción de hélice comprendida en una vuelta completa de la tuerca.

Figura 1: Nomenclatura de Roscas. Arriba se identifican las piezas externas de roscas comunes.

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Clasificación de las Roscas

Las roscas pueden clasificarse de distintas formas: -Por el número de filetes: de una entrada si tienen un solo filete y de varias entradas si tienen dos o más filetes. -Por la forma del filete: triangulares, cuadrada, trapeciales o redondas.

Rosca triangular: recibe este nombre cuando el prisma o filete que engendra la rosca tiene su sección parecida a un triángulo. Es la más utilizada en la industria,  por destinarse a la sujeción de piezas. Figura 2 a 

Rosca cuadrada: Es la engendrada por un filete de sección cuadrada. No está normalizada, por lo que en la actualidad tiende a desaparecer. Figura 2 b 

Rosca trapecial: Es la engendrada por un filete cuya sección es un trapecio isósceles. Se emplea mucho en husillos de máquinas herramientas, para conseguir  movimientos de translación . La rosca Acme tiene un ángulo entre flancos de 29º, la rosca DIN tiene un ángulo de 30º con juego en las puntas. Figura 2 c 

Rosca redonda: Esta rosca es utilizada en husillos que tengan que soportar esfuerzos grandes y bruscos . Es la rosca de mejores condiciones mecánicas, pero de difícil elaboración. Figura 2 d 

Rosca en diente de sierra: Es la engendrada por un filete cuya sección es aproximadamente un trapecio rectángulo. Rosca de difícil elaboración, pero muy  resistente a los esfuerzos axiales en un solo sentido. Es muy utilizada en artillería  y prensas. La rosca de diente de sierra DIN tiene un ángulo entre flancos de 33º Figura 2 e 

-Por su posición: exteriores (tornillos), interiores (tuercas). -Por el sentido de la hélice: roscas a derecha cuando la tuerca avanza en el sentido de las agujas del reloj y a la izquierda cuando la tuerca avanza en sentido contrario de las manecillas del reloj.

Figura 2: Clasificación de roscas por la forma del filete. Arriba se identifican a) rosca triangular, b) rosca cuadrada, c) rosca trapecial, d) rosca redonda, y e) rosca en diente de sierra.

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Sistemas de roscas Se llama sistema de roscas a cada uno de los grupos en el que las roscas normalizadas con sus especificaciones pueden ser clasificadas, los principales sistema son los siguientes: -Sistema Withworth: ha sido el más empleado hasta ahora, pero tiende a ser sustituido por la rosca métrica o rosca Sellers. El ángulo del hilo de rosca es de 55° en v ez de los 60º que tiene la rosca métrica la profundidad y el grosor del filete de rosca variaba con el diámetro del tornillo (es decir, cuanto más grueso es el perno, más grueso es el filete de rosca). En este sistema de roscas el paso se considera como el número de filetes que hay por pulgada, y el diámetro se expresa en fracciones de pulgada (por ejemplo 1/4", 5/16").

-Sistema Sellers: es el sistema mas empleado en los EE. UU. Los tornillos de máquina se describen como 0-80, 2-56, 3-48, 4-40, 5-40, 6-32, 832, 10-32, 10-24, etc. hasta el tamaño 16. El primer número se puede traducir a un diámetro, el segundo es el número de hilos de rosca por pulgada. Hay un hilo de rosca grueso y un hilo de rosca fino para cada tamaño, el hilo de rosca fino que es preferido en materiales finos o cuando se desea su fuerza levemente mayor. Los tamaños 1/4" diámetro y más grande se señalan como 1/4"-20, 1/4"-28, etc., el primer número que da el diámetro en pulgadas y el segundo número que indica la cantidad de hilos de rosca por pulgada.

