La presente tesis tuvo como objetivo desarrollar e implementar un algoritmo que permita realizar el diseño de carcasas soldadas de cajas reductoras de engranajes cilíndricos. Se realizó una revisión del estado del arte de carcasas soldadas de cajas reductoras, lo cual permitió tipificar los modelos de este tipo de carcasas a considerar en este estudio. Se constató que el diseño de la carcasa se realiza en función de la geometría de los componentes que aloja y de las cargas que soporta, sin embargo, no se encontró un método confiable para el cálculo del espesor de pared de la carcasa. Para determinar este espesor se desarrolló un procedimiento basado en expresiones analíticas y en resultados de simulación numérica. El procedimiento permite calcular el espesor de la plancha lateral y determinar el tipo de nervio rigidizador a emplearse, considerando un factor de seguridad igual a 2. Se pudo apreciar que la zona crítica de la carcasa corresponde al nervio rigidizador que se encuentra ubicado en el alojamiento del árbol de salida. Este procedimiento fue incorporado dentro de un algoritmo que se implementó para dimensionar carcasas soldadas de cajas reductoras de dos y tres etapas. Los datos de entrada del algoritmo son las dimensiones principales de los componentes internos y las cargas sobre los apoyos de los rodamientos, ofreciendo como resultados de salida todas las dimensiones de la carcasa y su modelo 3D. El algoritmo se implementó en el software Autodesk Inventor, el cual cuenta con la plataforma de programación Visual Basic for Applications (VBA), lo que permitió realizar algunas pruebas mediante ejemplos de aplicación. Las pruebas realizadas permiten concluir que el algoritmo propuesto es viable para el diseño de carcasas soldadas de cajas reductoras de dos y tres etapas. / Tesis

Este trabajo de tesis presenta el desarrollo e implementación de un algoritmo para el diseño de árboles en cajas reductoras de velocidad con engranajes cilíndricos y ejes horizontales paralelos. El cual tiene como inputs a las cargas, condiciones de trabajo, y parámetros geométricos de rodamientos y engranes; y como outputs a los diámetros, factores de seguridad a la fluencia y fatiga y deformaciones. Con este algoritmo se consigue en el diseño de árboles de cajas reductoras, una reducción de tiempos de cálculo respecto a los métodos actuales tales como el cálculo manual. La presente tesis forma parte de un proyecto de mayor alcance con el objetivo principal de diseñar una caja reductora de media y alta potencia. Esto conduce a que el algoritmo esté concebido como parte de un módulo de cálculo de árboles, dentro de un sistema inteligente de diseño de cajas reductoras. Asimismo, este sistema inteligente establece interacciones entre el módulo de árboles y los módulos orientados a los otros componentes de la caja reductora. Este algoritmo es implementado en la plataforma Visual Basic for Applications (VBA) que se encuentra en el software Autodesk Inventor. El desarrollo e implementación del algoritmo se inicia con la recopilación de información en textos de diseño y normas técnicas internacionales acerca de procedimientos para el diseño de árboles. Con esta información se tipifican los árboles para este tipo máquinas. A continuación, se genera una librería de los árboles que es utilizada para el diseño de los mismos considerando sus formas constructivas principales y las relaciones entre sus longitudes y diámetros. Los parámetros de entrada requeridos para el cálculo de los árboles son las cargas, condiciones de trabajo y parámetros geométricos de rodamientos y engranes. Los criterios definidos para el cálculo de los árboles son el análisis de resistencia a la fluencia, análisis de resistencia a la fatiga y análisis de deflexiones. Finalmente, se obtienen los diámetros de cada sección considerando factores de seguridad a la fluencia y fatiga y deformaciones menores a las máximas admisibles. De este modo se automatiza el proceso de diseño de los árboles y su modelamiento en 3D, pudiendo así realizar pruebas con ejemplos de aplicación y visualizar de forma gráfica los resultados. Estas pruebas son las que validan el correcto funcionamiento del algoritmo realizado. / Tesis

