Transmisiones por engranajes - Que son - Mantenimiento

Autor: Alfonso Paz / 29 sep-1998

Las transmisiones por engranajes y reductores de velocidad se usan ampliamente donde se requieren cambios de velocidad, torsión o rotación de ejes entre el elemento motriz principal y la máquina impulsada.

Esencialmente las transmisiones por engranajes incorporan uno o más juegos de engranajes montados en ejes y cojinetes incluyendo un medio positivo de lubricación, aceitados en una caja de engranajes con empaquetaduras, sellos de aceite y respiraderos para aire apropiado. Además las transmisiones por engranajes pueden ofrecer muchas ventajas cuando se usan para la transmisión de fuerza industrial incluyendo la economía de funcionamiento, adaptabilidad, probabilidad de una larga duración, conservación de la potencia  y espacio de montaje requerido, funcionamiento seguro y habilidad para funcionar bajo condiciones adversas. Para lograr que todo lo anteriomente mencionado sea posible debemos tener un plan de mantenimiento adecuado y esto implica:

·      Una selección de la transmisíón apropiada.

·      Una instalación cuidadosa de las transmisiones.

·      Una lubricación adecuada para evitar el desgaste.

·      Una selección de carga apropiada.

 

     Estas y otras técnicas deberán ser tomadas en cuenta para cualquier plan de mantenimiento, en transmisiones por engranaje y reductores de transmisión.

     Con el avance de la maquinaria de alta velocidad, tal como compresores rotatorios, se ha incrementado el volumen y la importancia de los aumentadores de velocidad por engranajes, en la mayor parte de los casos los aumentadores no son simplemente reductores invertidos sino que implican consideraciones de diseño diferente a las encontradas en los mecanismos reductores.

     Las transmisiones por engranajes se emplean para transmitir fuerza entre un motor primario a una maquinaria impulsada, además de la simple transmisión de fuerza, las transmisiones de engranaje cambian o modifican la fuerza que se está transmitiendo mediante la reducción de velocidad y aumento del torque a la salida, aumento de velocidad, cambio de rotación del eje o cambio del ángulo de operación del eje.

     Las transmisiones por engranaje se consideran generalmente como unidades compactas fabricadas de acuerdo con especificaciones aceptadas y anunciadas para usarse en un amplio rango de aplicaciones.

SELECCIÓN DE UNA TRANSMISIÓN

     El comportamiento satisfactorio de un mecanismo de transmisión de engranaje depende de su diseño y fabricación, la selección del tipo y tamaño apropiado para una aplicación determinada, el uso y mantenimiento de la unidad durante su vida útil en servicio.

     Para seleccionar la transmisión por engranaje apropiada para cualquier aplicación será necesario determinar los requerimientos de potencia de la unidad y la relación de velocidad entre los ejes de entrada y salida; Además de la velocidad de salida y la potencia del motor primario.

Para calcular la potencia requerida en cualquier transmisión por engranaje se debe ajustar las pérdidas de eficiencia en la máquina, Generalmente hablando la eficiencia de los engranajes rectos, helicoidales, bihelicoidales, cónicos rectos, cónicos en espiral se toma como el 98% por juegos de engranajes. La eficiencia de los engranajes sin fin en reductores es generalmente tomada como 100%.

     Donde se usen  juegos de engranajes múltiples la eficiencia total es el producto de las eficiencias de los juegos de engranajes, la mayor parte de los fabricantes de transmisiones por engranaje publican relaciones de eficiencia de sus unidades individuales.

     Después que se ha seleccionado una unidad de transmisión por engranaje en cuanto a su capacidad mecánica se debe comprobar la potencia real que se va a transmitir contra la clasificación térmica del fabricante para esa unidad. La clasificación térmica es el promedio de potencia máxima que se puede transmitir continuamente sin crear una peligrosa elevación de la temperatura y sin necesidad de enfriamiento auxiliar de  la unidad.