-Sistema internacional y sus variantes, Métrica, DIN ISO Francesa: es el sistema Métrico, elegido para sustituir los varios existentes. El sistema ISO es el perfil últimamente recomendado internacionalmente y hacia el cual hay que tender. Los datos constructivos de esta rosca son los siguientes:     





La sección del filete es un triángulo equilátero cuyo ángulo vale 60º. El fondo de la rosca es redondeado y la cresta de la rosca levemente truncada El lado del triángulo es igual al paso. El ángulo que forma el filete es de 60º. Paso es la distancia entre dos puntos homólogos. Ejemplo: entre las crestas contiguas. Su diámetro exterior y el avance se miden en milímetros, siendo el avance la longitud que avanza en dirección axial el tornillo en una vuelta completa. Se expresa de la siguiente forma: ejemplo: M24 x 2 x 60 . La M significa rosca métrica, 24 significa el valor del diámetro exterior en mm, 2 significa el paso en mm  y 60 significa la longitud de la rosca en mm.

Otros términos -Roscas bastas: algunos sistemas tiene roscas de mayor paso que el ordinario para un diámetro determinado. -Roscas finas: se entiende por rosca fina aquella que tiene el paso menor que el de la rosca ordinaria, y existen roscas finas métricas y roscas finas Withworth.

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Medición y verificación de Roscas Las magnitudes principales objeto de medición, por orden de importancia, son: diámetro de flancos (diámetro medio), ángulo del perfil, paso, diámetro del núcleo  y diámetro exterior. En todos los casos, las dimensiones del diámetro de los flancos en el tornillo y en la tuerca han de tener un límite de tolerancia que permita la intercambiabilidad; especialmente en la fabricación en serie. La forma geométrica y la exactitud del ángulo debe coincidir con la rosca tipificada con tanta precisión como lo permitan los procesos de fabricación y los medios de medida empleados. La precisión del paso en los husillos y roscas largas tiene una especial importancia porque ha de ser invariable en cualquier zona de su longitud. Los diámetros de los flancos y del núcleo de las roscas macho y hembra se calibran con micrómetros especiales equipados con puntas intercambiables que se pueden acondicionar a cualquier clase de rosca (cada paso distinto requiere su propio juego de puntas de contacto). Figura 3 

Figura 3: Medición de roscas con micrómetro acondicionada. Durante el proceso de fabricación de cualquier tipo de perfiles se controla la profundidad de las pasadas mediante el micrómetro equipado con palpadores intercambiables que mide, con un alto grado de exactitud, el diámetro d los flancos hasta ajustarlos a la medida exigida a) b)

Medición del diámetro de los flancos de una rosca exterior de perfil triangular. Medición de una tuerca de perfil triangular con el micrómetro de interiores.

A causa de un deficiente afilado o por un mal posicionamiento de la herramienta de corte, el ángulo de los flancos de la rosca se genera defectuosamente. Esta imperfección se comprueba con plantillas de perfil rectificado, según el procedimiento de la rendija luminosa.

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Para la medición del diámetro exterior, en los trabajos ordinarios puede servir el pie de rey y en los de mayor precisión, el micrómetro o el calibre de herradura “pasa y no pasa”.

Cuando se verifican pasos de escasa longitud puede ser suficiente el peine de roscas. Figura 4  En cambio se las medidas han de ser mas exactas, sobre todo en longitudes largas, se aplica un montaje con galgas rectangulares ajustadas entre dos patrones del perfil convenido. Figura 5  En la fabricación de grandes series es preceptivo utilizar calibres de tapón “pasa no pasa” para roscados interiores y calibres de herradura o de anillos en las

roscas exteriores.

Figura 4: Medición de roscas con peine de roscas. Los peines de roscas se emplean principalmente para identificar pasos de roscas triangulares: ISO, WHITWORTH etc. De elementos sobre las primeras huellas de la herramienta de corte en las operaciones de roscado y también en las pasadas finales de acabado, contrastando el perfil de los filetes por el procedimiento de la rendija de luz.

Figura 5: Medición de pasos de rosca largos por medio de un utillaje compuesto por galgas rectangulares ajustadas entre dos patrones del perfil escogido (en un caso de perfil trapecial de una rosca de cinco entradas). La verificación se efectúa posicionando el aparato verificador en distintos puntos a lo largo de la rosca.

