En este artículo, exploraremos el proceso de diseño de engranajes rectos para aplicaciones mecánicas. El objetivo principal será lograr resistencia mecánica, durabilidad y cumplir con los requisitos de diseño de acuerdo con los estándares de la industria.
Requisitos de diseño
Antes de sumergirse en el proceso de diseño, el diseñador debe considerar varios requisitos o aportaciones de diseño importantes. Éstas incluyen:
- La capacidad del engranaje para transformar la velocidad angular de rp1 a rpm2
- La capacidad de transmitir una cantidad específica de energía
- Limitaciones de espacio
- Selección de materiales
Con base en estos datos, el diseñador debe determinar los siguientes parámetros del engranaje:
- Número de dientes en ambos engranajes
- Diámetro del círculo primitivo
- Ancho de la cara
- Grosor del diente
Estos resultados son esenciales para un diseño exitoso de engranajes.
Consideración de las limitaciones de espacio
Al diseñar engranajes, las limitaciones de espacio son un factor crucial. El equipo debe encajar en un área específica, asegurando su viabilidad tanto económica como funcional. Para solucionar esto, la suma de los diámetros de paso de los dos engranajes debe ser inferior al 80% del ancho permitido. Esta ecuación ayuda a garantizar que el equipo encaje dentro del espacio designado.
Determinación del número de dientes
El siguiente paso es determinar el número de dientes de cada engranaje. Inicialmente, el diseñador supone un valor para t1, el número de dientes del engranaje más pequeño. Esta suposición es necesaria ya que el diseño del engranaje permite múltiples soluciones y el punto de partida puede cambiar en iteraciones posteriores. Con base en esta suposición, el número de dientes de la segunda marcha se puede calcular utilizando una relación llamada paso diametral. Sin embargo, el diseño del engranaje también debe considerar la interferencia.
Comprobación de interferencias
La interferencia ocurre cuando el perfil del engranaje se extiende por debajo del círculo base, lo que resulta en una posible erosión del material y ruido. Para evitar interferencias, la condición t1 > Se debe cumplir (2.2 * arccos[1 – 2 * aw^2 / (t1 * cos(phi))^2]), donde aw es un valor aleatorio y phi es el ángulo de presión del engranaje. Si esta condición no se cumple, se debe aumentar el valor de t1 y se deben rehacer los cálculos.
Consideraciones de resistencia
El engranaje debe ser capaz de resistir las fuerzas que actúan sobre él. Estas fuerzas incluyen componentes tangenciales y radiales que inducen esfuerzos de flexión. Para garantizar que el engranaje sea lo suficientemente resistente, se utiliza la ecuación de flexión de Louis. Esta ecuación relaciona la tensión de flexión máxima con el diámetro de paso y un factor conocido como factor de forma de Louis. El factor de forma se puede encontrar utilizando tablas y gráficos basados en entradas como el ángulo de presión y el número de dientes.
Incorporación de factores realistas
Las suposiciones y cálculos de diseño iniciales se basan en condiciones estáticas. Sin embargo, en realidad, los engranajes funcionan bajo cargas dinámicas y enfrentan otros factores que pueden afectar su resistencia. Es necesario considerar factores como la carga dinámica, la concentración de tensiones de fatiga, la sobrecarga y la distribución de la carga. Al incorporar estos factores en la ecuación de Louis, se puede lograr un enfoque más realista para el diseño de engranajes.
Consideraciones sobre fallas superficiales
Incluso si un engranaje posee una resistencia mecánica adecuada, aún puede fallar debido a problemas de resistencia de la superficie. La falla de la superficie ocurre cuando el engranaje carece de suficiente resistencia superficial, lo que produce grietas y desgaste. Para evitar fallas en la superficie, la tensión de contacto en la superficie debe calcularse utilizando correlaciones estándar. Si la resistencia de contacto está por debajo de un valor crítico, el diseño del engranaje se considera seguro; de lo contrario, deberá ser rediseñado.
Esperamos que este artículo le proporcione una introducción completa al diseño de engranajes rectos. ¡Gracias por leer y que tengas un gran día!
