Foros de SóloIngeniería

- 09 Dic 2007, 02:26 #38186

Hola a todos soy nuevo en el foro, soy un estudiante de 4 de Ingeniería industrial especialidad en maquinas y estructuras de la universidad carlos III de Madrid.
El caso es que en una asignatura nos piden diseñar una reductora de velocidad, pero nos tenemos que buscar nosotros las castañas(debido a que esa es la forma de aprender en europa y poco a poco las universidades se van a adaptando a la entrada del tratado de bolonia).
Nuestra primera duda surge a la hora de diseñar los engranajes para la reductora, las caracteristicas de esta es que tiene un eje de entrada y uno de salida, una velocidad de entrada de 1500rpm una relacion de transmision de 1:10,25 una potencia de entrada de 15Kw y una duracion de 24000 horas.
Cuando empezamos a mirar que engranaje seleccionar la primera duda que nos surge es de que modulo diseñarlo, cual es la diferencia entre modulo 1 o modulo 12 por ejemplo, sabemos que el modulo claramente influye en el numero de dientes del engranaje, pero como decides que modulo usar?, cual es la manera de seleccionarlo.
Otra duda es que tipo de engranajes seleccionas rectos o helicoidales y porque?, nosotros en un principio pensabamos que rectos porque son mas baratos, mas faciles de fabricar y duran mas, sin embargo mirando un poco en reductoras ya fabricadas observamos que son siempre helicoidales, y no entendemos el proque, ya que la unica ventaja (creemos) de los helicoidales es que hacen menos ruido.Cualquier tipo de bibliografia que nos aconsejeis sera muy bien recibida, tenemos mas dudas pero ya las iremos preguntando poco a poco, muchas gracias por todo.

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- 09 Dic 2007, 03:21 #38188

Pues no sé. De momento parece que cuanto más número de dientes tengas, más pequeños serán y tendrán una resistencia más comprometida( el módulo te dice cuanto medirán los dientes). Míratelo.

En cuanto a los helicoidales... hacen menos ruido y transmiten más potencia por su forma.

En este foro hay gente muy preparada en el tema de reductoras y motores. Lo mismo tenéis suerte y os responden (harán el papel que tendrían que hacer los profesores ¿?)


¿con Bolonia toca comerse la cabeza como en la vida real? Bueno... Es un modo de que la gente no vaya a clase porque no cuentan nada interesante , solo te dan el guión para el examen.

mm, todavía no está implantado el EES. Espérate a que lo esté. De momento solo se han oído las quejas de los colegios por atribuciones, luego vendrán las de falta de preparación.

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- 09 Dic 2007, 03:26 #38189

por cierto, vas a mi mismo grupo de clase

Pero no soy de máquinas

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- 09 Dic 2007, 14:23 #38208

Lo primero, pensar cuantos pasos van a ser necesarios aproximadamente. La teoría dice que no debes pasar de una relación de aproximadamente 8, aunque la realidad suele ser diferente y hay relaciones muy por encima. Mi consejo, sin embargo, es nunca pasar de 6. Por tanto, os hará falta por lo menos tener dos pasos.

Para saber que relaciones aproximadas debéis tener, una buena práctica es tenerlas más o menos igual, siendo ligeramente mayores las relaciones de salida y las de entrada. El caso de la relación alta en la salida es para tener menor par en el interior del reductor, lo que os permitirá utilizar para el resto de las ruedas un espesor menor (los problemas de espacio siempre están ahí). Además, cuanto mayor sea la rueda de salida, menor espesor os hará falta. L limitación está siempre en el espacio disponible para esta rueda, pero cuanto más grande, más sencillo será.

En el caso de la entrada, una relación alta os quitará problemas de ruido en el reductor. Una relación alta en este paso os permitirá una velocidad de rotación de la primera rueda mucho menor y, al ser este el punto donde más ruido se genera, dicha disminución de velocidad significará un descenso importante del ruido.

En vuestro caso y, siendo sólo dos pasos, podéis utilizar dos relaciones aproximadamente iguales (mejor aproximadamente que exactamente iguales). Para orientaros en la relación a usar en cada paso, podéis utilizar en el caso general esta fórmula:

(relación por paso)^(nº de pasos) = relación total.

