Modelo de cálculo resistente de engranajes cilíndricos de alto grado de recubrimiento

Resumo

El objetivo de esta Tesis Doctoral ha sido el desarrollo de un modelo de cálculo resistente de engranajes cilíndricos de perfil de evolvente de alto grado de recubrimiento transversal (High Transverse Contact Ratio, HTCR), entendiendo como tales los engranajes con grado de recubrimiento transversal mayor que 2. Se trata de un tipo de transmisiones que, por su mejor reparto de carga entre las distintas parejas de dientes en contacto, proporcionan mayor capacidad de carga a igualdad de tamaño, pero que exigen una elevada precisión tanto en la fabricación como en el montaje, para asegurar el contacto simultáneo entre tres parejas de dientes, durante determinados periodos del intervalo de engrane. Precisamente la dificultad impuesta por estos requerimientos de precisión es la causa fundamental de que este tipo de transmisiones no haya despertado especial interés en el pasado, como se refleja en la escasísima atención que le dedican normas internacionales como ISO -que propone unos métodos de cálculo altamente conservadores y muy débilmente justificados-, o en la explícita exclusión del alcance de sus objetivos que hacen otras, como AGMA. El Equipo de Investigación en Engranajes del Departamento de Mecánica de la UNED desarrolló un modelo de distribución de carga basado en la hipótesis de mínimo potencial de deformación, que aplicó a engranajes convencionales (con grado de recubrimiento transversal entre 1 y 2), obteniendo buenos resultados. La aportación más significativa de este modelo consiste en que se obtuvo una formulación analítica de la carga por unidad de longitud en cada punto de contacto, de notable simplicidad y elevada precisión, que permitió hacer cálculos analíticos para la búsqueda de valores críticos, con los que se formuló una propuesta mejorada de cálculo. En esta Tesis, ese mismo modelo de distribución de carga se ha aplicado a engranajes HTCR, en busca de una propuesta de cálculo similar, tanto a presión superficial como a rotura en la base. Las actividades realizadas se pueden agrupar en cuatro puntos: 1. Adecuación del modelo de distribución de carga a altura efectiva de engrane no estándar 2. Formulación de un modelo de cálculo a presión superficial de engranajes HTCR 3. Formulación de un modelo de cálculo a rotura en la base de engranajes HTCR 4. Desarrollo de un modelo de rendimiento de engranajes HTCR La Tesis propone un nuevo modelo de cálculo resistente, a presión superficial y a rotura en la base, de engranajes cilíndricos, rectos y helicoidales, de perfil de evolvente de alto grado de recubrimiento transversal, que pueda servir de herramienta de evaluación de diseños preliminares, y especialmente de fundamento de un método de estimación de la capacidad de carga suficientemente consistente para fines de normalización.