LUBRICACIN DR.MARCELO N. NAVARRO OJEDAFACULTAD INGENIERA MECNICA. ESCUELAMECNICA. ESPOCH.1TEMA 5: LubricacindelosPrincipalesSistemasTribotcnicos. Lubricacinenel Diseo de Elementos de Mquina.CONFERENCIA 5.4LUBRICACIN DE RUEDAS DENTADASSumario:INTRODUCCIN5.4. Lubricacin de engranajes5.4.1.Generalidades acerca de los engranajes5.4.2. Generalidades acerca de los lubricantes.|5.4.3. Aspectos esenciales en la lubricacin de engranajes5.4.3.1. Seleccin de la viscosidad del lubricante5.4.3.2. Determinacin de la viscosidad en funcin de velocidad en la lnea depaso5.4.3.3. Condiciones de trabajo del lubricante en los engranes5.4.3.4. Uso de aceites sin aditivos5.4.3.5. Valores caractersticosde los regmenes de lubricacin5.4.3.6. Determinacin del coeficiente de espesor de pelcula .valores orientadores del espesor de pelcula mnimoINTRODUCCINDe los cojinetes de rodamientos podamos decir, de igual manera que sonelementosdemquinaimprescindibles,multi-propsitosydeunaimportanciacapitalenlasdiferentesmquinasyequiposdelaIndustriaMecnica.Ellosjuntoaloscojinetesdedeslizamientoylasruedasdentadasconstituyenentesdeinapreciablevalorparaeldiseo,construccinyexplotacindelosinnumerablesartculosconlosquesehavenido moviendo el mundo hasta nuestros das.LUBRICACIN DR.MARCELO N. NAVARRO OJEDAFACULTAD INGENIERA MECNICA. ESCUELAMECNICA. ESPOCH.2DESARROLLO5.4. LUBRICACION DE ENGRANAJES5.4.1. GENERALIDADES ACERCA DE LOS ENGRANAJESTomado de la fuente Web1 Engranaje5.2.1.1.DEFINICIN DE ENGRANAJE: Engranajeesunaruedaocilindrodentado empleadoparatransmitirunmovimiento giratorio o alternativo desde una parte de una mquina a otra. Unconjuntodedosomsengranajesquetransmite elmovimientodeunejeaotro se denomina tren de engranajes. Losengranajesseutilizansobretodo paratransmitirmovimientogiratorio,perousando engranajesapropiadosypiezasdentadasplanas puedentransformarmovimiento alternativo en giratorio y viceversa Elobjetivodelosengranajesestransmitirunarotacinentredosejesconunarelacin de velocidades angulares constante.5.4.1.2. UTILIDAD PRCTICA DE LOS ENGRANAJES Elfenmenodetransmitirunarotacinentredosejesconunarelacindevelocidadesangularesconstante,noesexclusivodelosengranajes,yaquesetambin se puede conseguir mediante otros dispositivos como correas, cadenas,ruedasdefriccin,levasomecanismosdebarrasarticuladas,perotodosellostienen sus limitaciones: Lascorreas,cadenas,ruedasdefriccinylevasnopuedentransmitirgrandespotencias Por el contrario, los engranajes presentan toda una serie de ventajas: Son relativamente sencillos de construir.LUBRICACIN DR.MARCELO N. NAVARRO OJEDAFACULTAD INGENIERA MECNICA. ESCUELAMECNICA. ESPOCH.3 Pueden transmitir grandes potencias. Estnuniversalmenteaceptados,detalmodoque,adems,sudiseoestnormalizado. Permiten obtener soluciones variadas y adaptadas, por tanto, a cualquier tipode problema de transmisin de rotacin -con relacin constante- entre ejes5.4.1.3. CLASIFICACIN DE LOS ENGRANAJESSegn la fuente Web1: Engranaje, los engranajes se clasifican en:La principal clasificacin de los engranajes se efecta segn la disposicin de sus ejesde rotacin y segn los tipos de dentado.Segn estos criterios existen los siguientes tipos de engranajes: Ejes paralelos