Calidad de engranajes

Para los engranajes, la calidad es la precisión que tienen las propiedades específicas de una rueda dentada, o el error compuesto de una rueda dentada que gira engranando con una rueda dentada maestra de precisión. Entre los factores que se miden para determinar la calidad se encuentran [12]:

• Variación de índice: Diferencia, en los círculos de paso, entre localización real de un punto sobre la cara del diente de un engrane y un punto correspondiente en un diente de referencia. La variación causa inexactitud en la acción de dientes engranados.

• Alineación del diente: Es la desviación de la línea real sobre las superficies del diente en el círculo de paso, respecto a la línea teórica. Se toman mediciones a través de todo el ancho de cara. Para un engrane recto, la línea teórica es una recta. Para un engrane helicoidal, es parte de una hélice. Si el desalineamiento es mucho, se producen cargas no uniformes sobre los dientes del engrane.

• Perfil del diente: Es la medición del perfil real de la superficie del diente de engrane desde el punto de inicio de la cara activa del diente hasta la punta del diente. El perfil teórico es una curva de involuta. Variaciones del perfil del diente causan variaciones de velocidad afectando la uniformidad de movimiento.

• Radio de raíz: Es el radio del chaflán en la base del diente. La variación respecto del valor teórico puede afectar el engranado de los dientes, originando interferencias y aumentando la concentración de esfuerzos flexionantes en el diente.

• Descentramiento: Es una medida de excentricidad y de falta de redondez de un engrane, provoca que el punto de contacto se desplace de forma radial durante cada revolución.

• Variación total compuesta: Es una medida de la variación en la distancia entre los centros de un engrane maestro preciso y la rueda dentada que se prueba durante una

revolución completa. El eje de una rueda se fija y se permite el movimiento del otro mientras los dientes se mantienen engranados. El esquema se muestra en la Figura 6-2.

Figura 6-2. Diagrama esquemático de un accesorio para medir Variación total compuesta.

Fuente: Diseño de elementos de máquinas [12].

Las cantidades permisibles de variación en la forma real de los dientes respecto de la forma teórica, o la variación compuesta se especifican en la normas AGMA como Número de Precisión. En específico en las Normas:

• AGMA 2015-1:2001 Accuracy Classification System- Tangential Measurements for Cylindrical Gears (Sistema de clasificación de precisión. Dimensiones tangenciales para engranajes cilíndricos)

• AGMA 2015-2:2015 Gear Tooth Flank Tolerance Classification System - Definitions And Allowable Values Of Double Flank Radial Composite Deviations (Sistema de clasificación de flancos de dientes de engranajes. Definiciones y valores permitidos para desviaciones compuestas radiales de doble flanco)

Las que reemplazan a las normas

• AGMA 2000:1988 Gear Classification and Inspection Handbook – tolerances and Measuring methods for Unassembled Spur And Helical Gears (Clasificación de engranajes y manual de inspección. Tolerancias y medidas para engranajes rectos y helicoidales sin ensamblar)

• AGMA 2015-2:2006 Accuracy Classification System- Radial Measurements for Cylindrical Gears (Sistema de clasificación de precisión. Dimensiones radiales para engranajes cilíndricos).

• AGMA 390.03:1980 Gear Classification and Measurung Methods for Unassembled Gears (Clasificación de engranajes y métodos de medición para engranajes sin ensamblar).

6.2.1

Para determinar la calidad de un engrane, se emplean dos métodos: Medición funcional y medición analítica.

Para la medición funcional se emplea un sistema como el de la Figura 6-2 para medir el error compuesto. La variación de la distancia entre centros se registra durante una revolución completa, Figura 6-3. La variación total compuesta es la dispersión máxima, es decir la diferencia entre el punto más alto y el más bajo de la gráfica. La variación compuesta máxima, es la dispersión máxima para dos dientes adyacentes. El descentramiento se determina a partir de la desviación total de la línea media en la gráfica. Estos datos permiten determinar el número de calidad AGMA en base, principalmente, a la variación total compuesta y se considera adecuada para engranajes de uso general de maquinaria industrial.

Figura 6-3. Registro de los errores de geometría de un engrane.

Fuente: Diseño de elementos de máquinas [12].

En la medición analítica se miden errores individuales de índice, alineación de hélice, perfil de involuta, entre otras propiedades. Se requiere de un sistema de medición de coordenadas, el cual entrega datos tabulados y un número de calidad para cada medición realizada. También se pueden determinar dimensiones de propiedades distintas a las de los dientes de engranajes, por ejemplo, cuando se maquina un engrane junto con el eje se pueden medir diámetros,

6.2.2

El diseño del sistema de engranajes, incluyendo ejes, rodamientos y cajas, debe ser consistente en precisión. Se debe considerar que

• La calidad de los engranajes será establecida por el método de fabricación, y la magnitud de las tolerancias está directamente ligada con el método de fabricación, herramienta, plantillas, sujeción y técnicas de inspección.

• Es posible que una tolerancia no se establezca por requisitos funcionales sino que por limitaciones de manufactura, la operación de una máquina puede afectar a la siguiente.

• Las tolerancias son una función del número de calidad, el módulo y el número de dientes que la rueda dentada posea.

• El sistema no debe fabricarse con una mayor precisión que la necesaria, debido al costo.

Los fabricantes de engranajes han recomendado los siguientes números de calidad para cada aplicación. Además es posible relacionar el número de calidad con la velocidad de la línea de paso, como se mostró en la Tabla 5-3. Equivalencias y relaciones entre normas de calidad y métodos de manufactura.

Tabla 6-2. Números de calidad AGMA recomendados.

Aplicación N. Calidad Aplicación N. Calidad

Mezclador de cemento 12 Medidor de gas 10-8

Horno de cemento 12-11 Taladro pequeño 10-8

Laminadoras de acero 12-11 Lavadora de ropa 9-7 Cosechadora de granos 12-10 Prensa de impresión 8-6

Grúas 12-10 Transmisión automotriz 7-6

Prensas de punzonado 12-10 Propulsión marina 7-5 Transporte de mineral 12-10 Motor de avión 7-4 Máquina para fabricar cajas 11-9 Giroscopio 5-3 Fuente: Elaboración propia a partir de tabla presentada en “Diseño de elementos de máquinas”. [11]