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Métodos de medición

La fabricación intercambiable demanda que todas las piezas se fabriquen según ciertos estándares de forma que, en el momento de ensamblar, se ajusten al componente correspondiente de forma correcta. Este ajuste es en especial importante en componentes roscados, y por lo tanto la medición e inspección de las roscas también. Las roscas pueden medirse mediante una gran variedad de métodos; siendo los más comunes:       

Un calibrador de anillo de roscas Un calibrador de tapón para roscas Un calibrador de resorte para roscas Un micrómetro para roscas de tornillo Un micrómetro comparador de roscas Un comparador óptico El método de los tres alambres

En la medición se trata de la determinación numérica de dimensiones. Mediante la verificación, por ejemplo con ayuda de calibres fijos, se determina sobre todo, la intercambiabilidad. La medición de roscas es difícil, porque las magnitudes a determinar dependen unas de otras. Los diámetros exterior y del núcleo  pueden medirse y verificarse

con pie de rey, palmer, calibre macho y calibre de herradura. En la medición del diámetro del núcleo con dos puntas de medición (b) se obtiene una medida errónea, porque las gargantas opuestas de los surcos están desplazadas una respecto a la otra en el valor de la mitad del paso. El diámetro de los flancos  puede medirse con un palmer o calibre micrométrico para

roscas exteriores e interiores. Para la medición en el taller, el instrumento mas usado es el calibre para roscas provistos de dos cuerpos de medida configurados de forma de cono  y de muestra. La muesca y el cono son recambiables y tienen para cada paso de rosca una magnitud diferente. Figura 6 

Figura 6: Medición de diámetro de los flancos d2 con muesca a) y cono b). Arriba, Medición con el calibre para roscas interiores.

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Medición con los tres alambres Uno de los métodos mas preciso para verificar el diámetro primitivo de una rosca es el método de los tres alambres. Figura 7. Cuando se utiliza el alambre de diámetro apropiado, este es tangente de los flancos de los filetes es la línea primitiva. Este alambre se denomina el alambre de diámetro mas apropiado, o

    La ecuación para el diámetro primitivo es:

       

Para cualquier tipo de rosca el diámetro mas apropiado para los alambres es:

    Cuando el diámetro mayor se conoce, la ecuación de los tres alambres se expresa como:

          (  )     El diámetro de los flancos correspondientes a la medida de comprobación P obtenida, se saca de unas tablas. Para la medición son necesarios tres alambres de la rosca que se mide.

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Por medio de instrumentos de comparación, como por ejemplo, con el amplificador de esfera o con el minimetro, pueden determinase las discrepancias del diámetro de los flancos con la medida nominal. Antes de la medición han de ajustarse los instrumentos de acuerdo con una pieza patrón, por ejemplo, con un calibre de anillo para roscas o un calibre macho para roscas.

Figura 8:  A la izquierda. Medición comparativa del diámetro de los flancos utilizando un minimetro. A la derecha. Amplificador de esfera para roscas interiores. a) brazo móvil de medición con muescas, b) brazo móvil de medición con cono, unido a la espiga palpadora del amplificador; c) botón de presión para elevar el brazo móvil de medición.

El paso puede determinarse contando los hilos de rosca. En una rosca métrica se mide la longitud ocupada por varios hilos de rosca (a poder ser, 10) con puntas del pie de rey (a). Para obtener el paso se divide la distancia medida (b) por el número de hilos o filetes. Mas sencillo resulta el empleo de galgas de roscas que suelen ir unidas a un haz como varillas de abanico. Por el procedimiento de la rendija de luz puede apreciarse fácilmente discrepancias en el paso. Para mediciones exactas del paso se emplean frecuentemente calibres normales de caras paralelas limitadas por picos que se ajustan en los surcos de la rosca. Figura 9 

Figura 9:  A la izquierda. Verificación del paso con una galga de roscas. A la derecha, Medición del paso por  medio de calibradores de caras paralelas.

Los agudos de los flancos y el perfil de la rosca se comprueban en casos sencillos con plantillas de rosca. Para verificación mas exacta es necesario disponer de un microscopio de taller. Sobre una placa de cristal de citado microscópico están claramente delineados los perfiles corrientes de rosca (a). Los distintos perfiles pueden ir girando sucesivamente para ser colocados en el campo de visión del ocular (b).