El presente trabajo de tesis tiene por objetivo desarrollar un modelo conceptual de un sistema de transmisión por engranajes (sistema ramificado) para determinar sus frecuencias naturales y modos de vibración torsional, así como, analizar la respuesta del sistema a una fuerza impulsiva sinusoidal que simula la etapa de arranque (régimen transitorio). En el primer capítulo se establece el fundamento teórico de las vibraciones torsionales y se describe la fenomenología que se produce durante la etapa de arranque. En el segundo capítulo se desarrolla el modelo conceptual del mecanismo de transmisión, se obtiene el sistema de ecuaciones diferenciales de movimiento empleando las ecuaciones de Lagrange y se seleccionan los parámetros del mecanismo de modo que las frecuencias torsionales se encuentren en una gama que permitan realizar el análisis modal y el análisis bajo régimen transitorio. En el tercer capítulo se evalúa inicialmente el sistema torsional de un grado de libertad; se analiza el comportamiento de la frecuencia natural, la razón de duración del pulso y la respuesta del sistema cuando variamos los parámetros del sistema torsional. Para el sistema de tres grados de libertad se definieron seis casos de análisis, cada caso considera la variación de uno de los parámetros del sistema y se procede a analizar el comportamiento de las frecuencias naturales, modos de vibración torsional y respuesta del sistema bajo régimen transitorio. Para obtener las curvas características se elaboraron algoritmos de cálculo en MatLab. Finalmente, se procedió a analizar el sistema equivalente de tres grados de libertad por el Método de los Elementos Finitos para obtener las frecuencias naturales de vibración torsional principalmente. La simulación se realizó en la plataforma CAD-CAE de Solidworks. / Tesis

En el mundo de hoy, el engranaje es una pieza fundamental para la transmisión de potencia mecánica en todo tipo de máquinas; su estudio ha sido de vital importancia para dimensionarlo en función de la capacidad de carga del juego de engrane, por esta razón tanto su geometría como el cálculo de los esfuerzos actuantes y permisibles han sido estandarizados por organismos internacionales, siendo los principales motivos de falla, la picadura en el flanco del diente generada por el esfuerzo de contacto y la rotura en la raíz del diente producto del esfuerzo de flexión. La presente tesis busca obtener un factor geométrico unificado para esfuerzos de contacto y otro para esfuerzos de flexión de engranajes cilíndricos mediante simulación numérica. Para ello, se emplearon las siguientes metodologías: 1) Se realizó el cálculo analítico de los esfuerzos actuantes a partir de las normas ISO 6336 y DIN 3990 solo teniendo en cuenta los factores que se utilizan para compensar la aproximación de la geometría, así como cualquier característica geométrica del juego. 2) Se elaboró el modelo de elementos finitos de los engranajes cilíndricos, de diente recto y de diente helicoidal, con la ayuda del modelo geométrico entregado por una macro, la cual contiene las ecuaciones paramétricas que definen la geometría real del diente. Para luego efectuar la comparación de resultados, de donde se encuentra que el esfuerzo de contacto y de flexión actuante, según norma, presenta más de un 80% y más de un 25% de sobredimensionamiento respectivamente. Asimismo, se pasa a determinar el factor geométrico unificado con el propósito de lograr soluciones más económicas y próximas a la realidad. Además, se ha podido apreciar que en las normas técnicas se utilizan algunos factores para compensar aspectos geométricos no contemplados en sus expresiones de cálculo básicas. De esta manera se introduce en el cálculo la influencia del ángulo de hélice, del factor de recubrimiento, del espesor del diente, del punto de aplicación de la carga. Un ejemplo claro es que el efecto del ángulo de hélice genera que las superficies en contacto sean conos truncados y no cilindros como plantea la norma, es por ello que luego se tiene que realizar una compensación mediante el factor de ángulo de hélice / Tesis

El objetivo principal de este proyecto es la verificación de engranajes cilíndricos de dientes rectos.Utilizando el perfil real obtenido en la máquina de medición por coordenadas se compara con la geometría definida de un modelo CAD, se analiza mediante una metodología para cada tipo de verificación y se determina los diferentes tipos de errores del perfil del engranaje medido. Mediante el software que dispone la MMC se realizó la medición y digitalización del perfil del engranaje así como el procesamiento de los puntos del perfil digitalizado. Se cuenta con un modelo geométrico ideal desarrollado con el sistema CAD que se utilizó para poder verificar los errores del perfil obtenido de la medición del engranaje cilíndrico de dientes rectos por la MMC, cabe resaltar que estos engranajes deben ser fabricados por el método de generación. La determinación del perfil del engranaje medido en la MMC y la utilización de softwares comerciales como el Autocad, Excel y Matlab sirvieron para desarrollar los procedimientos de verificación de engranajes rectos los cuales fueron: de excentricidad, división, distorsión, perfil y espesor del diente. En el presente trabajo se explica detalladamente los procedimientos para cada tipo de verificación, así como el uso de expresiones matemáticas como por ejemplo la aplicación de mínimos cuadrados y ecuaciones paramétricas para determinar la excentricidad y el perfil del diente del engranaje, el uso de softwares comerciales que ayudarán a realizar de una manera sencilla cada verificación. / Tesis

