Principios Basicos de Engranajes

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Por Esteban Echeverría
Ingeniero de Lubricación
esteban.p.echeverria@exxonmobil.com
Consultas al 0800-8888088
Consejo de la semana
Principios básicos de los engranajes
Los engranajes y los reductores de velocidad son
elementos esenciales en la maquinaria industrial.
"Son dispositivos mecánicos que transmiten la
fuerza y el movimiento rotativo de una máquina
o parte de ella, a otra."
En esencia son ruedas presionadas la una sobre la
otra, transmiten cierta fuerza entre sus ejes, debido
a l rozamiento o frotamiento que existe entre las
superficies de contacto. Teóricamente, si el movimiento es puramente de rodamiento, el rendimiento
es alto, sin embargo debido a que los engranajes
se deslizan entre si, esta transmisión de fuerza no
resulta eficiente sino para cargas pequeñas.
En general, la eficiencia de estas transmisiones,
radica en el porcentaje de rodamiento que exista.
Entre las superficies no debe haber deslizamiento,
si los coeficientes de fricción de las piezas en contacto no se exceden.
La relación de velocidad entre ejes en la transmisión de movimiento de un eje al otro, dependerán
del número de dientes de cada engranaje involucrado.
La velocidad relativa de los engranajes es inversamente proporcional al número de dientes, y la forma como están dispuestos los engranajes determinan la dirección relativa de rotación.
Si insertamos un engranaje libre (entre el engranaje
impulsor y el impulsado), no afectará la relación de
velocidad pero si afectará la dirección de rotación.
ENG. IMPULSADO
Raíz del diente o Dedendun
Cabeza del diente o Addedendum
PUNTO PRIMITIVO
PITCH
ENG. IMPULSOR
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.
- Circunferencia primitiva o círculo primitivo: es la
circunferencia imaginaria por donde va deslizándose
un engranaje sobre otro.
- Cabeza del diente o Adendum: es la altura del
diente hacia afuera y a partir de la circunferencia
primitiva.
- Raíz del diente o Dedendum : es la distancia entre
la base del diente y la circunferencia primitiva.
- Paso o Pitch: es la distancia medida sobre la circunferencia primitiva, entre los ejes de dos dientes.
El paso se divide en dos partes, uno lleno y otro vacío, medidos ambos sobre la circunferencia primitiva.
- Línea de paso o Pitchline: es la línea imaginaria en
medio del diente y donde el deslizamiento es cero
Lubricación de los reductores
La elección del lubricante adecuado juega un papel
muy importante, no sólo para el correcto funcion a-
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miento de la unidad, sino también para prolongar la
vida útil de los engranajes.
Presión
Es importante que en el momento de elegir el lubricante se tenga en cuenta el diseño y el tipo de engranaje que compone la unidad de reducción.
Presión
Comienzo de ciclo de contacto
Deslizamiento positivo
Coefide trac-
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0
Presión
Final de ciclo de contacto
Deslizamiento ne gativo
Línea de paso
Cero deslizamiento
Aceite mineral
Aceite PAO
PAO
0
5
1
1
2
Relación % Deslizamiento-
La lubricación fluida de engranajes tiene muchos
aspectos en común con la lubricación de los cojinetes. Es decir, en la lubricación de un cojinete, el movimiento de rotación del eje hace posible el acceso
del aceite a la zona de mayor presión en la parte
inferior del cojinete. Si el aceite penetra bajo el eje,
éste será levantado y flotará sobre la película.
Desde el punto de formación de la película, la rotación del eje y el cojinete se pueden comparar con la
acción de deslizamiento de las superficies entre los
dientes de un engranaje. Sin embargo hay que considerar otros factores adicionales. Por ejemplo, durante la acción de deslizamiento ente los dientes,
ambas superficies están en movimiento. Además,
en los engranajes existe también el factor de rodamiento que debe tomarse en cuenta.
La película lubricante entre las superficies de rodamiento y deslizamiento de los dientes de los engranajes tiene un comportamiento similar a lo que sucede cuando dos ruedas de fricción cilíndricas rue-
2
3
PAO ahorra
energía en
la mayor
parte del
ciclo de
contacto
dan y se deslizan una sobre la otra en presencia de
un medio lubricante.
Esta acción se puede apreciar más claramente con
los dientes de los engranajes rectos, aunque los
mismos factores son aplicables a otros tipos de engranajes.
En los engranajes en general, existe un deslizamiento significativo al iniciarse el contacto de los
dientes (Ver gráfico deslizamiento positivo). Al continuar el engrane, el régimen de deslizamiento disminuye gradualmente hasta la línea de paso en
donde llega a cero.
Al continuar el engrane, aumenta nuevamente el
deslizamiento hasta alcanzar el máximo cuando el
diente finalmente se separa (Ver gráfico en deslizamiento negativo). En cada diente del impulsor, el
deslizamiento es siempre hacia fuera de la línea de
paso; en otras palabras, la dirección del movimiento
de los dientes impulsados, sobre las superficies de
los dientes impulsores, es siempre hacia afuera de
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las líneas de paso de dichos dientes. Inversamente
la dirección de movimiento de los dientes impulsores
sobre las superficies de los dientes impulsados, es
siempre hacia la línea de paso de los dientes impulsados.
Por otra parte, el régimen de rodamiento permanece
constante desde el principio hasta el final del engranaje. Los dientes del impulsor ruedan siempre en la
misma dirección, es decir, desde la punta de la raíz
sobre la superficie de los dientes impulsados. Inversamente, los dientes del engranaje impulsado ruedan siempre desde la raíz hasta la punta del diente,
sobre las superficies de los dientes del piñón impulsor.
La dirección del deslizamiento y del rodamiento, no
deben confundirse con la dirección del movimiento
de la línea de contacto. La línea de contacto siem pre se mueve de la raíz a la punta de los dientes
impulsores y de la punta a la raíz de los dientes impulsados.
Cuando engranan dos dientes, el rodamiento y el
deslizamiento ayudan a la formación de la película.
Los sistemas de lubricación por salpique utilizados
en juegos de engranajes de baja velocidad liberan
automáticamente el aceite de los dientes después
de producirse el engrane.
Los sistemas de alimentación a presión para velocidades en la línea de paso debajo de 1525 mts/min
(5000 ft/min), son diseñados también atomizando el
aceite en los engranajes en el instante de empezar
el engrane.
Por último , con un aceite sintético a base de PAO (
Poli Alfa Olefina ), donde los coeficientes de tracción y fricción son menores a los coeficientes de
tracción y fricción de un aceite mineral, la relación
rodamiento / deslizamiento es mejor vs el mineral,
obteniendo mayor rendimiento del engrane y además un ahorro de energía.
.
Formación de la película de aceite
Caja de sistema de engranajes
Texto Consultado: Universidad de la Lubricación Mobil. Módulo III
Lubricación Industrial.
Litaratura técnica de Esso Petrolera.
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