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[editar] Reductores de velocidad

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Mecanismo reductor básico.

El problema básico de las máquinas es reducir la alta velocidad de los motores a una velocidad utilizable por los equipos de las máquinas. Además de reducir se deben contemplar las posiciones de los ejes de entrada y salida y la potencia mecánica a transmitir.

Para potencias bajas se utilizan moto-reductores que son equipos formados por un motor eléctrico y un conjunto reductor integrado.

Para potencias mayores se utilizan equipos reductores separados del motor. Los reductores consisten en pares de engranajes con gran diferencia de diámetros, de esta forma el engrane de menor diámetro debe dar muchas vueltas para que el de diámetro mayor de una vuelta, de esta forma se reduce la velocidad de giro. Para obtener grandes reducciones se repite este proceso colocando varios pares de engranes conectados uno a continuación del otro.

El reductor básico está formado por mecanismo de tornillo sin fin y corona. En este tipo de mecanismo el efecto del rozamiento en los flancos del diente hace que estos engranajes tengan los rendimientos más bajos de todas las transmisiones; dicho rendimiento se sitúa entre un 40 y un 90% aproximadamente, dependiendo de las características del reductor y del trabajo al que está sometido. Factores que elevan el rendimiento:

  • Ángulos de avance elevados en el tornillo.

  • Rozamiento bajo (buena lubricación) del equipo.

  • Potencia transmitida elevada.

  • Relación de transmisión baja (factor más determinante).

Existen otras disposiciones para los engranages en los reductores de velocidad, estas se denominan conforme a la disposición del eje de salida (eje lento) en comparación con el eje de entrada (eje rápido). Así pues serían los llamados reductores de velocidad de engranajes coaxiales, paralelos, ortogonales y mixtos (paralelos + sin fin corona). En los trenes coaxiales, paralelos y ortogonales se considera un rendimiento aproximado del 97-98%, en los mixtos se estima entre un 70% y un 90% de rendimiento.

Además, existen los llamados reductores de velocidad de disposicíon epicicloidal, técnicamente son de ejes coaxiales y se distinguen por su formato compacto, alta capacidad de trasmisión de par y su extrema sensibilidad a la temperatura.

Las cajas reductoras suelen fabricarse en fundición gris dotándola de retenes para que no salga el aceite del interior de la caja.

Características de los reductores

  • Potencia, en Kw o en Hp, de entrada y de salida.

  • Velocidad, en RPM, de entrada y de salida.

  • Velocidad a la salida.(RPM)

  • Relación de transmisión[22]

  • Factor de seguridad o de servicio (Fs)

  • Par transmitido (Mn1- Eje rápido) (Mn2-Eje lento)

[editar] Mecanizado de engranajes

[editar] Tallado de dientes

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Tallado de un engranaje helicoidal con fresa madre.

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Fresa para tallar engranajes.

Como los engranajes son unos mecanismos que se incorporan en la mayoría de máquinas que se construyen y especialmente en todas las que llevan incorporados motores térmicos o eléctricos, hace necesario que cada día se tengan que mecanizar millones de engranajes diferentes, y por lo tanto el nivel tecnológico que se ha alcanzado para mecanizar engranajes es muy elevado tanto en las máquinas que se utilizan como en las herramientas de corte que los conforman.

Antes de proceder al mecanizado de los dientes los engranajes han pasado por otras máquinas herramientas tales como tornos o fresadoras donde se les ha mecanizado todas sus dimensiones exteriores y agujeros si los tienen, dejando los excedentes necesarios en caso de que tengan que recibir tratamiento térmico y posterior mecanizado de alguna de sus zonas.

El mecanizado de los dientes de los engranajes a nivel industrial se realizan en máquinas talladoras construidas ex-profeso para este fin, llamadas fresas madres.

