Procesos Industriales

 

 

Manufactura de transmisión de potencias con engrane Mónica Agamez Rueda - Karen Lisbeth Martínez Letrado - Lida Gómez Olaya - Marlon Andrés Lopera Rodríguez - Edwin Andrés Giraldo - Néstor Jaime Cárdenas Téllez. Politécnico Gran colombiano, Institución Universitaria.  especialmente para realizar una cantidad de trabajo  Resumen —   Las transmisiones por engrane son las más  por un tiempo determinado ya sea por una fuerza utilizadas y eficientes para transferencia de potencia entre ejes, física de contacto u otro elemento mecánico.

se subdividen por la existencia o no de un elemento intermedio que no se obtiene con facilidad de motores por lo que se mostrará el proceso de manufactura basados en principios  básicos de funcionamiento. funcionamiento. 

 Índice de Términos —   Engranajes, manufactura,

 principios y transmisión transmisión de potencia. potencia.

I.  INTRODUCCIÓN Las máquinas necesitan medios para transmitir movimiento y acondicionar salidas segun la utilización de ahí la importancia de su producción. II.  FUNDAMENTO TEÓRICO Cabe resaltar que en primera instancia es importante saber que la manufactura es el proceso de transformación que le aplica las empresas a las

Un árbol es un elemento que a través de su movimiento giratorio transmite potencia a través de la flexión y torsión debido a que tiene partes montadas encima de él. Uno de los mecanismos de unión que actúa en conjunto con el árbol son los acoples produciendo movimiento de un punto a otro y dependiendo de diversas condiciones puede ser rígidos, elásticos y móviles.  B.  Transmisiones por engranajes Es un juego de dos o más ruedas que en su estructura la componen dientes que al entrar en contacto giran de forma conjunta siendo el medio de transferencia más usado en la iindustria ndustria debido a que no resbala una con respecto a la otra y transmiten grandes esfuerzos siempre y cuando tengan los

materias primas para generar productosmayores finales mismos parámetros dimensiones en entre el diente, satisfaciendo necesidades que le generaran clasificándolas como osistemas robustos ejes ingresos al cumplir las especificaciones y  paralelos, perpendiculares u oblicuos, según su requerimientos del cliente en cuanto a calidad en el diseño. Por el contrario, son bastante ruidosos. mercado encerrando factores como el diseño inicial del producto hasta el ensamblaje de sus Una transmisión por engranajes genera componentes, abarcando todas las fases aplicadas limitaciones por calor a causa de que si no disipa con  para su optima fabricación y funcionamiento. Para el rapidez puede subir la temperatura y dañar los caso de este articulo es indispensable entender los materiales; otra limitación es el ruido por la fricción siguientes términos antes de adentrarnos al tema de entre dientes a grandes velocidades de giro donde la manufactura, funcionamiento y producción: capacidad de transmisión de un engranaje quedará limitada por:  A.   Ejes y Árboles Un eje es una parte que sirve de soporte para que gire una pieza, su estructura es irregular hecho Premio Colombiano Colombiano de Informática Informática ACIS 2011

 

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Capacidad de resistencia por flexión del diente; Límite por rotura a fatiga de la base del

 

 

 

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diente; Desgaste o picadura de la superficie del diente.

 Figura 1 engrane flexible y dentado 

III.  DESARROLLO  “En todas las maquinas se utilizan controles para regular la velocidad y el sentido del movimiento” [1],  por eso necesitan algún medio para transmitirlo desde la fuente de potencia hasta los elementos móviles siendo necesario la implementación de engranajes, poleas excéntricas y dispositivos de convención de rotación y alternación, a su vez sistemas hidráulicos y neumáticos en las unidades de  pulsión y avance.

