Ingenieria - Calculo Engranajes

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Tutorial KISSsoft: Dimensionado fino de Engranes rectos __________________________________________________________________________________________ Para Release: Download:

08-2005 http://www.kisssoft.ch/castellano/instrucciones.htm

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1 Datos del problema 1.1 Datos del problema Dimensionar un par de ruedas rectas que, para una duración de vida de 5.000 horas, puedan transmitir una potencia de 5 kW con un número de rotaciones operacional de 400 rpm (Factor de utilización = 1,25). La relación de transmisión debe ser de 1:4; las ruedas dentadas en material 18CrNiMo7-6. El par de ruedas rectas debe optimizarse con respecto a emisión de ruido / relación de contacto. La verificación de la resistencia se calcula según ISO 6336, Método B. 1.2 Arranque del Cálculo de Engranes rectos (Par de ruedas rectas) Después de haber instalado KISSsoft, como versión Test o como versión Comercial (ver las instrucciones de instalación), arrancar KISSsoft en “Inicio ⇒ Programas ⇒ KISSsoftHirnware 10-2004 ⇒ KISSsoft Hirnware”. A partir del menú “Cálculo” (Calculation) ⇒ “Elementos de transmisión” (Driving-Elements) ⇒ “Engranes rectos” (Cylindrical Gear) ⇒ “Par de Ruedas rectas” (Cylindrical Gear pair – Z1) aparecen en pantalla las siguientes máscaras:

Figura 1.2-1 Arranque de KISSsoft, máscara de inicio, llamada al Cálculo de Engranes rectos.

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Tutorial KISSsoft 009: Dimensionado de engranes rectos

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El ejemplo de trabajo de este tutorial puede abrirse con “Archivo ⇒ Abrir” y seleccionando “Tutorial-009-Step-1” (hasta el paso-5). En cada capítulo de este tutorial los ficheros que se deben abrir se visualizarán como sigue:

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Tutorial KISSsoft 009: Dimensionado fino, Engranes rectos

KISSsoft AG Frauwis 1 CH - 8634 Hombrechtikon

Figura 1.2-2 Abertura intermedia del ejemplo de este tutorial.

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Dimensionado grueso de un Par de ruedas rectas

2.1 Introducción de los datos de base Después de iniciar el Cálculo de Engranes rectos [Spur gear pair] (máscara vacía), pueden introducirse los datos de potencia en la parte superior derecha de la máscara. A continuación, se seleccionan el método de cálculo y los materiales del Piñón (rueda 1) y de la Rueda (rueda 2). Para acceder directamente a esta fase del cálculo, abrir el archivo “Tutorial-009Step-1.Z12” . Atención: la Rueda 1 es la rueda de referencia (rueda 1: propulsora, rueda 2: accionada). Figura 2.1-1 Introducción de los datos de potencia, duración de vida, método de cálculo y material.

2.2 Llamada al dimensionado grueso KISSsoft tiene una función que, en base a la potencia, duración de vida y materiales de las ruedas introducidos, sugiere una primera propuesta para un dentado grueso razonable. Para

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eso, haciendo clic en el botón “Dimensionados, Grueso” aparecerá la máscara “Engrane recto, dimensionado grueso”, en la cual, se puede ejecutar el dimensionado grueso. Fundamentalmente, es un adelanto de la relación de transmisión deseada (incluyendo las tolerancias aceptables en %) y al ángulo de hélice deseado. El ángulo de hélice depende del tipo de soporte de los ejes; según la cantidad de esfuerzo axial que puedan aguantar los soportes, así podrá el ángulo de hélice ser mayor o menor. El dimensionado fino posterior permitirá entonces su optimización. Aquí, en el dimensionado grueso, sólo se debe indicar el valor aproximado del ángulo de hélice, o bien cero para el paso de engrane. También se encontrarán otros adelantos, p. ej., del número de dientes del piñón, de las relaciones de transmisión más elevadas o de las distancias interaxiales.

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Figura 2.2-1 Dimensionado grueso de Engranes rectos

Haciendo clic en el botón “Dimensionar”, KISSsoft calcula para el par de ruedas varias soluciones que satisfagan las condiciones introducidas. Estas soluciones están listados (ver Figura 2.2-1) Para seleccionar una solución (aquí distancia interaxial 104mm) , hay que marquarla y empujar en el botón “Dimensionar”:

Figura 2.2-2 Módulo normal, Número de dientes, Ancho, Desplazamientos del Perfil y de la Distancia interaxial según lo propuesto por KISSsoft

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Para acceder directamente a esta fase del cálculo, abrir el archivo “Tutorial-009-Step-2.Z12”. Página 3 de 13

2.3 Ajustes Los valores propuestos, p. ej., para el ancho de rueda, pueden ajustarse manualmente, p. ej., ancho del Piñón a 28 mm y ancho de la Rueda a 27 mm (introducir directamente en los campos respectivos). El desplazamiento de perfil de la Rueda 1 (análogamente para la Rueda 2) puede ajustarse como sigue: hacer clic en el botón “N”, a la derecha del Número de dientes (z=21), y aparecerá la siguiente máscara con los datos del Perfil de referencia y de la corrección de perfil:

Lista de los Perfiles de referencia.