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Verificación de roscas por medio de calibres

Cuando se mecanizan una cantidad de piezas roscadas es antieconómico ir midiendo cada una de las magnitudes determinativas de las roscas, porque en algunos casos resultan más cara la medición que la misma pieza. En lugar de ello, lo que se hace es emplear calibres que nos proporcionan una verificación simultánea de todas las magnitudes de la rosca. Los calibres normales para roscas se emplean muy poco. Figura 10. El tornillo se verifica con el calibre normal de anillo y la tuerca con el calibre normal macho para roscas. Los calibres deben poderse alinear o enroscar con movimiento ajustado de la rosca. El cilindro liso del calibre macho sirve para verificar el diámetro del nuclea de la rosca interior. La verificación depende del tacto de cada cual. Además, una rosca que se deje atornillar o enroscar de un modo seguido y ajustado, no nos ofrece la garantía de que ajuste realmente. El diámetro de los flancos, y con el buen ajuste de estos flancos, no puede verificarse bien con calibres normales para roscas.

Figura 10 (Izquierda y arriba) Calibres normales para roscas a) calibre normal de anillo para roscas, b) calibre normal macho para roscas. (Derecha) Calibre macho de tolerancia para roscas.

Los calibres de tolerancias para roscas se utilizan para una rápida y segura verificación de todas las magnitudes de rosca.  Tienen, lo mismo que todos los calibres de tolerancia, un lado bueno y un lado malo. Las roscas interiores se verifican con el calibre macho de tolerancias de rosca. El lado bueno tiene una rosca con el perfil completo y debe poderse atornillar fácilmente. El lado malo, que es muy corto, tiene de dos a tres filetes cuyos flancos están rebajados en la parte del diámetro exterior y el núcleo. Con este solo se verifica el diámetro de los flancos y no debe entrar mas de 1 ½ vueltas. Las roscas exteriores  pueden verificarse con ayuda de calibres de herradura para tolerancias provistos de rodillos de medición. Los lados bueno y malo están dispuestos, en la misma herradura, uno detrás del otro. El lado bueno esta formado por el par de rodillos delanteros que van provistos del perfil completo de la rosca. Debe poderse correr sobre la rosca por su propio peso.

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El lado malo está constituido por el par trasero de rodillos que tienen los flancos acortados de modo que ellos no pueden palparse nada más que el diámetro de los flancos. El lado malo no debe poder pasar sobre la pieza. Los rodillos de medición son desplazables y pueden ajustarse de acuerdo con un calibre patrón. Figura 11 Figura 11 (arriba) Calibre de herradura para roscas con rodillos de medición. a) Lado bueno: b) Lado malo. (abajo) Calibre de ajuste con dos lados de medida para ajustar el lado bueno y el lado malo de un calibre de herradura para tolerancias de rosca.

Otros calibres y aparatos para verificación de roscas .

Con aparatos de medición indicadores se puede determinar sin el molesto atornillar y desatornillar la rosca, cuánto hay que seguir trabajándola o si sus medidas están ya dentro del campo de tolerancia. Estos aparatos tienen además las siguientes ventajas:  Tiempos de medición cortos, eliminación de los errores de medida personales, ninguna fricción de deslizamiento en los elementos de medida, empleo de un aparato para distintas roscas mediante cambio de los rodillos o mordazas de medida. El calibre de medición rápida para roscas interiores es un calibre macho para roscas, aplanado por dos lados opuestos y ranurado en el centro. En la ranura va guiada elásticamente una mordaza de medición que transmite su movimiento a un reloj indicador. Con un palpador es oprimida radialmente hacia dentro de la mordaza móvil de modo que el macho de medición pueda empujarse dentro de la rosca. Después de soltar el palpador, las mordazas de medición se hallan en contacto con los flancos de la rosca. El aparato se ajusta de acuerdo con un anillocalibre de roscas. Se pueden entonces leer en el reloj de medición no solamente si la rosca esta dentro de los previstos campos de tolerancia, sino también en que cantidad ha de profundizar todavía el útil de torno si se trata, por ejemplo, del torneado de una rosca. Las mordazas de medición tienen que cambiarse y ajustarse de nuevo para cada diámetro de rosca y para cada paso nuevo.

