Determinación del dominio de contacto y reparto de carga en engranajes cónicos de evolvente de ejes paralelos y dientes rectos
DOI:
https://doi.org/10.5944/ribim.29.1.44280Palabras clave:
Engranajes beveloides, Dominio de contacto,, Rigidez de engrane, Reparto de cargaResumen
Los engranajes cónicos de evolvente, también conocidos como engranajes beveloides, son engranajes rectos o helicoidales cuyo radio de cabeza varía linealmente a lo largo del ancho del diente. Sus secciones transversales presentan la geometría de un engranaje recto, aunque el radio de cabeza, el radio de pie y el factor de desplazamiento son diferentes en cada una. Los engranajes beveloides de ejes paralelos, con igual ángulo de cono en piñón y rueda pero con conos invertidos, permiten controlar la holgura con pequeños desplazamientos axiales, por lo que son utilizados en posicionadores de precisión y aplicaciones de robótica. Debido a los diferentes radios de cabeza y desplazamientos en cada sección transversal, los puntos de inicio y finalización de engrane son distintos en cada una, lo que se traduce en que cada sección comienza y finaliza su engrane en un instante –o en una posición de engrane– también diferente. Consecuencia de ello es que, a pesar de tratarse de engranajes de dientes rectos, presentan un grado de recubrimiento axial que influye en las condiciones de contacto, condiciones que serán a su vez determinantes para la estimación de las condiciones de carga y resistencia. Por otro lado, aunque en este tipo de transmisiones el ángulo de cono es pequeño –por lo general, por debajo de 5º–, las variaciones ocasionadas por la propia geometría en los factores de desplazamiento pueden ser suficientemente grandes para presentar problemas de penetración o apuntamiento en los dientes, incluso para anchos de cara pequeños, lo que también ha de tomarse en consideración para la determinación de los intervalos de contacto en cada posición de engrane. En este trabajo se presenta un estudio del dominio de contacto y el reparto de carga en engranajes beveloides de dientes rectos y ejes paralelos, que toma en consideración la influencia de la aparición de penetración o apuntamiento en los dientes. Se presentan, asimismo, ecuaciones aproximadas para la determinación del radio de apuntamiento y del radio de cabeza para un espesor preestablecido, necesarias para introducir las correcciones apropiadas en la geometría del engrane.
Descargas
Citas
[1] Song, J., Chen, Q., Zhu, C., “Manufacturing and contact characteristics analysis of internal straight beveloid gear pair”, Mechanism and Machine Theory, 114, 60–73 (2017)
[2] Brecher, C., Brumm, M., Henser, J., “Calculation of the tooth root load carrying capacity of beveloid gears”, Gear Technology, 6/2014, 50–61 (2014)
[3] Wen, J., Yao, H., Yan, Q., You, B., “Research on time-varying meshing stiffness of marine beveloid gear system”, Mathematics, 11(23), 4774 (2023)
[4] Zhu, C., Yang, S., Ma, X., “Geometry design and tooth contact analysis of crossed beveloid gears”, Chinese Journal of Mechanical Engineering, 45(2), 371–377 (2012)
[5] Innocenti, C., “The kinematics of conical involute gear hobbing”, Proceedings of the ASME Interna-tional Mechanical Engineering Congress and Exposition, 1327–1339, Seattle, WA (2007)
[6] Song, J., Chen, L., Wang, Z., “Modeling and analysis of mesh stiffness for straight beveloid gear with parallel axes”, Journal of Advanced Mechanical Design, Systems, and Manufacturing, 12(7), 1–10 (2018)
[7] Childs, P.R.N., “Bevel gears”, Mechanical Design Engineering Handbook, 2ª ed., Butterworth-Heinemann (2019)
[8] Li, J., Wang, H., Lin, F., “A computerized method of contact pressure and load distribution for crossed beveloid gears”, Mechanism and Machine Theory 175, 104943 (2022)
[9] Shen, Y., Sun, J., “Parametric analysis of gear mesh and dynamic response of loaded beveloid gear sys-tems”, Mechanism and Machine Theory, 46(8), 1189–1202 (2011)
[10] Liu, Z., Zhang, Y., Huang, J., “Contact stress analysis of straight concave conical involute gear pairs”, Engineering Failure Analysis, 17(5), 1237–1245 (2010)
[11] Sciarra, G., Mottola, G., Casamenti, G., Carricato, M., “An innovative low-backlash Wolfrom gearbox with beveloid gears for robotic applications”, New Trends in Mechanism and Machine Science, Pro-ceedings of EuCoMeS 2024, 337-346, Padova, Italia (2024)
[12] Pedrero, J.I., Artés, M., Fuentes, A., “Modelo de distribución de carga en engranajes cilíndricos de per-fil de evolvente”, Revista Iberoamericana de Ingeniería Mecánica, 3(1), 31-43 (1999)
[13] Pedrero, J.I., Pleguezuelos, M., Artés, M., Antona, J.A., “Load distribution model along the line of con-tact for involute external gears”, Mechanism and Machine Theory, 45(5), 780-794 (2010)
[14] Pedrero, J.I., Artés, M., García-Masiá, C., “Determination of the effective path of contact of undercut involute gear teeth”, Journal of Mechanical Engineering Science, 218(7), 751-760 (2004)
[15] AGMA Information Sheet 908-B89, “Geometry Factors for Determining the Pitting Resistance and Bending Strength of Spur, Helical and Herringbone Gear Teeth”, American Gear Manufacturers Asso-ciation, Alexandria, VA, 1989
[16] Sánchez, M.B., Pleguezuelos, M., Pedrero, J.I., “Enhanced model of load distribution along the line of contact for non-standard involute external gears”, Meccanica, 48(3), 527-543 (2013)
[17] Sánchez, M.B., Pleguezuelos, M., Pedrero, J.I., “Approximate equations for the meshing stiffness and the load sharing ratio of spur gears including hertzian effects”, Mechanism and Machine Theory, 109, 231-249 (2017)
Descargas
Publicado
Cómo citar
Número
Sección
Licencia
Derechos de autor 2025 Giuseppe Sciarra, Marco Carricato, Miguel Pleguezuelos, Miryam Beatriz Sánchez, José Ignacio Pedrero
Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0.
Los autores conservan los derechos de autor y ceden de forma no exclusiva los derechos de explotación de los trabajos aceptados para su publicación en Revista Iberoamericana de Ingeniería Mecánica, garantizan a la revista el derecho de ser la primera publicación del trabajo.
Los autores permiten que la revista distribuya los trabajos publicados bajo la licencia de uso Creative Commons Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0 International). Esta licencia permite a otros compartir el trabajo con un reconocimiento de la autoría del trabajo y de la publicación inicial en esta revista. Se puede copiar, usar, difundir, transmitir y exponer públicamente, siempre que: i) se cite la autoría y la fuente original de su publicación (revista, editorial y URL de la obra); ii) no se use para fines comerciales.
Se permite y se anima a los autores a difundir electrónicamente (en un repositorio institucional, etc) la versión publicada del artículo (VOR) siempre con referencia a su publicación en la Revista Iberoamericana de Ingeniería Mecánica.
La publicación en esta revista es gratuita y no impone ningún coste a los autores.