Con ella obtendréis la relación aproximada por paso que necesitáis. En vuestro caso será la raíz cuadrada de 10,25, es decir, andaréis en 3 y pico.

No debéis buscar ese valor exactamente, sino moveros alrededor de él en busca de las relaciones adecuadas.

La siguiente duda es cuantos dientes hay que poner en cada piñón y rueda. Normalmente, lo más sencillo es darle al piñón un número bajo de dientes (de 14 a 17) y buscar el número de dientes de la rueda adecuado para conseguir la relación buscada. En dos pasos hay algún programa que otro que os puede dar las diferentes posibilidades para el número de dientes de piñón y rueda (el lunes os digo donde conseguir alguno, pues son gratuitos en la red), o podéis buscar una buena relación utilizando las tablas de Pfautter, pero es una labor bastante más complicada y laboriosa.

Hasta ahora era lo fácil, ahora empieza lo complicado y es el cálculo del egranaje en sí. La selección entre engranajes rectos y helicoidales se basa, como bien dice Bopxa (un saludo por cierto), en dos factores fundamentalmente. Son mucho más silenciosos y aguantan más par con el mismo espesor, pues aumenta la superficie de contacto y el coeficiente de engrane. Sin embargo, bajan ligeramente el rendimiento y, como principal problema, transmiten un esfuerzo axial al eje que no siempre es fácil de asimilar. Además, el precio no es el mismo, pues tallar engranajes helicoidales requiere de máquinas preparadas para ello (más caras) y es bastante más complejo (en ruedas inyectadas el precio sube escandalosamente).

Para escoger el módulo, de nuevo Bopxa os dice bien que depende directamente de la resistencia que necesitéis. Normalmente un módulo mayor os dará una mayor resistencia (sobretodo a la fatiga), pero viendo el número de horas de funcionamiento que tenéis, debéis prestarle especial atención a la resistencia a la presión de Hertz (resistencia superficial), pues los problemas de picado superficial dependen significativamente d los ciclos de funcionamiento. Si no aparecen durante los primeros 20.000 ciclos, es raro que aparezcan después. La resistencia a la presión de Hertz depende no sólo del módulo, sino también del deslizamiento específico, del acabado superficial, del coeficiente de engrane, ..., es decir, las influencia del módulo no es tan importante como para el cálculo a fatiga, siendo normal que un engranaje con un módulo menor tenga mayor resistencia suerficial que uno que tenga un módulo mayor.

Espero haberos dado una primera orietación suficiente, seguid preguntando dudas y os iré contestando en lo que pueda.

Libros: "Cálculo de engranajes paralelos " de Pilar Lafont, el Henriot, el Shigley, Niemmann (si lo encontráis es una joya)... hay un post en que se habla sobre ellos, pues yo mismo pregunté.

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- 09 Dic 2007, 15:03 #38211

Un saludo JCas!!

Muchas gracias por ayudar a un "compi" de clase. Te has convertido en el maestro.

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- 09 Dic 2007, 18:14 #38220

Muchas gracias por ahora, ya con esta ayudita tenemos ya donde movernos, si tenemos mas dudas (que cremos que surgiran en temas de lubricacion y demas ya preguntaremos).
Aun asi siguiendo dando vueltas al tema, es "pecado" hacerlo de engranajes rectos y no helicoidales??¿, ya que el ruido nos da igual, son mas baratos y nos van a durar mas, y no vamos a tener problemas con la fuerza axial que a la hora de poner los cojinetes habra que tenerla tambien en cuenta, vamos que si en la industria se hace alguno con engranajes rectos o eso ya no se hace.
Y la conclusion que obtenemos entonces es que antes de seleccionar modulo, calculemos tensiones que van a sufrir el engranaje, y a partir de ahi sacas el modulo, es que academicamente nunca hemos tenido que escoger un modulo siempre nos han dicho pues con un engranaje de tal modulo, calcula lo que sea, asi que eso es nuevo para nosotros.
Muchas gracias por todo.