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El calibre de medición rápida para roscas exteriores tiene en una guía dos soportes ajustables para rodillos de medición de los cuales uno esta dispuesto de modo elástico. El otro soporte de rodillo se puede desplegar mediante un tornillo de precisión dentro de amplios límites y enclavarse bien, después de ajustarse, según una rosca-patrón.  Todas las roscas del mismo peso, y también las roscas a la izquierda, pueden ser medidas con el mismo par de rodillos, siempre que estén comprendidas dentro del campo de regulación del aparato. En la medición, el soporte elástico del rodillo transporta su movimiento a un indicador de precisión en el cual pueden leerse los valores correspondientes. Un perno de apoyo deslizable garantiza la correcta disposición de los rodillos de medición en el plano medio de la rosca.

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ENGRANES Los engranajes y las transmisiones de engranajes están presentes en muchas de las máquinas que podemos encontrar a nuestro alrededor, además de ayudar a mover las ruedas y hélices de nuestros medios de transporte, ya sea por tierra, mar o aire. El objetivo de los engranajes es transmitir una rotación entre dos ejes con una relación de velocidades angulares constante. Así, se habla de "Par de Engranajes, Ruedas Dentadas o Engrane" para referirse al acoplamiento que se utiliza para transmitir potencia mecánica entre dos ejes mediante contacto directo entre dos cuerpos sólidos unidos rígidamente a cada uno de los ejes. ENGRANE: Un engrane es un rueda dentada cilíndrica que se usa para transmitir  movimiento y potencia desde un eje giratorio hasta otro.

Dos o mas ruedas dentadas que engranan entre si, constituyen un engranaje. La rueda más pequeña se llama piñón. Según la posición de los ejes existen distintas formas fundamentales de ruedas dentadas. Partes principales del engranaje

A pesar de que pueden existir variaciones de forma, tamaño y disposición entre los dientes de los diferentes tipos de engranajes, sus secciones transversales son muy parecidas por ser generados sus perfiles de acuerdo a principios similares. La mayor parte de estos términos son aplicables a cualquiera de los engranes en pulgadas y métricos, aunque puede diferir el método de calcular las dimensiones. -La altura de la cabeza o adéndum es la distancia radial entre el círculo de paso y el diámetro exterior, o la altura del diente por encima del círculo de paso. -La distancia entre los centros es la distancia mas contra entre los dos ejes de los engranes acoplados, o la distancia igual a la mitad de la suma de los diámetros de paso. -La altura o adéndum cortal es la distancia radial, medida desde la parte superior del diente a un punto donde el espesor cordal y el circulo de paso se cruzan en el borde del diente. - El espesor cordal es el espesor del diente, medido en el círculo de paso por la longitud de cuerda que subtiende el arco del círculo de paso. - El paso circular es la distancia de un punto en un diente al punto correspondiente en el diente siguiente, medido sobre el círculo de paso. - El espesor circular es el espesor del diente, medido sobre el círculo de paso: también conocido como espesor de arco. - El claro es la distancia radial entre la parte superior de un diente y a parte inferior del espacio del diente acoplado correspondiente.

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- La raíz o dedéndum es la distancia radial desde el círculo de paso y el fondo del espacio del diente. El dedéndum es igual al adéndum más el claro. - El paso diametral (engranes en pulgadas) es la relación del numero de dientes por cada pulgada de diámetro de paso del engrane. - La involuta o envolvente es la línea curva producida por un ponto de un cordel estirado cuando es desenrolladlo de un cilindro dado. - El paso lineal es la distancia de un punto en un diente a un punto similar en el diente siguiente de una cremallera. - Modulo (engranes métricos) es el diámetro de paso de un engrane dividido por el numero de dientes, Se trata de una dimensión real, a diferencia del paso diametral, que es una relación del numero de dientes al diámetro del paso. - El diámetro exterior es el diámetro general del engrane que es el circulo de paso mas dos adéndums. - Circulo de paso es un circulo que tiene el radio de la mitad del diámetro de paso con su centro en el eje del engrane.