 
INSTALACIÓN DE TRANSMISIONES

     Cuando se instalan unidades de transmisión por engranaje se debe asegurar que la unidad este bien soportada y anclada para prevenir el des alineamiento de los engranaje o ejes.

 

     Debe emplearse acoplamientos mecánicos de buena calidad sujetos por chavetas, para acoplar los ejes de la unidad conductora y conducida. Un ligero des alineamiento angular o lineal del eje puede contrarrestarse usando acoplamiento mecánicos de tipo flexible.

 

     En algunos casos los esfuerzos torsionales en el arranque o durante la sobrecarga pueden ser contemplados mediante el empleo de ciertos tipos de acoplamiento mecánico flexibles. La carga apropiada de las unidades de transmisión por engranaje es esencial para una larga duración en servicio libre de dificultades. Suponiendo que la transmisión por engranaje esta calculada propiamente para aplicaciones en particular e instalada de manera apropiada es importante que no se le someta a sobrecargas extremas sostenidas.

     Las cargas de transmisiones por engranajes se diseñan igualmente para la disipación de calor apropiadas bajo condiciones de funcionamiento normal, por tanto no se debe permitir que las unidades funcionen donde las temperaturas del aceite no sean las recomendadas por el fabricante. Algunos fabricantes embarcan las unidades de transmisión por engranajes con las partes internas protegidas con una película preventiva de la oxidación por lo tanto no hay necesidad de limpiar tal película ya que es soluble en la mayoría de los casos, simplemente se debe llenar la caja con el lubricante recomendado hasta el nivel apropiado, compruébese si las unidades de transmisión por engranaje han sido embarcadas con o sin aceite de la fabrica. Las unidades con cojinetes que requieren grasa generalmente requieren mantenimiento por lubricación.     

     Después que una unidad por transmisión de engranajes a operado bajo la carga nominal por dos semanas debe detenerse para drenar el aceite y lavar la caja, si se desea el aceite original puede ser colado y vuelto a poner. No se debe emplear un colador más fino que 25 micro pulgadas para evitar la pérdida de los aditivos. Después que se ha drenado el aceite original se debe llenar la caja hasta el nivel adecuado con aceite mineral lavador SAE 10 que no contenga aditivos. La unidad debe ser puesta a funcionar llevada a su velocidad y detenida inmediatamente como un procedimiento del lavado. Drénese el aceite labrador y coloque el lubricante recomendado hasta el nivel adecuado.

     Después de este cambio inicial de aceite se recomienda un cambio de aceite cada 2500 horas o 6 meses de operación normal cualesquiera  ocurra primero, a menos que existan condiciones de temperatura altas poco usuales combinadas con altas cargas intermitentes donde la temperatura de la caja de engranaje se eleva rápidamente y entonces se enfríe con rapidez, esta condición puede causar condensación en las paredes interiores de la unidad contaminando así el aceite y formando lodo. Bajo estas condiciones, o sí la temperatura del aceite esta continuamente sobre 150°F, o si la unidad esta sometida a una atmósfera usualmente húmeda, puede ser necesario cambiar el aceite con intervalos de uno o dos meses según de determine con la inspección del aceite en su lugar.

     

MANTENIMIENTO

     Los aceites lubricantes para usarse con engranajes encerrados y unidades de engranajes cerradas deben ser aceites de petróleo mineral puros, de alta calidad y bien refinados, dentro de los rangos de viscosidad cinemática recomendados bajo las exigencias del sistema. No deben ser corrosivos para los engranajes o cojinetes de bola o de rodillo. Deben ser neutrales en sus reacciones, deben tener buenas propiedades antiespumantes, no deben contener partículas sólidas o abrasivas.

     Para elevadas temperaturas de funcionamiento es necesario una buena resistencia a la oxidación. Para temperaturas bajas se necesita un aceite que tenga bajo punto de congelación para llenar las condiciones de temperaturas nominales de trabajo, cuando la temperatura de operación varia sobre un rango amplio, es deseable un aceite que tenga un índice de viscosidad muy elevado.