Cilndricos de dientes rectos Cilndricos de dientes helicoidales Doble helicoidales Ejes perpendiculares Helicoidales cruzados Cnicos de dientes rectos Cnicos de dientes helicoidales Cnicos hipoides De rueda y tornillo sinfn Por aplicaciones especiales Planetarios Interiores De cremallera Por la forma de transmitir el movimiento Transmisin simple Transmisin con engranaje loco Transmisin compuesta. Tren de engranajes Transmisin mediante cadena o polea dentada Mecanismo pin cadenaLUBRICACIN DR.MARCELO N. NAVARRO OJEDAFACULTAD INGENIERA MECNICA. ESCUELAMECNICA. ESPOCH.4 Polea dentadaLa fuente Web2: Engranajes, nos ilustra esta clasificacin de la siguiente manera:(a) (b) (c)Figura 5.4.1. Engranajes Cnicos e hiperblicos:(g) De Dientes Helicoidales Cnicos(h) Engranaje Hiperblico Sin Fin Corona(i) Engranaje Hiperblico Hipoidal(g) (h) (i)(a) (b) (c)Figura 5.4.1. Engranajes Cilndricos:(a) De Dientes Rectos Exteriores(b) De Dientes Rectos Interiores(c) De Dientes Helicoidales ExterioresFigura 5.4.2. Engranajes Cilndricos y cnicos:(d) De Dientes Helicoidales Interiores(e) De Dientes Rectos de Cremallera(f) De Dientes Rectos Cnicos(f) (e) (d)LUBRICACIN DR.MARCELO N. NAVARRO OJEDAFACULTAD INGENIERA MECNICA. ESCUELAMECNICA. ESPOCH.55.4.2.GENERALIDADES ACERCA DE LOS LUBRICANTES. Losaceitessonlosmsampliamenteempleados,yaquesedistribuyendemaneramsuniformementeenlosengranes:lubricanbien,enfranbien, sinembargo se requieren de adecuados sellos protectores. La grasa es conveniente para pequeas velocidades y bajas cargas Las grasas lubricantes para engranajes por lo general trabajan en rgimen lmitede lubricacin Lubricantes slidos empleados en Temperaturas: MoS2, Grafito con aglutinante orgnico, Politetraflourotileno Disulfuro de tungsteno Es decir, los lubricantes deben:- Maximizar el tiempo de vida de la transmisin: el desgaste del engranaje.- Minimizarlasprdidasenergticasproductodelafriccin: eficienciamecnica de la transmisin, a travs de la f- Amortiguarcargasdinmicasexterioresoproductodeldesgastedelosdientes.Figura 5.4.1. Engranajes Hiperblicos:(j) De dientes helicoidales y ejes cruzados(k) Ruedas dentadas para fines especficos similares a los de las levaso los de ciertos mecanismos(l)Engranaje loco o intermedio(j)(k)LUBRICACIN DR.MARCELO N. NAVARRO OJEDAFACULTAD INGENIERA MECNICA. ESCUELAMECNICA. ESPOCH.65.4.3. ASPECTOS ESENCIALES EN LA LUBRICACION DE ENGRANAJESFunciones de los lubricantes para engranes:Laeficienciaconlacualunengranajeopera,dependenosolodelaformaenlacualellos son usados, sino tambin del lubricante que les sea aplicado. Los lubricantes paraengranajes tienen varias funciones importantes para llevar a cabo:Lubricacin Cuando losengranajestransmitenpotencia,losesfuerzossobresusdientesseconcentran en una regin muy pequea y ocurre en un tiempo muy corto. Lasfuerzasqueactanenesareginsonmuyelevadas,silosdientesdelosengranajesentranencontactodirecto,losefectosdelafriccinyeldesgastedestruirn rpidamente los engranajes. La principal funcin de un lubricante para engranajes es reducir la friccin entrelos dientes del engranaje y de esta forma disminuir cualquier desgaste resultante. Loidealesla formacin deunapelculadelgadadefluidolacualmantengaseparadas