Los engranajes han sido desde hace mucho tiempo uno de los elementos de máquinas más usados para la transmisión de potencia mecánica en la industria. Esto ha impulsado su estudio para optimizar su funcionamiento y poder calcular la capacidad de carga de estos elementos de máquinas y así evitar su falla o desgaste prematuro. Una de las principales fallas que se presentan es estos elementos es la picadura progresiva o pitting en el flanco de los dientes que tiene como causa fundamental el excesivo esfuerzo de contacto entre los dientes producido durante el engrane. En la presente tesis se desarrolla el estudio del esfuerzo de contacto en los flancos de los dientes de engranajes cilíndricos de ejes paralelos (rectos y helicoidales) y perfil de evolvente determinados a partir de dos metodologías distintas: 1) Mediante el método de los elementos finitos, donde se definió la geometría real del diente con ecuaciones paramétricas para así poder modelar los engranajes en un software CAD y luego realizar la simulación del engrane en un software CAE. 2) Mediante cálculos analíticos según las normas técnicas ISO 6336, DIN 3990 y AGMA2105-C95, donde se determinó el esfuerzo de contacto actuante a partir de las expresiones que proponen cada una de estas normas pero solo tomando en cuenta los factores que hacen referencia a la geometría del diente y a las características de la transmisión y no a las que tienen que ver con otros parámetros que afectan el esfuerzo de contacto como las características de montaje de los engranajes y otros. Se realizaron cálculos del esfuerzo de contacto sobre una muestra de pares de engranajes con distintos parámetros geométricos y de carga para poder comparar los resultados de las dos metodologías de cálculo, y se encontró que los esfuerzos determinados a partir de las normas técnicas son de 2 a 5 veces mayores que los hallados por el método de los elementos finitos. Lo que refleja a un sobredimensionamiento de los engranajes contra la falla por picadura en el flanco del diente en los procedimientos de las normas técnicas. / Tesis

Esta tesis tuvo como objetivo lograr la automatización del modelamiento geométrico y de la generación de planos de engranajes cilíndricos de ejes paralelos y dentado exterior con aplicación en cajas reductoras de media y alta potencia. Para ello fue necesario realizar una tipificación de los engranajes objeto de estudio siguiendo recomendaciones geométricas recogidas de la bibliografía de diversos autores, especializados en el tema de diseño de elementos de máquinas. Luego se definieron los parámetros que definen la geometría del engranaje y las relaciones con los parámetros que se obtienen de los cálculos de comprobación. A continuación, con la información obtenida hasta este punto se crearon cuatro modelos paramétricos tridimensionales que son capaces de representar las diferentes tipificaciones definidas anteriormente. Seguidamente se recopiló la información necesaria para completar los datos que requiere un plano de fabricación de un engrane, creándose también cuatro plantillas de planos. Finalmente, se desarrolló e implementó un algoritmo que permite automatizar la obtención de los modelos 3D y la generación de los planos de fabricación. Se decidió realizar esta tarea en la plataforma de Visual Basic for Applications (VBA) del software comercial de diseño asistido por computadora Autodesk Inventor. El programa desarrollado comprende tareas como el dimensionamiento de los engranajes a partir de los datos de entrada introducidos por el usuario de una transmisión verificada, la selección de la escala más adecuada para el plano, la modificación de las vistas del engrane, la realización del acotado dimensional, la indicación de tolerancias y el llenado de los bloques de datos de la pieza, entre otros. La herramienta obtenida como resultado de este trabajo fue utilizada en tres ejemplos de aplicación de manera satisfactoria. / Tesis

El presente trabajo consistió en el estudio del efecto de fisuras en la vida útil de engranajes cilíndricos. La solución más apropiada para este problema fue mediante la obtención del factor de intensidad de tensiones, el cual caracteriza el comportamiento de una grieta y la cantidad de energía con la que se propaga. Este factor fue, asimismo, muy importante en el estudio del efecto de las cargas variables que favorecen la propagación de la grieta durante la transmisión de potencia por engranajes. Para determinar este factor se usó el método de los elementos finitos, donde se definió la ubicación y geometría de una grieta en un diente de engranaje modelado en un software de diseño en 3 dimensiones, para así realizar la simulación correspondiente y obtener el factor de intensidad de tensiones según la carga aplicada en el diente. Con la obtención de este factor para grietas con forma semi-elíptica, para distintas medidas de profundidad de grieta, se pudo modelar la curva de vida remanente del engranaje fisurado, mediante la aplicación de criterios que involucran al valor del factor de intensidad de tensiones correspondiente y factores adicionales que otorgan un análisis dinámico a la transmisión por engranajes. Esta curva determina la cantidad de ciclos de trabajo a los que puede someterse al engranaje hasta llegar a un valor límite, que corresponde a la profundidad máxima o crítica a la que puede llegar la grieta para que el engranaje sea descartado. Posteriormente, después de analizar la vida remanente de algunos casos concretos de engranajes cilíndricos fisurados, se pudo comprobar que el valor del tamaño crítico de grieta puede quedar en términos del módulo del engranaje, el cual otorga un valor aproximado al tamaño crítico de grieta del engranaje estudiado de forma más sencilla y directa / Tesis