     Para mecanismos de tornillo sin fin estándar, el aceite debe tener un aditivo de 3 al 10 % de sebo sin acidez o grasa animal similar.

     Cuando los engranajes se someten a choques pesados o fuertes cargas de impacto, o cuando la unidad es sometida a trabajos extremamente pesado debe usarse un lubricante de extrema presión (EP). El lubricante de presión extrema debe ser un compuesto con naftenato de plomo en un aceite lubricante bien refinado.

     El lubricante no debe ser corrosivo en engranajes de bola o rodillos, debe ser natural en reacción no debe tener partículas abrasivas o rellenadores presentes no deberá presentar sedimentos y deberá separarse a temperaturas de 149°C. Deberá tener características de resistencia a la humedad.

     Debe tomarse toda clase de precauciones para evitar que entre cualquier cosa extraña en la caja de engranajes, el lodo es causado por polvo, suciedad, humedad y aditivos químicos. Estos son los mayores riesgos en la lubricación adecuada en las unidades de transmisión por engranajes.

 

     Durante los periodos normales de operación las unidades de transmisión por engranajes deben recibir  diariamente una inspección de rutina, consistente en una inspección y observación visual por fugas de aceite o ruidos poco usuales. Si hubiera  evidencia de fugas de aceite se debe detener la unidad para corregir la causa de la fuga y comprobar el nivel de aceite. Si se produjeran ruidos pocos usuales debe parase la unidad hasta que se halla determinado y corregido la causa del ruido comprobándose todos los nivel de aceite al menos una vez por semana.

 

Importante:

     Si fuera necesario detener la unidad por un periodo mayor de una semana, esta debe ser puesta en movimiento durante 10 minutos al menos cada semana mientras este fuera de servicio. Esta corta operación mantendrá a los engranajes y cojinetes cubiertos con aceite y prevendrá la oxidación debida a la condensación de la humedad resultante de los cambios de temperatura.

 

     DETERIORO DE LA SUPERFICIE
DE LOS ENGRANAJES

     Desgaste :

     Es un término general que implica el deslizamiento de metal contra metal por abrasión lapidado o rallado.

      Desgaste Normal :

     Es la remoción de metal de la superficie de un diente de un engranaje resultante de la abrasión indeseable a una velocidad y grado que no permite el comportamiento satisfactorio del engranaje durante su duración esperada.

     mantenimiento:

   Durante el suavizamiento de un nuevo juego de engranajes se espera cierta cantidad de acoplamiento y pulido, este tipo de desgaste es menos notable cuando los engranajes han sido rasurados o rectificados durante su fabricación. Antes que se hallan suavizado todos los engranajes se les debe guiar  en cuanto a su instalación apropiada y asegurarse que la carga es controlada bajo los límites especificados por el fabricante, el uso de los lubricantes y filtros recomendados   deben eliminar el desgaste excesivo de los dientes del engranaje durante el periodo de suavizamiento, la mayoría de los fabricantes recomiendan el lavado de la caja de engranajes frecuentemente para remover cualquier partícula metálica y para eliminar cualquier objeto extraño que circule a través del engranaje.

     Desgaste Abrasivo :

     Es un daño de la superficie causado por finas partículas reportadas en el lubricante o enterradas en las superficie de los dientes de engranajes, pueden ser metal desprendido de ellos mismos o de los cojinetes que no han sido removidos previamente en el montaje; además de arena procedente de fundiciones  o impurezas del aceite.

     mantenimiento :

 Cuando se detecte  desgaste abrasivo  la maquina debe ser parada inmediatamente. El aceite debe ser drenado,  el  interior de la caja  y los pasajes del aceite  deben ser  rascados, lavados y limpiados. Deben usarse sellos de aceite y filtros como medios de eliminar la infiltración de partículas extrañas a la caja de engranajes  

      Desgaste Rallado:

     Es una forma de desgaste caracterizado por rallas profundas en la dirección del deslizamiento de las superficies causadas con las partículas que son mas ligeras que las asociadas con las del desgaste abrasivo.

mantenimiento :

 Este es idéntico al usado para el desgaste abrasivo simple.

