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MATERIALES PARA LA CONSTRUCCION DE ENGRANAJES

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by

Brandon Rodas Gonzalez

on 24 November 2014

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¿QUE ES UN ENGRANAJE?
Mecanismo utilizado para transmitir potencia de un componente a otro dentro de una máquina mediante ruedas dentadas en contacto directo.
Debe de tenerse en cuenta antes de:

- Las fuerzas sobre el diente.
- Las fuerzas sobre el eje.
- El par transmitido.
- La capacidad de transmisión del engranaje.
- El calor generado.
- El fallo de los dientes por ruptura.
- El fallo por fatiga en la superficie de los dientes.
- El ruido resultante de velocidades altas o cargas fuertes.
- Costos.

Materiales para engranajes:




Existen diferentes tratamientos que se le pueden realizar a los metales para cambiar sus propiedades mecánicas, como por ejemplo mejorar su ductilidad, dureza, resistencia al choque, entre otros, en los cuales en algunos casos existe la incorporación de carbono para mejorar aún más sus propiedades.
Entre los cuales por su contenido en carbono podemos clasificar:

Alto carbono (2 > %C > 0.55)
Medio carbono (0.25 < %C < 0.55)
Bajo carbono (%C < 0.25)

Nitruracion





MATERIALES PARA LA CONSTRUCCIÓN DE ENGRANAJES.
Tipos de engranajes.





La principal clasificación de los engranajes se efectúa según la disposición de sus ejes de rotación y según los tipos de dentado. Según estos criterios existen los siguientes tipos de engranajes:
Ejes paralelos, pueden ser:





Cilíndricos de dientes rectos
Cilíndricos de dientes helicoidales.
Doble helicoidales
Ejes perpendiculares, pueden ser:








Helicoidales cruzados.
Cónicos de dientes rectos.
Cónicos de dientes helicoidales.
Cónicos hipoides.
De rueda y tornillo sin fin.
Los engranajes pueden fabricarse de una variedad de materiales muy extensa para obtener las propiedades adecuadas para el uso que se les va a dar. Desde el punto de vista del diseño mecánico, la resistencia y la durabilidad, es decir la resistencia al desgaste, son las propiedades más importantes.
Madera








Como en todo material, varias son las propiedades a tener en cuenta a la hora de emplearlo para la construcción de un engranaje y que dependerán del fin que queremos darle.

La dureza de la madera está directamente relacionada con la densidad (a mayor densidad, mayor dureza)

La durabilidad es la resistencia de la madera a la acción del tiempo que depende de múltiples factores, tales como la humedad, sequedad, exposición al sol y al agua.
propiedades mecanicas de la madera:








Elasticidad - deformabilidad de la madera
Flexibilidad
Dureza
Resistencia al choque
Metales





De los elementos que figuran en la tabla periódica, alrededor de 80 pueden ser clasificados como metales. El uso de metales puros es limitado, pues son blandos o tienden a corroerse. Así, la mayor parte de los elementos metálicos comúnmente usados son mezclas de dos o más metales elementales.
Ductilidad:
Es la capacidad que tiene un material de deformarse sin romperse.
Tenacidad: Es la resistencia a la rotura por tensión que presenta los metales.
Fragilidad:
Es la facultad de un metal de romperse por la acción del choque o por cambios bruscos de temperatura.

Muchas veces se confunde la fragilidad con debilidad, siendo propiedades independientes. Un material es frágil cuando su deformación es casi nula antes de romperse.


Forjabilidad:
Es la propiedad mediante la cual puede modificarse a la forma de un metal a través de la temperatura.
Soldabilidad:
Es la propiedad que tienen algunos metales, por medio de la cual dos piezas de los mismos se pueden unir formando un solo cuerpo.
Temple
: Es la propiedad para la cual adquiere el acero una dureza extraordinaria al calentarlo de 600 °C y enfriándolo bruscamente en agua.
Aceros endurecidos de forma superficial




El endurecimiento mediante flama, endurecimiento por inducción, la carburización y la nitruración son procesos que se emplean para obtener una alta dureza en la capa superficial de los dientes de un engrane. Estos procesos proporcionan valores de dureza superficial de 50 a 64 HRC (Rockwell C).
Dientes de engranajes endurecidos mediante flama y por inducción.







Este proceso implica el calentamiento a nivel local de la superficie de engrane por medio de flamas, generadas por gas, a altas temperaturas o mediante bobinas de inducción eléctrica.


Carburizacion:







Carburizacion por empaquetado:
Este procedimiento consiste en meter al material de acero con bajo contenido carbónico en una caja cerrada con material carbonáceo y calentarlo hasta 900 a 927 °C durante 4 a 6 horas. En este tiempo el carbono que se encuentra en la caja penetra a la superficie de la pieza a endurecer.
Carburizacion por baño liquido:
El acero a cementar se sumerge en un baño de cianuro de sodio líquido. También se puede utilizar cianuro de potasio pero sus vapores son muy peligrosos. Se mantiene la temperatura a 845 °C durante 15 minutos a 1 hora, según la profundidad que se requiera.






Mediante la nitruración se obtiene una superficie muy dura pero muy delgada. Se especifica para aplicaciones en las que las cargas son ligeras y se conocen bien.
La nitruración puede ser en horno o iónica. En el primer caso la pieza se introduce en un horno en el que se llena la atmósfera con amoníaco y luego se calienta a temperaturas de aproximadamente 500°C.
Hierro y bronces como materiales para la construccion de engranajes.






Hierros fundidos.
Tres tipos de hierros que se emplean para fabricar engranes son: hierro gris fundido, hierro nodular (en ocasiones se le da el nombre de hierro dúctil) y hierro maleable, Recuerde que el acero gris flexible es quebradizo, por tanto, hay que tener cuidado cuando sea probable que se presente carga por choque
Bronce.




Por lo regular, para fabricar engranajes se utilizan cuatro tipos de bronce: bronce con fósforo o estaño, bronce con manganeso, bronce con aluminio y bronce con sílice. El latón amarillo también se utiliza. Casi todos los bronces son fundidos, sin embargo, se puede disponer de algunos forjados. La resistencia a la corrosión, buenas propiedades en cuanto a desgaste y coeficientes de fricción bajos son algunas razones para optar por los bronces para fabricar engranes.
Materiales plasticos para engranajes.




Los plásticos se desempeñan bien en aplicaciones donde se desea peso ligero, operación silenciosa, baja fricción, resistencia a la corrosión aceptable y buenas propiedades en cuanto a desgaste. Debido a que las resistencias son significativamente más bajas que las de casi todos los materiales metálicos para fabricar engranes, los plásticos se emplean en dispositivos que se someten a cargas, en alguna medida, ligeras.
Algunos de los materiales plásticos que se utilizan para fabricar engranes son:

• Fenólicos
• Policarbonato
• Acetal
• Poliamida
• Poliéster
• Nylon
• Sulfuro de polifenileno
• Poliuretano
• Elastómero de poliéster
• Estireno-acrilonitrito (SAN)
• Acrilonitrito-butadieno-estireno (ABS)
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