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- 09 Dic 2007, 19:06 #38224

Aun asi siguiendo dando vueltas al tema, es "pecado" hacerlo de engranajes rectos y no helicoidales??¿, ya que el ruido nos da igual, son mas baratos y nos van a durar mas, y no vamos a tener problemas con la fuerza axial que a la hora de poner los cojinetes habra que tenerla tambien en cuenta, vamos que si en la industria se hace alguno con engranajes rectos o eso ya no se hace.

No sólo no es pecado, sino que en engranajes pequeños (como los que yo normalmente diseño) y en engranajes muy grandes es bastante habitual verlos rectos. Por cierto, no tienen porque durar más ni menos. La duración no es función del ángulo, sino del deslizamiento. Además, si está correctamente disñado, un engranaje podría ser eterno.

Y la conclusion que obtenemos entonces es que antes de seleccionar modulo, calculemos tensiones que van a sufrir el engranaje, y a partir de ahi sacas el modulo, es que academicamente nunca hemos tenido que escoger un modulo siempre nos han dicho pues con un engranaje de tal modulo, calcula lo que sea, asi que eso es nuevo para nosotros.

Lo que tendréis que hacer es calcular las solicitaciones de par a las que se someterá el engranaje. A partir de ahí, tendréis que ir probando con diferentes módulos hasta encontrar uno que os resista las solicitaciones que tiene. Yo, así a ojo, buscaría primero en un módulo 5 ó 6 para la rueda de salida y, a partir de ahí, iría subiendo hasta encontrar uno que me valga. Para la rueda de entrada con un módulo menor será suficiente.

Muy importante: El número de dientes de piñón y rueda no deben ser NUNCA múltiplos. Sé que no os lo remarcan lo suficiente. Hacer eso, significa bajar la resistencia y, sobretodo, disminuir la duración del mismo una barbaridad, además de provocar problemas de ruido.

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- 09 Dic 2007, 19:45 #38228

OK gracias de nuevo

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- 09 Dic 2007, 19:51 #38229

Ya lo hemos visto, JCas empezó ayer a estudiar engranajes. Eres una mala bestia, colosal vamos.

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"las cosas que no ha hecho Dios, llevan la mano de algún ingeniero por algún lado". JCas dixit.

- 10 Dic 2007, 08:27 #38263

Lo prometido es deuda. Esl programa que podéis utilizar es el Duncans Gear calculator, que podéis encontrarlo en esta dirección:

http://www.duncanamps.com/metal/software.php

Tenéis que coger el Hobber gear calculator.

Este programa se usa normalmente para poner los engranages de transmisión de las máquinas "antiguas". En mi caso, las utilizamos para sincronizar el giro de la fresa madre con el de la pieza a tallar para conseguir el número exacto de dientes. Como podéis comprobar, no está hecho para tener un número de dientes menor de 20, aunque es fácil ver para vuestro caso la relación que hay que tener para conseguir algún piñón con un número de dientes menor. Tan sólo tenéis que introducir la relación que necesitáis en la casilla superior y darle a calcular sin tener marcadas ruedas preferidas. Os saldrán entonces un montón de posibilidades con el valor que conseguís con ellas. Escoger una de ellas y con eso tendréis bastante. Buscar valores para los piñones bajos (aunque antes os hablaba de 14 - 17 dientes por piñón, hasta 25 está bien (más adelante significará tener demasiados dientes en la rueda, pues en valores muy altos la precisión disminuye, siempre mejor mantenerse por debajo de los 100 dientes).

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- 11 Dic 2007, 12:10 #38550

Ese programa esta muy bien la verdad que ahorra bastante trabajo, aun asi seguimos teniendo muchos problemas para seleccionar el modulo del engranaje, nos sacamos los libros de shigley y el de calculo de engranajes paralelos, y creemos que hay que calcular el esfuerzo maximo flexionante y de resistencia a picadura, pero joer no explican nada bien como calcularlo, o no nos enteramos de nada, estamos muy perdidos la verdad.
Es a partir de esas formulas donde se obtiene el modulo?¿?, o esas formulas son simplemente para el seleccionamiento de material, que es otro de nuestros problemas no tenemos ni idea de que material seleccionar, suponemos que un acero pero no sabemos cual.
Cual es el orden de realizar las cosas a la hora de fabricar un engranaje, es decir: primero sacar la resistencia flexionante y de picadura (que no sabemos my bien como) a partir de esas sacar el modulo, despues con el modulo obtener ya el engranaje en si y ya calcular despues el dentado??¿.
Vosotros a la hora de diseñar un engranaje que pasos seguis y como lo haceis?, muchas gracias de nuevo.