Datos del Perfil de referencia.

Figura 2.3-1 Datos del Perfil de referencia, máscara “N”

A la derecha de los datos de la corrección de perfil hay un botón para el dimensionado. Haciendo clic en este botón (Figura 2.3-1), KISSsoft sugiere una corrección de perfil adecuado según varios criterios. En este ejemplo debemos escoger según DIN 3992, apareciendo la siguiente máscara (Figura 2.3-2), en la cual, haciendo clic en “A” se ejecutará el dimensionado del corrección de perfil según DIN 3992. La máscara se cerrará, regresando automáticamente a la máscara anterior (Figura2.3-1), la cual, puede abandonarse haciendo clic en “Ok”. Varios métodos para el dimensionado del desplazamiento de Perfil. Corrección de Perfil, resultante / sugerido.

Corrección de Perfil razonable, máximo y mínimo.

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Figura 2.3-2 Dimensionado del Desplazamiento de Perfil

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La corrección de perfil [x] será ahora introducido en la máscara principal (Figura 2.3-1). Haciendo clic en el botón “Calcular F5”, se ejecutará el cálculo completo de la Geometría, de los Factores de seguridad del Pie, del Flanco, de anticorrosión y de la Relación de contacto resultantes. La máscara principal debe ahora presentarse como en la Figura 2.3-3, pudiendo haber, todavía, pequeñas diferencias en los factores de Corrección de perfil calculados: Para acceder directamente a esta fase del cálculo, abrir el archivo “Tutorial009-Step3.Z12” y hacer clic en “Calcular F5”.

Figura 2.3-3 Distancia interaxial ajustada, Calcular; Visualización de resultados.

3 Dimensionado fino 3.1 Llamada al Dimensionado fino

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Una vez definido con el dimensionado grueso un par de ruedas dentadas que puedan transmitir la potencia deseada, tendremos que optimizarlas respecto al ruido y a la resistencia. Para eso, hacer clic en el botón “Dimensionado Fino” (a la izquierda del botón “Dimensionado Grueso”) y aparecerá una máscara (Figura 3.1-1) “Engranes rectos – Dimensionado fino” (Spur gear fine layout), en la cual, se podrá ejecutar el dimensionado. Aquí, podemos introducir datos entre los siguientes márgenes de parámetros (también con una variedad de pasos definibles) para poder encontrar una solución: - Márgenes del módulo normal - Márgenes del ángulo de hélice - Márgenes de la distancia interaxial (seleccionar el botón “Distancia interaxial variable”). (En los resultados del Dimensionado grueso (Figura 2.3-3) pudo ya tenerse una idea de la magnitud de estos valores). Además, pueden predefinirse los siguientes parámetros: - Límite superior del diámetro de la cabeza - Límite inferior del diámetro del pie - El número de dientes de ambas ruedas (si = 0, el número de dientes se mantiene variable). Página 5 de 13

En este ejemplo, debemos llegar a los valores de la Figura 3.1-1. Para dimensionar hacer clic en “Dimensionado”. El algoritmo que arranca ahora busca todas las combinaciones de engranes que se acomoden a los datos actuales. La función “Geometría” muestra los datos de cada variante, en forma de lista. La función “Valoración” (que sólo se activa después de haber llamado al “Dimensionado”) muestra una lista (Figura 3.1-2) con todas las soluciones encontradas. En la parte inferior de esta lista se encuentra una valoración de estas soluciones, clasificadas por categoría. En este ejemplo, el objetivo es la obtención de un engrane con un ruido optimizado. Así, la propuesta final será la que se encuentre en primer lugar de la categoría “Mejor solución respectiva al ruido” (la nº. 88, señalada en la Figura 3.1-2). Haciendo clic en el botón “Seleccionar variante” (señalado en la Figura 3.1-1, abajo a la derecha), aparecerá la máscara del diálogo (Figura 3.1-3), en el cual, se podrá introducir la solución deseada (aquí, la nº. 63). Datos para la Relación de transmisión de referencia, desviación aceptable.

Con los 3 botones de dimensionado, KISSsoft sugiere límites razonables para los parámetros Módulo, Ángulo de hélice y Distancia interaxial. Poner a 300 Selección de la Distancia interaxial, fija o variable.

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Figura 3.1-1 Engranes rectos - Dimensionado fino: atribución de datos a los parámetros

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Figura 3.1-2 Lista de todas las soluciones encontradas dentro de los márgenes de los parámetros y su valoración

Después de confirmar estos valores con “Ok”, los datos del dentado optimizados por KISSsoft serán incorporados a la máscara principal. Ahora, podremos ejecutar el cálculo de la resistencia haciendo clic en “Calcular F5”. Figura 3.1-3 Selección de una variante, aquí, la nº. 88

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Observación importante: el procedimiento aquí expuesto está en forma algo reducida. En la práctica, es necesario examinar cuidadosamente la lista “Geometría” del Dimensionado fino. Es bastante probable que la 2ª o la 3ª solución, con respecto al ruido (p. e, nº. 82 ó 89), sean mejores por otros motivos.