Para la industria la más utilizada para transmitir El empleo de la transmisión por engrane que utiliza  potencia son “las cadenas de rodillos y las dentadas o silenciosas alcanzan un rendimiento del 98% y “la interferencia entre ciertas figuras geométricas de las barras en contacto para transferencia de fuerza y requieren menos mantenimientos” [3].

acondicionar salidas del motor ” [2] se pueden De acuerdo con lo anterior, ha existido un aumento clasificar atendiendo sus principios básicos de  progresivo en la generación de engranajes funcionamiento en: cilíndricos, rectos y helicoidales en el mercado como Transmisiones por rozamiento: Correas lo muestra la figura 2 ya que “los requerimientos de •  velocidad y par que se dan en máquinas no se pueden  planas y trapezoidales obtener fácilmente directamente en los motores ” [4]. •  Transmisiones por engrane, entre las que se Este tipo de granaje se elabora con una herramienta  pueden distinguir: contacto contac to directo mediante dientes de tallado y las condiciones de generación se obtienen los perfiles de los dientes, tanto en la parte y en enlace flexible. activa como la que se genera de la base y toman como Para este artículo es importante solo tratar las  base ecuaciones para determinar los parámetros geométricos que harán falta para el cálculo restante. cadenas comoa lo ilustradelatransmisión figura 1, ya por queengrane reducenflexible el costetal frente los engranajes, mantienen la relación de transmisión constante y se pueden accionar varias ruedas en una sola cadena. Durante la marcha de la cadena, sus rodillos se apoyan en los huecos de los dientes abrazando a la rueda en forma poligonal, de tal forma for ma que la cadena sale de la rueda motriz con velocidad no uniforme.

Figura 2 engranajes cilíndricos

 A.   La calidad del engr engranaje anaje có cónicos nicos y helicoidal de tamaño meso y el acabado de la superficie La fabricación de artículos, tecnología y maquinaPremio Colombiano Colombiano de Informática Informática ACIS 2011

 

 

ria micro cada vez se van posicionando como una de las necesidades básicas gl globales obales producto de los costos crecientes de los materiales y los procesos de fabricación. El engranaje de tamaño meso (es decir, el diámetro de la punta en un rango ran go de 1 a 10 mm) es uno de los componentes principales ampliamente utilizados en aplicaciones industriales, científicas, de  precisión y domésticas. Engranajes helicoidales meso (MHG) y engranajes cónicos meso (MBG) nos ofrece peso ligero, menor consumo de energía y rendimiento operativo superior. Pero, para garantizar una transmisión de par eficiente y precisa, un ruido de funcionamiento mínimo y una vida útil más larga, estos engranajes deben tener una mejor microgeometría, acabado de la superficie, perfil de dientes preciso y superficies más resistentes al desgaste y a la corrosión. Dado que, estas características deseables dependen de los materiales y los procesos de fabricación utilizados. “El acero inoxidable tiene mayor resistencia al desgaste y la corrosión y se desempeña satisfactoriamente durante un período prolongado”  [5]. Esto ha motivado a los investigadores a explorar  procesos alternativos, como el mecanizado por micro-chorro de agua, el grabado biológico, la ablación por láser, el mecanizado por haz de electrones y el mecanizado por electroerosión por chispa de alambre (WSEM) para fabricar mesoengranajes de mayor precisión y calidad. La microgeometría y la rugosidad de la superficie son criterios importantes para indicar la calidad de un engranaje. “Afectan significativamente las características funcionales, el rendimiento operativo y la vida útil de un engranaje” [5]. La figura 3 ilustra componentes de errores en la forma y ubicación de los dientes de engranaje.  Figura 3 errores en la forma y ubicación de los dientes de engranaje 

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 B.  Uso de herramientas estándar y maquinas multitarea para engranajes de gran tamaño. La creación de máquinas multitarea dio nuevas oportunidades para el mecanizado de engranajes de gran tamaño y series cortas de producción. Sin embargo, la posibilidad de utilizar herramientas estándar representa un desafío tecnológico desde el  punto de vista de la calidad de la pieza porque se deben determinar las condiciones para lograr los requisitos de calidad dimensional y de superficie. Con estas consideraciones se estudian los métodos de de control numérico computarizado (CNC) para  proporcionar herramientas útiles. Los engranajes cónicos en espiral de gran tamaño (figura 4) se utilizan en aplicaciones que requieren una transmisión de alta potencia suave y silenciosa como equipos dedicados a la generación de energía térmica, sistemas de propulsión de barcos, turbinas eólicas o transmisión de energía en el sector aeronáutico. Hoy en día, hay una demanda continua de energía y, en consecuencia, ha habido un aumento en la cantidad de equipos dedicados a la generación de energía y sus componentes. Sin embargo, la evolución en el mercado de máquinas multitarea y la mejora continua en controles numéricos y software CAM, han llevado a la aparición de un medio adecuado para la fabricación de estos elementos geométricos.  Figura 4 engranaje de gran dimensión