las superficies de trabajo.Refrigeracin Particularmenteenengranajescerrados,ellubricantedebeactuarcomounrefrigerante y extraer el calor generado a medida que el diente rueda y se deslizasobre otro.Proteccin Los engranajes deben ser protegidos contra la corrosin y la herrumbre. Mantenerlalimpieza:Loslubricantesparaengranajesdebensacartodoslosdesechos que se forman durante el encaje de un diente con otro.Tipos de lubricante para engranaje: Aceites minerales puros. Aceites inhibidos contra la herrumbre y la corrosin Aceites minerales de extrema presin (E.P.) Aceites compuestos. Aceites sintticos.LUBRICACIN DR.MARCELO N. NAVARRO OJEDAFACULTAD INGENIERA MECNICA. ESCUELAMECNICA. ESPOCH.7 Grasas. Lubricantes slidos.Propiedades requeridas para un lubricante de engranajes:Paraqueunlubricantelleveacabosus funciones apropiadamente,debetenerciertascaractersticas, las principales son:Viscosidad. Eslapropiedadmsimportantedeunlubricanteparaengranajes,stedebeteneruna viscosidadsuficientementealtapara mantenerunadecuadoespesorde pelcula de aceite entre los dientes del engranaje, bajo cualquier condicin deoperacin. Cuanta ms alta sea su viscosidad, ms fcilmente se puede lograr esto. Por lotantoparecera aprimeravistaquelosaceitesconaltaviscosidadsonlosmejoreslubricantesparaengranajes.Sinembargo,hayotrosfactoresasertenidos en cuenta. Un lubricante para engranajes no solo lubrica los dientes de stos, sino tambinlos cojinetes que soportan los ejes de las ruedas de los engranajes. Un incremento en la viscosidad causa una prdida de potencia a medida que losengranajes y los cojinetes que los soportan estn sujetos a un incremento en elarrastre. Estoaumentalatemperaturadelsistemadeengranajesydelaceite,elcualpuede oxidarse rpidamente y espesarse. La situacin empeora por el hecho de que los aceites de alta viscosidad no sonparticularmente efectivos para disipar el calor.Observaciones: Si la viscosidad es muy alta, los cojinetes se sobrecalentarn y en el peor de loscasos puede fallar. Los aceites de alta viscosidad tambin tienen la desventaja de formar espuma, Tienen pobres propiedades de separacin de agua, Son difciles de filtrar Menos fciles para despojarse de los contaminantes slidos.LUBRICACIN DR.MARCELO N. NAVARRO OJEDAFACULTAD INGENIERA MECNICA. ESCUELAMECNICA. ESPOCH.8 Unaceitedelgadoperoqueseaconsistenteconlalubricacinapropiadadeldientedel engranajeslamejoropcin,permitiendounmargendeseguridadrazonable. Enlaprctica,estosignificaquelasviscosidadesdelamayoradelosaceitespara engranajes estn dentro del rango de viscosidad ISO de 46 a 680 (cSt 40C).Lubricacin Engranajescargadosmuylevementeoperandoavelocidadesrelativamentealtas,sonlubricadoseficazmentebajolascondicionesdelubricacintipohidrodinmica. Cuandoelengranajerota,ellubricanteseadhierealassuperficiesdelosdientes,yesarrastradoalazonaentrelosdientesparaformarunacuadelubricante, cuando el lubricante es forzado, en la parte ms estrecha de la cua,lapresinseincrementalosuficienteparamantenerlasuperficiedeldienteseparada. La eficiencia de la lubricacin hidrodinmica depende de:Viscosidad del lubricante El espesor de la pelcula aumenta cuando la viscosidad aumenta. Temperatura: La viscosidad y por tanto el espesor de la pelcula decrece cuandola temperatura aumenta.Carga El espesor de la pelcula lubricante disminuye cuando la carga se incrementa. Velocidad: Elespesordelapelculalubricanteaumentacuandolavelocidadaumenta.Lubricacin de pelcula lmite Enengranajesaltamentecargados,especialmenteaquellosqueoperanabajavelocidad,lapelculalubricanteesmuydelgadayhayunsignificativocontactometal-metal entre los dientes del engranaje, dndose la condicin de lubricacinde pelcula lmite. La eficiencia de la lubricacin depende de la naturaleza qumica del lubricante yde su interaccin con la superficie.LUBRICACIN DR.MARCELO N. NAVARRO OJEDAFACULTAD INGENIERA MECNICA. ESCUELAMECNICA. ESPOCH.9Lubricacin elastohidrodinmica Se ha llegado a la conclusin que las condiciones del lubricante que existen en lamayoradelosengranajesnosonlasqueaplicanparalalubricacinhidrodinmica ni para la lubricacin lmite. Los dientes de los engranajes estn sometidos a enormes presiones de contactosobre reas relativamente pequeas (pe., presiones de 30.000 bar) y aun as sonlubricados eficazmente con pelculas muy delgadas de aceite, esto es posible pordos razones: Las altas presiones (casos de muy elevadas presiones, pues normalmente lasdeformaciones son elsticas) causan la deformacin plstica de las superficiesy reparten la carga sobre un rea ms amplia. La viscosidad del lubricante se incrementa considerablemente con la presin,aumentando as la capacidad de carga.5.4.3.1. SELECCIN DE LA VISCOSIDAD DEL LUBRICANTE.Recomendaciones de laNorma AGMA 250.04 Transmisiones cerradas Que operan a velocidad en la lnea de paso hasta los 25m/sRecomendaciones de laNorma AGMA 421.06 Engranes que operan a altas velocidades (>25 m/s) La temperatura de operacin del engrane Variacin viscosidad de operacin Si el lubricante es demasiado viscoso | friccin interna | calor | Temperatura ! u | Temperatura (friccin) oxidacin-desgaste. La velocidad en la lnea de paso ndice de seleccin del lubricante.5.4.3.2. DETERMINACINDELAVISCOSIDADENFUNCINDE LA VELOCIDADEN LA LNEA DE PASOUnaecuacinempricanospermitedeterminarelrequerimientodeviscosidaddellubricante:LUBRICACIN DR.MARCELO N. NAVARRO OJEDAFACULTAD INGENIERA MECNICA. ESCUELAMECNICA. ESPOCH.10,)5 . 0407000V= v40 = viscosidad cinemtica del lubricante a 40 C, [cSt].V = velocidad en la lnea de paso, ft/ min.Grados de viscosidad para engranajesndice de viscosidad Laviscosidaddeunaceitedisminuyea medidaquelatemperaturaseincrementa.LUBRICACIN DR.MARCELO N. NAVARRO OJEDAFACULTAD INGENIERA MECNICA. ESCUELAMECNICA. ESPOCH.11 Elefectodelatemperaturasobrelaviscosidadsedefinecomondicedeviscosidad. Los aceites que tienen un alto ndice de viscosidad muestran menor variacin delaviscosidadconlatemperatura,quelosaceitesquetienenbajondicedeviscosidad. Donde los engranajes tienen que operar en un rango amplio de temperaturas, elndicedeviscosidaddellubricanteparaengranajesdebeserlosuficientementealto para mantener la viscosidad dentro de los lmites requeridos. El aceite no se debe tornar tan delgado a altas temperaturas que sea incapaz deformar una pelcula lubricante adecuada. Nitampocosedebeespesardemasiadoabajastemperaturasqueleseaimposiblealmotormoverlosengranajes,oqueelaceitenofluyaatravsdelsistema