Dimensionamiento y análisis de engranajes

Competencia clave en el desarrollo de maquinaria cuya metodología permite seleccionar el engranaje correcto para la aplicación, así como definir idóneamente parámetros, materiales y cargas.


Período

2017-2023

Sector

Ingeniería de máquinas

Servicio

Operación y mantenimiento (O&M)
PDF

CONTEXTO

El diseño y análisis de resistencia de engranajes es clave en el desarrollo de maquinaría en diferentes sectores productivos. Para su correcta realización, es preciso utilizar una metodología que incluye seleccionar el tipo correcto de engranaje para la aplicación, definir sus parámetros geométricos, el material adecuado y las cargas aplicadas.

En el proceso se emplea la norma ISO 6336 que contempla el cálculo de la resistencia mecánica y software CAD y FEM como herramientas para la elaboración de planos de fabricación y simulaciones de validación de diseño, respectivamente. Se trata de casos tanto de componentes nuevos como de otros ya fabricados.

SOLUTE posee experiencia específica en el sector eólico del análisis de resistencia de engranajes fabricados realizando competencias de ingeniería inversa. Este conocimiento se puede trasladar a otros ámbitos para determinar la vida útil de engranajes usados en otras máquinas o dispositivos.

Los engranajes son una parte fundamental en el funcionamiento de máquinas en muchos sectores industriales pues sirven para transmitir potencia en una amplia variedad de aplicaciones sin permitir deslizamiento entre los ejes acoplados, lo cual los hace muy eficientes y extensamente utilizados.

Mediante el uso de engranajes se logra ajustar el par y la velocidad requeridos en los ejes de transmisión (paralelos o cruzados) de diversos dispositivos y maquinarias de forma continua y confiable.

Con el diseño y análisis de resistencia de engranajes se persigue cumplir con todos los requisitos de diseño de la aplicación deseada, lo cual incluye el uso del tipo de engranaje adecuado (de dientes rectos, helicoidales, cónicos), los parámetros geométricos (dimensiones, relaciones de transmisión), así como la resistencia óptima para las condiciones de operación (material, cargas, velocidad de paso). También es posible evaluar un diseño ya existente para la realización de ingeniería inversa, y de esa manera obtener sus parámetros y evaluar su resistencia mecánica.


RESULTADOS

El resultado del análisis se muestra en un informe de cálculo con toda la información del engranaje o conjunto de ellos, necesarios para la fabricación (planos de fabricación) y/o validación de su uso para una aplicación en particular (cálculos, simulaciones).

EXPERIENCIA

Dentro de los grupos de interés destacan las empresas del sector industrial, automotriz y eólico, pues en sus procesos productivos poseen maquinarias tales como reductoras (ejes paralelos o planetarios), sistemas piñón-cremallera, coronas de orientación, diferenciales, entre otras aplicaciones.

SOLUTE ha desarrollado esta capacidad especialmente en el sector eólico, aplicando la ingeniería inversa en coronas de rodamientos de pala y logrando determinar la resistencia de engranajes bajo nuevas condiciones de operación permitiendo realizar una previsión de su vida útil.

El diseño de los engranajes se fundamenta en la normativa ISO 6336 y en los casos que se requiera en las normativas de la American Gear Manufacturers Association (AGMA). 

METODOLOGÍA

El diseño de los engranajes se fundamenta en la normativa ISO 6336 y en los casos que se requiera en las normativas de la American Gear Manufacturers Association (AGMA). Para el diseño 3D y análisis cinemáticos se usa SOLIDWORKS y para evaluar la resistencia mecánica, el software de elementos finitos OPISTRUCT (ALTAIR) o ANSYS.

Un primer paso es definir el tipo de engranaje (o pareja de engranajes) y los parámetros geométricos del mismo (módulo, número de dientes) en función de la aplicación. Se debe considerar también en el proceso el tipo de perfil de diente requerido (ángulo de contacto), el número mínimo de dientes para evitar interferencia, el espacio disponible, la velocidad de operación, entre otros factores. Le sigue el análisis de resistencia mecánica, donde se obtienen las fuerzas de contacto en los dientes del engranaje con las condiciones de operación (potencia de entrada) y se lleva a cabo la selección del material adecuado junto con sus propiedades. Las tensiones de contacto y en raíz del diente se obtienen aplicando los factores de cálculo de la ISO 6336, las cuales se contrastan con el límite admisible del material aplicando una teoría de criterio de fallos (Von Mises). Finalmente se valida el resultado con una simulación por elementos finitos.

Las características y los requisitos de tipo técnico en el diseño y la validación de engranajes pueden variar dependiendo de la aplicación, por tanto, adaptamos los conocimientos y las capacidades en función del proyecto a realizar, para ofrecer el mejor estudio posible adecuado a la necesidad.

Eólica

Predicción energética y meteorológica para operadores renovables

Servicio de predicción meteorológica y energética a través del entrenamiento de algoritmos de inteligencia artificial.

Automoción

HVAC

Capacidad de garantiza el acondicionamiento de la temperatura de los transportes, tanto en cabinas como en compartimentos donde llevan su carga de pago por diversos motivos, como la conservación o el confort de pasajeros.