En el mundo de hoy, el engranaje es una pieza fundamental para la transmisión de potencia mecánica en todo tipo de máquinas; su estudio ha sido de vital importancia para dimensionarlo en función de la capacidad de carga del juego de engrane, por esta razón tanto su geometría como el cálculo de los esfuerzos actuantes y permisibles han sido estandarizados por organismos internacionales, siendo los principales motivos de falla, la picadura en el flanco del diente generada por el esfuerzo de contacto y la rotura en la raíz del diente producto del esfuerzo de flexión. La presente tesis busca obtener un factor geométrico unificado para esfuerzos de contacto y otro para esfuerzos de flexión de engranajes cilíndricos mediante simulación numérica. Para ello, se emplearon las siguientes metodologías: 1) Se realizó el cálculo analítico de los esfuerzos actuantes a partir de las normas ISO 6336 y DIN 3990 solo teniendo en cuenta los factores que se utilizan para compensar la aproximación de la geometría, así como cualquier característica geométrica del juego. 2) Se elaboró el modelo de elementos finitos de los engranajes cilíndricos, de diente recto y de diente helicoidal, con la ayuda del modelo geométrico entregado por una macro, la cual contiene las ecuaciones paramétricas que definen la geometría real del diente. Para luego efectuar la comparación de resultados, de donde se encuentra que el esfuerzo de contacto y de flexión actuante, según norma, presenta más de un 80% y más de un 25% de sobredimensionamiento respectivamente. Asimismo, se pasa a determinar el factor geométrico unificado con el propósito de lograr soluciones más económicas y próximas a la realidad. Además, se ha podido apreciar que en las normas técnicas se utilizan algunos factores para compensar aspectos geométricos no contemplados en sus expresiones de cálculo básicas. De esta manera se introduce en el cálculo la influencia del ángulo de hélice, del factor de recubrimiento, del espesor del diente, del punto de aplicación de la carga. Un ejemplo claro es que el efecto del ángulo de hélice genera que las superficies en contacto sean conos truncados y no cilindros como plantea la norma, es por ello que luego se tiene que realizar una compensación mediante el factor de ángulo de hélice

La presente tesis tuvo como objetivo desarrollar e implementar un algoritmo que permita realizar el diseño de carcasas soldadas de cajas reductoras de engranajes cilíndricos. Se realizó una revisión del estado del arte de carcasas soldadas de cajas reductoras, lo cual permitió tipificar los modelos de este tipo de carcasas a considerar en este estudio. Se constató que el diseño de la carcasa se realiza en función de la geometría de los componentes que aloja y de las cargas que soporta, sin embargo, no se encontró un método confiable para el cálculo del espesor de pared de la carcasa. Para determinar este espesor se desarrolló un procedimiento basado en expresiones analíticas y en resultados de simulación numérica. El procedimiento permite calcular el espesor de la plancha lateral y determinar el tipo de nervio rigidizador a emplearse, considerando un factor de seguridad igual a 2. Se pudo apreciar que la zona crítica de la carcasa corresponde al nervio rigidizador que se encuentra ubicado en el alojamiento del árbol de salida. Este procedimiento fue incorporado dentro de un algoritmo que se implementó para dimensionar carcasas soldadas de cajas reductoras de dos y tres etapas. Los datos de entrada del algoritmo son las dimensiones principales de los componentes internos y las cargas sobre los apoyos de los rodamientos, ofreciendo como resultados de salida todas las dimensiones de la carcasa y su modelo 3D. El algoritmo se implementó en el software Autodesk Inventor, el cual cuenta con la plataforma de programación Visual Basic for Applications (VBA), lo que permitió realizar algunas pruebas mediante ejemplos de aplicación. Las pruebas realizadas permiten concluir que el algoritmo propuesto es viable para el diseño de carcasas soldadas de cajas reductoras de dos y tres etapas.