de lubricacin.5.4.3.3. CONDICIONES DE TRABAJO DEL LUBRICANTE EN LOS ENGRANES Rgimendetemperatura: Desdetemperaturaambiente 120 130 C. (Enocasiones la temperatura de trabajo en reductores = 55 60 C.) Velocidad de los engranes (Lnea de engrane puede llegar hasta los 25 m/s, y alfinal del engrane a 30 m/s) Presin especfica en la zona de contacto.Regmenes de CargaPresin en el polo [MPa] 600-800 1000-1200 2000-4000 100-1400Velocidad circunferencial [m/s] 10 10 15 5 - 10 30Rgimen de carga Ligero Medio Pesado Pesado5.4.3.4. USO DE ACEITES SIN ADITIVOSPara engranes de:HB > 350 800 [MPa] 1000 [MPa] (ocasionalmente)HB < 350 400 [MPa] 600 [MPa] (ocasionalmente)Utilizar aditivos antigripadoLUBRICACIN DR.MARCELO N. NAVARRO OJEDAFACULTAD INGENIERA MECNICA. ESCUELAMECNICA. ESPOCH.12 Para presiones superiores obligatorio uso de aceites con aditivos antidesgaste Engranes en rgimen pesado adems, aditivos antigripado.5.4.3.5. VALORES CARACTERSTICOSDE LOS REGMENES DE LUBRICACIN(Valores orientadores)Rgimen deLubricacinEspesor depelcula( m)Coeficienteespesorde pelcula()Coeficiente deFriccin(f)Lmite 0.005 0.10 < 1 0.03 0.40Mixta 0.01 0.1 1 3 0.02 0.20Elastohidrodinmica 0.01 10 3 10 0.01 0.10Hidrodinmica 1 100 > 6 0.001 0.01 Para distinguir el rgimen de lubricacin el Coeficiente de pelcula lubricante esel parmetro ms empleado Segn Coeficiente de pelcula lubricante Rgimen de lubricacin con respecto a la carga normal Velocidad de deslizamiento entre los cuerpos Micro-geometra superficial Forma geomtrica de los cuerpos Propiedades de los lubricantes5.1.3.6. DETERMINACIN DEL COEFICIENTE DE ESPESOR DE PELCULA .VALORES ORIENTADORES DEL ESPESOR DE PELCULA MNIMO, ) =+hRa Ramin12220 5 .hmin = espesor mnimo de la pelcula lubricanteRa1 , Ra2 = rugosidad de los cuerpos en contacto.LUBRICACIN DR.MARCELO N. NAVARRO OJEDAFACULTAD INGENIERA MECNICA. ESCUELAMECNICA. ESPOCH.13Valores orientadores del Espesor de pelcula mnimohmin (m)1,26 Engranes abiertos de grandes dimensiones0,88 - 1,26 Adecuado para engranes cerrados.0,50 - 0,88 Engranes encerrados lubricados por presin0,25 - 0,50 No es satisfactorio | acabado superficial 0,25 No es permisible.CONCLUSIONESLasruedasdentadassonutilizadaspor elhombredesdetiemposinmemoriales.Podemos recordar las ruedas de madera, con engranes de madera; si muy rsticos, losprimeros, pero transmitan la potencia de un rbol a otro elemento de mquina.Hoyenda,existeunainfinidaddetiposdeengranajesparalasmsvariadasprestaciones, segn las mquinas o equipos de que se trate.Lo que s es una realidad, es que los engranajes, con sus ventajas y limitaciones, antienen una larga vida asegurada en la industria mecnicaBIBLIOGRAFIA:1. Fuller, D. D.Teora y prctica de la LUBRICACION.2. RodrguezMartnez,CalixtoyReyesMojena.DiseoyTribologadeCojinetesde Deslizamiento. ISPJAM. 19993. Web1. Engranaje: disponible en Web:http://engranesexporashidi.blogspot.com/2015/05/engranaje-engranaje-es-una-rueda-o.html4. Web2 Lubricacin de engranajes industriales. Engranaje: disponible en Web:http://www.monografias.com/trabajos94/lubricacion-engranajes-industriales/lubricacion-engranajes-industriales.shtml