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- 11 Dic 2007, 16:07 #38613

El proceso sería:

Elijo un módulo a ojo. Elijo un ángulo de inclinación (eso si soy valiente y me decido por un helicoidal, bastante más complicado de calcular), elijo un espesor de rueda (vienen recomendaciones para ello). A partir de ahí saco todos los datos geométricos necesarios (Dp, Db, Distancia de engrane,....), y después calculo los esfuerzos que hace el diente (Ft, Fbt,...) y consigo la presión en el flanco del diente, y la tensión en la base del diente. Comparo los resultados con la capacidad de carga del material por unidad de superficie (comparo tensión de Hertz admisible con la obtenida, aplicando todos sus coeficientes) y después compruebo si resiste a fatiga en la base del diente.

A partir de los resultados obtenidos:

Si no cumple fatiga en la base del diente aumento el módulo, el ángulo o el espesor y vuelvo a realizar todo el proceso. (ojo con el espesor, llega un momento en que la resistencia disminuye, además, se hace mucho más difícil y cara su fabricación). Puedo tocar también los desplazamientos (un engranaje con un desplazamiento positivo puede aguantar el doble que uno con un desplazamiento negativo siendo todos los demás parámetros iguales)

Si no cumple con la presión de Hertz, pero sí fatiga, hay varias opciones:

1º Mirar el deslizamiento específico de cada elemento. Si es muy alto (mucho mayor que 1) o negativo tocamos el desplazamiento de rueda y piñón. Si es negativo (muy mal rollo) cualquiera de los dos, aumentaré la distancia entre ejes, aumentando al mismo tiempo ambos desplazamientos y, si no es suficiente, aumentaré el juego entre ambos (eso no te lo cuentan los libros, o sea, que si no tienes mucha práctica no lo intentes).

Si es muy alto uno de ellos, pero el otro no, aumentaré el desplazamiento sólo de ese elemento y en el otro o lo mantendré o lo bajaré ligeramente.

Después recalcularé y comprobaré si va bien, si no, tendré que subir el módulo. Ojo al subir el desplazamiento pues puedes quedarte sin espesor en la cabeza del diente).

2ºAumentar el ángulo del engranaje y recalcular.

3ºAumentar el módulo y recalcular.

El mejor de los tres es el 1º, pero no siempre es válido.



Para los materiales: Depende mucho del tamaño del engranaje. Recordad que os interesa que sea dúctil en el interior y muy duro en el exterior, con lo que es más que interesante tratar el engranaje superficialmente, por lo que una acero para cemantación o para nitruración es una buena opción.

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- 11 Dic 2007, 21:37 #38675

OK muchas gracias de nuevo nos pondremos a ello a ver si sale que la cosa es mas complicada de lo que parece.

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- 12 Dic 2007, 11:53 #38762

El cálculo de engranajes es un proceso complicado, lento y engorroso Si tenéis dudas seguid preguntando. De todas formas, hay programas para ello. Podéis encontrar una demo, por ejemplo, del MITcalc en Internet y quizás también del Kissofft (este último considerado el mejor programa de cálculo de engranajes). También SolidEdge tiene un módulo llamado Motion que funciona bastante bien.

A mi particularmente no me convencen del todo, pues tengo mi propio método, pero para vosotros es más que suficiente. Los que os he dicho no son, ni mucho menos, los únicos que existen, y hay un montón de ellos en el mercado. De todas formas, conviene conocer muy bien los principios del engranaje antes de utilizar cualquier programa de estos. Son buenos como orientación, y en manos más o menos expertas dan resultados aceptables, pero hay que utilizarlos con cuidado.

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- 12 Dic 2007, 20:48 #38950

... pero para vosotros es más que suficiente. ...

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"las cosas que no ha hecho Dios, llevan la mano de algún ingeniero por algún lado". JCas dixit.