Características técnicas de la talladora LC-500 LIEBHERR (Ejemplo)[23]

[editar] Características técnicas talladora engranajes

  • Módulo: 12/14

  • Diámetro engranaje: 500 mm

  • Recorrido axial: 1000 mm

  • Curso schift: 220/300 mm

  • Diámetro fresa de corte: 210 mm

  • Longitud fresa de corte: 260 mm

  • Velocidad de giro: 1000 r.p.m.

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Fresa modular para tallado de dientes en fresadora universal.

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Mecanismo divisor para el tallado de engranaje en fresadora universal.

El tallado de engranajes en fresadora universal con mecanismo divisor, prácticamente no se utiliza, sin embargo el fresado de ejes estriados con pocas estrías tales como los palieres de las ruedas de camiones, si se puede hacer en fresadora universal pero con un mecanismo divisor automático y estando también automatizado todo el proceso de movimientos de la fresadora.

Los engranajes normales cilíndricos tanto rectos como helicoidales se mecanizan en talladoras de gran producción y precisión, cada talladora tiene sus constantes y sus transmisiones adecuadas para fabricar el engranaje que se programe. Tipo Liebherr, Hurth, Pfauter, etc.

Los engranajes interiores no se pueden mecanizar en la talladoras universales y para ese tipo de mecanizados se utilizan unas talladoras llamadas mortajadoras por generación, tipo Sykes.

Para los engranajes cónicos hipoides se utilizan máquinas talladoras especiales tipo Gleason.[24]

Para el mecanizado de tornillos sin fin glóbicos se pueden utilizar máquinas especiales tipo Fellows.

[editar] Chaflanado y redondeado de dientes

Esta operación se realiza especialmente en los engranajes desplazables de las cajas de velocidad para facilitar el engrane cuando se produce el cambio de velocidad. Hay máquinas y herramientas especiales (Hurth) que realizan esta tarea.[25]

[editar] Rectificado de los dientes de los engranajes

El rectificado de los dientes cuando es necesario hacerlo, se realiza después de haber sido endurecida la pieza en un proceso de tratamiento térmico adecuado y se puede realizar por rectificación por generación y rectificación de perfiles o con herramientas CBN repasables o con capa galvanizada.

Los rectificados de engranajes con muelas y de perfiles es una tecnología muy avanzada y ha logrado una capacidad notoria con la utilización de modernas herramientas de corindón aglutinado.[26]

[editar] Bruñido

El bruñido de los engranajes se aplica a aquellos que están sometidos a grandes resistencias, por ejemplo el grupo piñón-corona hipoide de las transmisiones de los camiones o tractores. El bruñido genera una geometría final de los dientes de alta calidad en los engranajes que han sido endurecidos, al mismo tiempo que mejora el desprendimiento y las estructuras de las superficies.

[editar] Afilado de fresas

Las fresas que se utilizan para tallar engranajes son de perfil constante, lo que significa que admiten un número muy elevado de afilados cuando el filo de corte se ha deteriorado. Existe en el mercado una amplia gama de afiladoras para todos los tipos de herramientas que se utilizan en el mecanizado de los engranajes.[27] La vida útil de las herramientas es uno de los asuntos más significativos con respecto a los costos y a la disponibilidad de producción. Las afiladoras modernas están equipadas, por ejemplo, con accionamientos directos, motores lineares y sistemas digitales de medición.[28]

[editar] Técnicas de recorrido del material

En las industrias modernas y automatizadas de mecanizados la técnica de recorrido de material comprende la manipulación automática de piezas de trabajo en los sistemas de producción incluso la carga y descarga de máquinas-herramientas así como el almacenamiento de piezas.

[editar] Gestión económica del mecanizado de engranajes

Cuando los ingenieros diseñan una máquina, un equipo o un utensilio, lo hacen mediante el acoplamiento de una serie de componentes de materiales diferentes y que requieren procesos de mecanizado para conseguir las tolerancias de funcionamiento adecuado.

