Este documento describe los principios básicos del diseño y fabricación de engranajes rectos. Explica que un engranaje recto tiene dientes rectos y paralelos al eje. Describe cómo se transmite la potencia a través de los dientes de los engranajes y cómo esto genera fuerzas y pares torsionales. También cubre temas como los métodos de fabricación de engranajes, la calidad, las normas y los materiales utilizados.

1. Engranajes

2. Diseño de engranajes rectos
 Un engrane recto es uno de los principales tipos de engranes tiene como característica dientes
rectos y paralelos a la línea de eje recto que soporta al engrane.

3. Fuerzas, par torsional y potencia en
engranes
 Para comprender el método de calculo de esfuerzos en los dientes de engranes considere la
forma en que se transmite la potencia en un sistema de engranes. Para el par de engranes
simple en una reducción la potencia se envía desde un motor y la recibe un eje de entrada que
gira a la velocidad del motor entonces se puede calcular el par torsional en el eje con la
siguiente ecuación:
 Par torsional = potencia / velocidad de rotación = p/n

4.  El eje de entrada transmite la potencia desde el acoplamiento hasta el punto donde esta el piñón.
Mediante la cuña se transmite la potencia del eje al piñón los dientes del piñón impulsan a los
dientes del engranaje y con ello transmiten la potencia al engrane. Pero de nuevo en realidad la
transmisión de potencia implica la aplicación de un par torsional durante la rotación a determinada
velocidad. El par torsional es el producto de la fuerza que actúa tangente al circulo de paso
multiplicado por el radio de paso de piñón.

5.  Se comenzara con el calculo de las fuerzas con la fuerza transmitida W, porque su valor se basa en
los datos de potencia y velocidad. Es conveniente desarrollar ecuaciones especificas para las
unidades de W, porque la practica estándar suele manejar las siguiente unidades:

6.  El par torsional que se ejerce sobre un engrane es el producto de la carga transmitida Wt por el
radio de paso del engrane. Ese par torsional también es iguala la potencia transmitida, dividida
entre la velocidad angular. Entonces:
 Entonces se puede despejar la fuerza y ajustar las unidades como sigue :

7.  Entonces, al despejar la fuerza y ajustar las unidades, se tiene que :
 Tambien se necesitara calcular el par torsional en lb-pulg:

8.  Además de causar los esfuerzos en los dientes de engranes, esas fuerzas actúan sobre el eje. Para
mantener el equilibrio, los cojinetes que sostienen el eje deben suministrar las reacciones.

9. Flujo de potencia y eficiencia
 Para transmisiones compuestas con dos o mas pares de engranes el flujo de potencia y la
eficiencia total adquieren cada vez mas importancia.
 Las perdidas de potencia en transmisiones con engranes rectos, helicoidales y conicos, dependen
de la acción de cada diente sobre su diente compañero que es una combinación de rodadura y
deslizamiento. Para engranes precisos y bien lubricados, la perdida de potencia va de 0.5% a 2%,
y en el caso típico se puede suponer que es 1.0% como es muy pequeña se acostumbra a no
tenerla en cuenta al dimensionar pares individuales de engranes.

10.  Es sencillo rastrear el flujo de potencia en un tren de engranes simple o compuesto la potencia se
transmite de un par de engranes al siguiente y solo se pierde poca potencia en cada engranado. En
diseños mas complejos se puede dividir el flujo de potencia en algún punto, para tomar dos o mas
rutas. Es lo típico de los trenes de engranes planetarios. En esos casos debe tener en cuenta la
relación básica entre potencia, par torsional y velocidad de rotación de la ecuación P= T x n.

11.  Esto se puede presentar en otra forma, sea la velocidad de rotación n, que en el caso típico tiene las
unidades rpm, sea ahora la velocidad angular w, el termino mas general, con unidades rad/s. se
expresa ahora el par torsional en función de las fuerzas transmitidas Wt y el radio de paso R den
engrane. Esto es T= WtR. Entonces la ecuación se transforma en

12. Manufactura de engranes
 Los métodos mas usados para tallar los dientes de los engranes son el fresado, el perfilado y el
trquelado.
 En el fresado de forma:
Se usa una fresa con la forma del espacio del diente y se corta por completo cada espacio antes de
girar el modelo a la posición del espacio siguiente. Este método se emplea principalmente con
engranes grandes y se requiere gran cuidado para obtener resultados exactos.

13.  El perfilado:
Es un proceso donde el cortador va y viene, por lo general en un husillo vertical. El cortador de
perfilado gira al mismo tiempo que va y viene y avanza dentro de un modelo de engrane. En
consecuencia se genera el perfil de involuta en forma gradual. Este método se usa con frecuencia en
engranes internos.
o El troquelado:
Es un proceso parecido al fresado de forma, pero la pieza y la fresa giran en una forma coordinada.
También en este caso la forma del diente se genera en forma gradual a medida que el troquel avanza
en el modelo.

14. Calidad de engranes
 En los engranes la calidad es la precisión que tienen las propiedades especificas de un solo
engrane, o el error compuesto de un engrane que gira, engranando con un engrane maestro de
precisión. Entre los factores que se miden en el caso típico para determinar la calidad están :

17. Normas de calidad para engranes
 Las cantidades permisibles de variación en la forma real de los dientes, respecto a la forma
teorica, o la variación compuesta se especifican en la AGMA como un numero de calidad. Las
cartas detalladas proporcionadas para las tolerancias en muchas propiedades se incluyen en la
norma AGMA 2000-A88 gear classification and inspection handbook, telerances and measuring
methods for unassembled spur and helical gears. Los números de calidad van del 5 al 15 la
mayor presicion corresponde al numero mayor. Las tolerancias reales son una función del
numero de calidad, el paso diametral de los dentes del engrane y el numero de dientes que
tenga.

18. Numero de esfuerzo admisibles
 Un diente de engrane funciona como una viga en voladizo, cuando resiste la fuerza que ejerce
sobre este el diente compañero. El punto de máximo esfuerzo flexionante de tensión esta en la
raíz del diente, donde la curva de involuta se mezcla con el chaflan. La AGMA ha desarrollado
un conjunto de números de esfuerzo flexionante admisible, llamados Sat los cuales se comparan
con los valores calculados de esfuerzos flexionantes en el diente, para evaluar la aceptación del
diseño.

19.  Una segunda forma, independiete de falla por picadura de la superficie del diente, en general cerca
de la línea de paso, donde se presentan grandes esfuerzos de contacto. La tranferencia de fuerza,
desde el diente motriz hasta el conducido, sucede teóricamente en una línea de contacto por la
acción de dos curvas convexas entre si. La aplicación repetida de estos grandes esfuerzos de
contacto puede causar un tipo de falla por fatiga en la superficie, fracturas locales y perdida real de
material. A esto se le llama picadura. La AGMA ha desarrollado un conjunto de números de
esfuerzo de contacto admisibles llamados Sac que se comparan con los valores calculados de
esfuerzo de contacto en el diente, para evaluar la aceptación de diseño.

20. Materiales de los engranes metalicos

21. Materiales de acero para engranes