Figura 12 Generación de una involuta

- Circunferencia de paso es la circunferencia del círculo de paso. - Diámetro de paso es el diámetro del círculo de paso que es igual al diámetro exterior menos dos adéndums. - Angulo de presión es el ángulo formado por una línea a través de contacto con dos dientes en contacto o acoplados y tangente a los dos círculos de base y una línea a ángulos rectos con una línea central de los engranes. - Circulo de raíz es el circulo formado por los fondos de los espacios de los dientes. - Diámetro de raíz es el diámetro del círculo de raíz. - Espesor del diente es el espesor del diente medido en el círculo de paso. - Profundidad total es la profundidad completa del diente o la distancia igual al adéndum más el dedéndum. - Profundidad de trabajo es la distancia que se extiende el diente de un engrane dentro del espacio de un diente del engrane acoplado, que es igual a dos adéndums.

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Diagrama de las partes de un engrane

Las partes de un engrane y el engranaje

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Clasificación de los engranes

Tabla 1 Clasificación principal de los engranes

Engranes Rectos

Los engranajes rectos, son la base o el pilar del desarrollo de la tecnología en transmisiones por ruedas dentadas. La facilidad de diseño y construcción le otorga una gran ventaja frente a los otros sistemas de transmisión. Su diseño tiene la ventaja que no generan fuerzas axiales sobre los cojinetes que soportan el eje donde van instalados, facilitando por tanto el diseño de rodamientos, bujes y el mismo eje. Sin embargo presenta algunas limitaciones a saber: - Solamente aplican donde los ejes acoplados por un juego de engranajes son paralelos. - Debido al contacto que presentan (lineal), presentan ruido cuando se transmite cargas altas con velocidades elevadas. Debido a su facilidad de fabricación y a sus bondades en el diseño, son utilizados en muchas aplicaciones y sus tamaños varias desde piñones para relojes de pulso hasta grandes piñones para transmisión de potencia en hidroeléctricas y termoeléctricas.

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Engranes helicoidales

Estos engranajes presentan ventajas frente a los cilíndricos de dientes rectos a saber. -El contacto entre los flancos de los dientes helicoidales se inicia como un punto  y a medida que engranan se trasforma en un contacto lineal, es decir su engrane es mas suave, por este motivo los engranajes helicoidales permiten transmitir altas cargas a velocidades elevadas sin producir ruido excesivo. -Debido al ángulo de inclinación de sus dientes “ángulo de hélice =β”, los engranajes helicoidales son aptos para transmitir potencia entre ejes paralelos y ejes que se cruzan en el espacio formando un ángulo entre ejes Σ.

En cuanto a las desventajas de los helicoidales, frente a los rectos se tiene: -Su proceso de manufactura es más complejo. -Este tipo de transmisión genera una componente axial, la cual afecta el diseño de los ejes y la selección de los rodamientos o bujes. -El proceso de montaje y alineación es más complejo.

Figura 13 Engranes helicoidales (izquierda) para transmisiones paralelas entre si; (derecha) para transmisiones en ángulo recto

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Engranes cónicos

Los engranajes cónicos tienen una superficie de transmisión en forma de cono, los cuales tienen una acción conjugada que permiten una transmisión suave. Se fabrican a partir de un tronco de cono, formándose los dientes por fresado (conformado o generación) de su superficie exterior. Estos dientes pueden ser rectos, helicoidales o curvos. Los piñones cónicos son utilizados para la transmisión de potencia entre ejes los cuales se cortan o se cruzan a un determinado ángulo.

Figura 14 (izquierda) Engranes cónicos transmitiendo potencia a 90º; (medio) los engranes cónicos impulsor e impulsando son del mismo tamaño; (derecha arriba) los engranes cónicos en ángulo se utilizan para ejes que no están en ángulo recta; (derecha abajo) los engranes hipoides se utilizan en transmisiones de automóviles.