La suma del coste de la materia prima de una pieza, el coste del proceso de mecanizado y el coste de las piezas fabricadas de forma defectuosa constituyen el coste total de una pieza. Desde siempre el desarrollo tecnológico ha tenido como objetivo conseguir la máxima calidad posible de los componentes así como el precio más bajo posible tanto de la materia prima como de los costes de mecanizado.

Para reducir el coste del mecanizado de los engranajes se ha actuado en los siguientes frentes:

  • Conseguir materiales cada vez mejor mecanizables, materiales que una vez mecanizados en blando son endurecidos mediante tratamientos térmicos que mejoran de forma muy sensible sus prestaciones mecánicas de dureza y resistencia principalmente.

  • Conseguir herramientas de corte de una calidad extraordinaria que permite aumentar de forma considerable las condiciones tecnológicas del mecanizado, o sea, más revoluciones de la herramienta de corte, más avance de trabajo, y más tiempo de duración de su filo de corte.

  • Conseguir talladoras de engranajes más robustas, rápidas, precisas y adaptadas a las necesidades de producción que consiguen reducir sensiblemente el tiempo de mecanizado así como conseguir piezas de mayor calidad y tolerancia más estrechas.

Para disminuir el índice de piezas defectuosas se ha conseguido automatizar al máximo el trabajo de las talladoras, construyendo talladoras automáticas muy sofisticadas o guiadas por control numérico que ejecutan un mecanizado de acuerdo a un programa establecido previamente.

[editar] Cálculo de engranajes

Artículo principal: Cálculo de engranajes

Se llama cálculo de engranajes a las operaciones de diseño y cálculo de la geometría de un engranaje, para su fabricación. Principalmente los diámetros y el perfil del diente. También se consideran los cálculos de las transmisiones cinemáticas que hay que montar en las máquinas talladoras de acuerdo a las características que tenga el engranaje, y que está en función de las características de la máquina talladora que se utilice.

[editar] Relaciones de transmisión

Artículo principal: Velocidad de transmisión

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Transmisión compuesta.

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Transmisión reductora en una grúa antigua ubicada en el puerto de Sevilla

Hay tres tipos de transmisiones posibles que se establecen mediante engranajes:[29]

  1. Transmisión simple

  2. Transmisión con piñón intermedio o loco

  3. Transmisión compuesta por varios engranajes conocido como tren de engranajes.

La transmisión simple la forman dos ruedas dentadas, el sentido de giro del eje conducido es contrario al sentido de giro del eje motor, y el valor de la relación de transmisión es:

Ecuación general de transmisión: n_1 \cdot z_1 = n_2 \cdot z_2

r_t = \frac {n_1}{n_2} = \frac {z_2}{z_1}

n_2 = \frac {n_1 \cdot z_1}{z_2}

La transmisión con piñón intermedio o loco está constituida por tres ruedas dentadas, donde la rueda dentada intermedia solamente sirve para invertir el sentido de giro del eje conducido y hacer que gire en el mismo sentido del eje motor. La relación de transmisión es la misma que en la transmisión simple.

La transmisión compuesta se utiliza cuando la relación de transmisión final es muy alta, y no se puede conseguir con una transmisión simple, o cuando la distancia entre ejes es muy grande y sería necesario hacer ruedas dentadas de gran diámetro. La transmisión compuesta consiste en ir intercalando pares de ruedas dentadas unidas entre el eje motor y el eje conducido. Estas ruedas dentadas giran de forma libre en el eje que se alojan pero están unidos de forma solidaria las dos ruedas dentadas de forma que uno de ellos actúa de rueda dentada motora y el otro actúa como rueda dentada conducida. La relación de transmisión de transmisiones compuestas es:

Ecuación general de transmisión:  n_1 \cdot z_1 \cdot z_3 \cdot..z_n = n_2 \cdot z_2 \cdot z_4..z_{(n+1)}

 n_{eje conducido} = \frac {n_1 \cdot z_1 \cdot z_3 \cdot..z_n}{z_2 \cdot z_4 \cdot z_{(n+1)}}
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