 

     Desgaste por sobre carga :

     Es experimentado bajo condiciones de carga pesada y baja velocidad aunque los engranajes hallan sido templados o no produce una superficie atacada con ácido.

     mantenimiento :

 Reducir la carga unitaria a la capacidad nominal de los engranajes y usar lubricantes de presión extremo.

     Desgaste estriado :

     Es un desgaste por rallado  que puede ocurrir en las superficies cementadas de los piñones bajo cargas pesadas y que muestra  ranuras en la dirección del deslizamiento de las superficies

 mantenimiento :

Deben ajustarse los engranajes  para distribuir la carga más uniforme sobre toda la superficie del diente. En el caso de engranajes cónicos, debe ser alterado  el huelgo para reducir la carga de impacto. En algunos casos, el uso de lubricantes  de extrema presión  puede ayudar a reducir  la velocidad  de deterioro  de la superficie  del diente.

 

CEDENCIA  PLASTICA

     Es una deformación  de las superficies  de los dientes  de engranaje debido a  cargas pesadas,  se caracteriza por  aletas que sobresalen  en los bordes  o extremos de los dientes  y un estriado  y la ranura  correspondiente  sobre la  parte coincidente  en la línea de paso.

     Desgaste por rodadura :

     Es  una forma de cedencia plástica  resultante  de cargas regulares, pesadas y deslizamiento. El patrón de estriado y parte coincidente  se limita a los engranajes cilíndricos de dientes rectos  y es causado por cargas excesivas  en el punto  donde un par  de dientes  coincidentes  lleva  momentáneamente toda la carga donde se invierte la dirección del deslizamiento

     El martillado :

     Debido a los fuertes golpes a los que se ven expuesto los dientes de los engranajes, se crean impactos localizados que resultan en la cedencia plástica de la superficie.

     mantenimiento:

El martillado se puede controlar  reduciendo el huelgo de los dientes de engranajes, a veces es  efectivo utilizar un lubricante de extrema presión  para reducir el  tipo  de cedencia destructivo.

     La ondulación:

     Se caracteriza por un efecto de escama de pescado  que ocurre sobre áreas de acero cementado bajo cargas pesadas.

     La soldadura:

     La combinación de la presión, deslizamiento y elevadas temperaturas  pueden  causar la salida forzada de la película de lubricante dejando así las superficies expuestas  metal contra metal, hasta un grado  que produce una adherencia molecular, o soldadura  seguida de una separación por desgarramiento, otra forma de llamarlo es agarrotamiento o pegamiento. Este fenómeno resulta generalmente de una lubricación  excesiva  e inadecuada.

     Rayado  ligero:

     El rayado ligero es un deterioro menor en la superficie del diente de engranaje  de naturaleza soldante, mostrando  ligeras desgarraduras  y rayas  en la dirección del deslizamiento. El rayado comienza usualmente  en un área de la superficie  donde hay una  combinación de  esfuerzo de superficie  y alta velocidad  deslizante; generalmente  cerca de la punta del diente.

     mantenimiento : 

Se sugiere el uso de un lubricante de presión extrema; en ciertos casos es necesario  pulir las superficies de los dientes  además de usar el lubricante a presión. También pueden ser tratados térmicamente para mejorar la calidad de la superficie.

     La fatiga de superficie:

     Es la formación de anormalidades en la superficie  de los dientes  usualmente  bastante pequeñas  al principio; producidas por esfuerzos de compresión  elevados, debidos  con frecuencia  a irregularidades en la superficie.