Perfil de los dientes

Con el objeto de que las ruedas dentadas que engranan entre si, trabajen sin sacudidas y produciendo poco ruido  y rozamiento, los dientes tienen que tener un determinado perfil. El perfil más corriente es el de evolvente. Una evolvente es la curva que se produce al desenrollar un hilo de una circunferencia en que estuviera enrollado, manteniéndolo tirante, o lo que es lo mismo, al hacer rodar una recta sobre una circunferencia. En una cremallera con dentado de evolvente el flanco de los dientes es recto. Existe también el denominado dentado cicloidal, pero este no se emplea en construcción de maquinas.

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Medida y verificación de ruedas dentadas Las ruedas dentadas defectuosas se ponen de manifiesto por su modo ruidoso de funcionar, trabajan con sacudidas y se desgastan prematuramente. El mal funcionamiento de un engranaje puede obedecer a distintas causas, como por ejemplo, a defectuoso espesor o a defectos de forma de estos o a no ser el giro redondo. Para medir y verificar el dentado existen instrumentos adecuados de los cuales se hablara a continuación. Medición del espesor de los dientes

Como instrumento de medida puede utilizarse el pie de rey especial para medir gruesos de dientes, instrumento que consta de dos piezas correderas, una horizontal y otra vertical. Figura 15  Para realizar la medición se ajusta primeramente la corredera vertical a la medida q (figura 16). Esta es mayor que la altura de la cabeza del diente h k y puede determinarse para cada modulo y cada numero de dientes con auxilio de una tabla (tabla 2) . El espesor del diente es el arco de la circunferencia primitiva comprendido entre ambos flancos. Con la corredera horizontal no se mide, sin embargo, el arco sino la cuerda de ese arco. La cuerda correspondiente a un espesor de diente se encuentra por cálculo.

Figura 15 Pie de rey especial para m edir  gruesos de dientes. a) Corredera vertical; b) corredera horizontal

Tabla 2: Para el ajuste del pie de rey especial para medición de dientes en ruedas de frontales (Extracto)

Ejemplo: En una rueda frontal con dientes rectos, módulo 8 y numero de dientes igual a 30, hay que determinar la cuerda correspondiente al espesor del diente y la cota q . Solución: El paso es t= 25.132 mm; El espesor del diente (sin juego de los flancos) es

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La cuerda del espesor de dientes es según la tabla 2; 1. 5700•8 = 12.56 (8 = modulo) Para poder medir la cuerda del espesor del diente hay que ajustar el pie de rey especial a la medida: q = 1.0206•8 = 8.16 mm. Con el calibre óptico para medición de dientes (figura 17) se lee el espesor del diente y la altura correspondiente mediante una lupa de que va provisto el instrumento.

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Figura 16: (derecha) Calibre óptico para medición de dientes. (Izquierda) Medición del espesor del diente con el pie de rey especial para ello.

Con el pie de rey especial para la medición de dientes no se obtienen resultados concretos operando tal como se hizo anteriormente, sino cuando la circunferencia de cabezas venga bien centrada respecto al dentado.

Medición del paso

Se hace por medio de instrumentos especiales para esa medición.

Figura 17: Medición del paso por medio de un instrumento especial para ello.

Medición del grueso del diente

Para la medición del grueso del diente sobre varios dientes se utiliza el calibrador micrométrico para medir gruesos de dientes. Con este instrumento se abarcan el espesor y el paso. Por cálculo se puede determinar el paso correspondiente a la medición hecha w .

Figura 18: Medición del grueso de dientes sobre varios de estos, utilizando el calibrador micrométrico.

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Verificación de la dirección de los dientes

En ruedas de dientes rectos se realiza esta verificación haciendo pasar un amplificador a lo largo de los flancos. Los defectos en la dirección de los dientes se ponen de manifiesto por la desviación que sufra el índice.

Figura 19: Verificación de la dirección del dentado. a) Pieza a verificar; b) amplificador; c) soporte inferior; d) regla de guía.