 

 

El uso de herramientas estándar también es una miden mediante el espesor especifico de la película ventaja, dada la reducción tanto en el costo como en del lubricante, las pérdidas se dan no solo por la los tiempos de entrega, proporcionando así fricción por deslizamiento, se producen también por alternativas flexibles para producir lotes pequeños o  perdidas en el movimiento de rotación de los medianos utilizando una máquina de cinco ejes y un elementos debidas al arrastre, comprimido y método de corte de herramientas de disco. Esta agitación del lubricante e incluso a la presencia del metodología también permite la fabricación de aire en el interior de la carcasa. engranajes de diversas geometrías. El mecanizado CNC se puede realizar para la fabricación de engranajes cónicos en espiral, algunas de las ventajas de este método son aumento en la versatilidad del proceso de fabricación en términos de tamaño, permitiendo la realización de modificaciones de los diferentes dientes de engranaje. La calidad de la superficie y la estructura de los materiales también son importantes para la vida del engranaje Los valores óptimos de rugosidad de la superficie asegurando un buen contacto, vale la  pena mencionar que tanto la rugosidad excesiva de la superficie como superficies pulidas son  perjudiciales para el las contacto del engranaje. C.   Desgate y lubricación del engranaje La mayoría de los fallos presentados en los sistemas y procesos surgen a partir de la lubricación y el desgaste ocasionados por la presencia de  partículas que se desprenden por el continuo rozamiento o contacto de los dientes de la transmisión esto sucede debido a que la capa del lubricante no es suficientemente gruesa o porque la velocidad en la zona de contacto es demasiado alta. En cuanto a los fallos de corrosión se presentan cuando el lubricante no es capaz de proteger adecuadamente las superficies que puede darse por po r la mala elección de este producto que proporciona los índices correctos de viscosidad, en ocasiones el material de la superficie de los dientes puede fundirse dejando ambas superficies soldadas por la solidificación lo que se contrarresta por calor. Hay que afirmar que las condiciones del lubricante influyen en la fricción que ocasiona perdida de  potencia y rendimiento de la transmisión. El desgaste de la superficie de dientes en las condiciones de carga, lubricación y movimiento se Premio Colombiano Colombiano de Informática Informática ACIS 2011

IV.  CONCLUSIONES  Se deduce que la manufactura ha tenido mayor acogida en procesos relacionados con requerimientos de velocidad, par y transmisión de potencias en máquinas siendo fundamental elementos de engrane que condicionen la salida de los motores dependiendo de la utilización dada o transferencia del movimiento a la pieza de trabajo basando su metodología de cálculo en normas ISO, estando menos limitados al tamaño y la geometría. Por otra parte, el modelo predictivo de rugosidad en tornos controla parámetros de corte, por lo tanto, el uso de herramientas estándar requiere menos tiempo y aquellas de tecnología multitarea permiten el mecanizado completo. REFERENCIAS

[1]  H. C. Azanas, Procesos básicos de manufactura, P. E. Central, Ed., McGraw-Hill Interamericana, Interamericana, 1983. [2]  P. E. Central, Ed., Diseño de máquinas, Universidad Valencia, 2016. [3]  Politécnica B. A. Roda,deMáquinas y mecanismos, P. Central, Ed., universidad politécnica de valencia, 2016. [4]  M. J. I. Pedrero, Tecnología de máquinas. Tomo II: uniones, Engranajes, Transmisiones, U. -. U. N. d. E. a. Distancia, Ed., México, Milán, Nueva Delhi, Singapur, Sídney, Toronto.: ProQuest E-book Central, 2018. [5]  WSEM process. (2019). Analysis and multi-response optimization of gear quality and surface finish of mesosized helical and bevel gears manufactured (ISSN 01416359 ed., Vol. Volume 55). Precision Engineering.