     Picadura inicial :

     Esto puede ocurrir  cuando un par de engranajes  es puesto en contacto por primera vez, se observa como  pequeñas cavidades  en puntos dispersos sobre las superficies de los dientes; de acuerdo con la experiencia, no es necesariamente serio, siendo correctivo y no progresivo.

     mantenimiento: 

 En muchos casos  el uso de los engranajes  tenderá a pulir las irregularidades  de la superficie, y las picaduras cesarán; si continúa el efecto se debe templar  la superficie del diente. Ayudará también un rectificado y un pulido  de los dientes de los engranajes

     Picadura destructiva :

     Es la picadura que continúa después de la picadura inicial, esta aumenta rítmicamente con frecuencia.

     mantenimiento: 

Este defecto se puede  controlar esmerilando  y puliendo las superficies de los dientes de engranaje y templando los dientes de los engranajes. En algunos casos se han usado lubricantes de extrema presión.

        Escoriación :

     Es un tipo de fatiga más extenso en el cual un área considerable de  la superficie  de rodamiento  del diente es socavada en forma progresiva y que eventualmente se desprende en forma de laminillas. Parece que sólo ocurre en engranajes cementados. La escoriación o desconchamiento puede comenzar en una grieta  y no sigue necesariamente la unión entre la parte  cementada y el núcleo.

     mantenimiento: Uso de lubricante de presión extrema (caso leve); En algunos casos el pulido de la superficie  proporcionará una distribución  más regular de la carga  a través de la superficie de contacto reducirá la presión extrema causada.

 

DETERIOROS DIVERSOS 
DE LA SUPERFICIE DE UN DIENTE 

     Desgaste corrosivo:

     Es el resultado de una acción química  sobre la superficie de los dientes de un engranaje, debido a una contaminación de los lubricantes.

     mantenimiento:

 Drénese y lávese la caja de  engranajes para remover la fuente de contaminación   existente. Asegúrese de que el lubricante esté  limpio;  fuera de contaminantes y revise la especificación de los sellos y otros tipos de empaquetaduras.

     Interferencia :

     Es un tipo de desgaste causado por el golpe del extremo del diente de un engranaje en la cara lateral del otro diente del engrane coincidente.

     mantenimiento:

 Este defecto es causado por un mal diseño o fabricación del engranaje, La distancia entre círculos  primitivos de los engranajes deben estar bien calculadas para que no se produzca este defecto.

 

 

ROTURA DE DIENTES

     La rotura de los dientes de un engranaje indica una situación más allá de los procedimientos de mantenimiento para retardarla. Sin embargo esta situación implica la selección apropiada de la carga útil, una lubricación adecuada y una inspección periódica. Si tomamos en cuenta estos parámetros  podemos  obtener una duración cercana a la vida nominal del engranaje.

 

CONCLUSIONES

·   El chequeo del funcionamiento de los reductores de velocidad continuamente en de suma importancia pues estos están sometidos a grandes esfuerzos los cuales atentan contra la vida útil de los mismos, así como también, a diferentes agentes externos contaminantes los cuales  intervienen en el desgaste prematuro de las piezas.

·   La utilización de una adecuado sistema de lubricación asegura el éxito del sistema de reducción de velocidad y el más óptimo para la realización de este importante trabajo es el sistema del lubricación por  extrema presión (EP).

·   Existen diferentes tipos de desgaste los cuales dependen de los factores que están interviniendo en el sistema y es  muy importante lograr la identificación del desgaste en particular que esta sucediendo para de esta forma aplicar el procedimiento de mantenimiento mas adecuado para eliminar las posibles fallas que se puedan presentar.

·   Es de suma importancia el diseño y la elección adecuada de las piezas a ser usadas en un sistema de reducción de velocidades para lograr su mayor eficiencia y así evitar los sobre dimensionamiento o las fallas por falta de capacidad del mismo.

 

BIBLIOGRAFIA

 

¨   Tractores y automoviles. A.M. Gurévich,E.M.Sorokin. Editorial MIR. Tomo 2.

¨   Diseño de elementos de máquinas. Roberth L. Norton. Editorial McGraw Hill.

¨Morrow, Lester C. Manual de mantenimiento industrial. tomo 2. 2 da edición. Mc Graw hill. México.1974