Verificación de la redondez del giro

La verificación de la redondez del giro, de la forma y de los defectos del paso se lleva a cabo en las fabricaciones en serie, como sucede, por ejemplo, en las fábricas de automóviles y en las de ruedas dentadas, por medio de instrumentos  de rodamiento. En este ensayo se hacen engranar partes de ruedas que se correspondan o también una rueda que se trate de verificar con una exactitud mecanizada que se llama rueda muestra o tipo. Las ruedas que se hacen ensayar se introducen en los gorrones y se ajusta la distancia entre ejes con toda exactitud. El carro móvil oprime con ligera presión elástica contra el carro fijo. Al girar las ruedas con la mano, se pondrá de manifiesto en el amplificador de esfera cuanto oscila la distancia entre ejes de las redas que funcionan sin juego alguno. En esta desviación de la aguja del instrumento amplificador se pone de manifiesto también el efecto de redondez, el de paso y el de la forma de los dientes. Frecuentemente van provistos de un dispositivo registrador que va dibujando sobre una cinta de papel el resultado del ensayo, en forma de una línea de trazado más o menos regular.

Figura 20: Instrumento de ensayo de rodamiento, a) carro fijo; b) carro móvil; c) amplificador de esfera

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Verificaciones analíticas

Verificación de los diámetros primitivos en los engranes de dentado recto interior, mediante rodillos patrones, en función del Angulo de presión. Medidas nominales

Calculo analítico para obtener el diámetro nominal de los rodillos patrones de dientes par.

Calculo analítico de la medida Mv para engranes de dientes impar.

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Verificación de los engranes de dientes exteriores e interiores, mediante aparatos especiales equipados con rodillos o esferas.

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Sistemas de medición mediante anillos patrón

Medición de un engranaje exterior de dientes par mediante anillo

 Tres procedimientos para medir engranes de dientes impar: a) Medición por sistema de los tres rodillos (Mv). b) Verificación oblicua (Mv1). c) Mediante anillo patrón

Sistema de medición para engranajes de dientes interiores mediante tampón liso

Medición de engranajes interiores de dientes par o impar indistintamente. Posición frontal del tampón: Mv = 2 x A + d Por último, cabe mencionarse otros métodos, como el de diafragma. Consiste en una caja que se puede sumergir en el líquido (cuando lo que se intenta medir es, obviamente, una sustancia líquida), junto con un capilar lleno de aire que sale de ella y llega hasta el instrumento en cuestión.

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Comprobación de la C oncentricidad 

Como base de medida se utilizan piezas adecuadas que se aplican en los huecos de los dientes. Para esta comprobación se utiliza el instrumento adecuado el cual debe poder girar libremente sin holguras. Las discrepancias de concentricidad se leen en el indicador de precisión que va unido a la pieza que se esta midiendo. Concentricidad: diferencia de posición en sentido radial con respecto al eje de la rueda, medida en los huecos de los dientes, en las proximidades del círculo primitivo. Concentricidad: Es la condición que indica que dos centros ó ejes de círculos ó cilindros respectivamente deben coincidir en una zona de tolerancia circular ó cilíndrica del tamaño de la zona de tolerancia indicada.

Ejemplo de pieza (especie de cigüeñal) de diseño estrictamente concéntrico para su buen funcionamiento.

Para la medición de la excentricidad o concentricidad son aptos tanto los sensores de triangulación como el micrómetro láser. Los sensores de triangulación deben ajustarse verticalmente al eje de giro, para conseguir resultados de medición adecuados. Para la selección del sensor son decisivas el área, la distancia y la exactitud requerida de medición.

Variaciones en la concentricidad de una pieza detectadas mediante sensores laser.

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CONCLUSIÓN Después de analizar todo lo referente a engranes y roscas, nos permite concretizar que son demasiados útiles para la fabricación de objetos. Debemos de pensar que conociendo las características principales de los engranes y tuercas, lograremos tener un amplio conocimiento de ellos, permitiendo la facilitación en el momento de usarlos. Si se llega a comprender íntegramente como se deben de utilizar las roscas y engranes lograremos desempeñar nuestro trabajo futuro de una manera eficaz y muy positiva.

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