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La visualización de las soluciones en el diagrama siguente generado con el botón “Grafica” puede ser muy util:

3.2 Resultados del dimensionado fino El valor de la relación de contacto es algo >2, es decir, los cambios de rigidez en el engrane son pequeños (ver Figura 3.2-3) y la rueda dentada estará poco sujeta a oscilaciones. Para acceder directamente a esta fase del cálculo, abrir el archivo “Tutorial-009Step-4.Z12” .

Figura 3.2-1 Resultados (Desplazamiento de Perfil, Ángulo de hélice y Nº. de dientes) en el Dimensionado fino.

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El Perfil de diente resultante puede visualizarse haciendo clic en el botón “Gráfico 2D” Página 8 de 13

Figura 3.2-2 Perfil de diente resultante (Círcunferencias de la raíz y Línea de acción en rojo)

La variación de la Rigidez del engrane puede visualizarse seleccionando en el menú “Cálculos ⇒ Rigidez del engrane” (Figura 3.2-3):

Figura 3.2-3 Variación de la Rigidez del engrane.

3.3 Dimensionado de un Dentado alto

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Sin embargo, la solución determinada hasta ahora puede mejorarse más. Para eso, debe aumentarse a 3 la Relación de contacto aparente εa (en caso que se proceda más tarde a una despulla de cabeza será necesaria una Relación de contacto aparente un poco más elevada, pues ésta será reducida por la despulla). En caso de dimensionado de un dentado alto, la Relación de contacto aparente debe aumentarse aún más (la Relación de contacto aparente deseada puede ajustarse en el módulo específico “Ajustes, Dimensionado fino”). Para hacer un dimensionado alto, llamar de nuevo al Dimensionado fino y, en “Ajustes” marcar la casilla

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“Ajustar dimensionado alto (Z19h)”. El diálogo se cierra haciendo clic en “Cerrar” y puede llamarse de nuevo al Dimensionado fino con el botón “Dimensionar”.

Figura 3.3-1 Ajuste en el Dimensionado fino: Seleccionar “Dentado alto”

La solución ahora favorita (llamar al Protocolo haciendo clic en “Valoración”, criterio Ruido) es la nº 44. Los datos de Dentado de esta solución serán aceptados haciendo clic en el botón “Seleccionar variante”. Como el dimensionado del Dentado alto modificó el Perfil de referencia, se visualizará el siguiente mensaje:

Figura 3.3-2 Advertencia de que se ha modificado el Perfil de referencia.

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Los datos del engrane (modificaciones en el nº de dientes, Ángulo de hélice, Corrección de Perfil) serán nuevamente incorporados empujando en el botón “Calcular” a la máscara principal:

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Para acceder directamente a esta fase del cálculo, abrir el archivo “Tutorial009-Step-5.Z12”

Figura 3.3-3 Nuevos datos de Dentado y resultados, principalmente para las Relaciones de contacto.

El cálculo de resistencia puede realizarse nuevamente en la máscara principal haciendo clic en “Calcular F5”. El Perfil puede visualizarse haciendo clic en el botón gráfico 2D (mostrado en la Figura 3.3-3, abajo a la derecha junto al botón 3D). Cerrar la ventana con “Ok”

Figura 3.3-4 Dentado alto resultante.

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Puede visualizarse el nuevo Perfil de referencia haciendo clic en el botón “N”:

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Figura 3.3-5 Nuevo Perfil de referencia para el Dentado alto.

La Relación de contacto resultante está ahora muy cerca de 3 (ver resultados en la Figura 3.33), es decir, muy próximo a una rigidez de engrane muy equilibrada:

Figura 3.3-6 Variación de la rigidez del engrane; para llamar al Gráfico ver Figura 3.2-3.

3.4 Instrucciones adicionales Para la verificación de la Resistencia de dentado final, tendremos aún que seleccionar los tipos de Lubricación y de factor de Carga repartida. Para eso, hacer clic respectivamente en los botones “Lubricación” y “Introducción del Par” en la máscara principal:

Figura 3.4-1 Selección de los elementos para la Lubricación y el factor de Carga repartida.

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Selección del tipo de lubricación y material lubricante, Página 12 de 13

temperaturas ambiente y operacional. Para definir un material lubricante propio, seleccionar “Datos propios” en la lista “Tipo de aceite/grasa” y hacer clic en el botón para poder introducir el lubricante deseado. La lista de materiales lubricantes también puede ser aumentada usando la “Base de datos”.

Figura 3.4-2 Selección de elementos para la Lubricación.

El Factor de Carga repartida puede definirse según los métodos A, B o C.

En este contexto, consultar la instrucción separada “kisssoft-anl-002-Dkhbeta.doc”, la cual, puede obtenerse a través del Soporte de KISSsoft.

Generalmente, aquí no es necesario hacer ninguna modificación.

Figura 3.4-3 Selección de otros parámetros, principalmente elementos para la determinación del factor de Carga repartida.

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Observación importante: En caso de que la resistencia o la duración de vida sean relevantes para la valoración de las soluciones calculadas en el Dimensionado fino, deben introducirse estos datos antes de la ejecución del Dimensionado fino.

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