10º Congreso Nacional de Mecatrónica
Noviembre 3 y 4, 2011. Puerto Vallarta, Jalisco.
Asociación Mexicana de Mecatrónica A.C.
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Instituto Tecnológico Superior de Puerto Vallarta
Propuesta de una Metodología para el Análisis de Engranes
Rectos Aplicando Ingeniería Asistida por Computadora.
Carro Suárez Jorge, Flores Nava Irma y Flores Salazar Fabiola
Universidad Politécnica de Tlaxcala
Carrera de Ingeniería Mecatrónica
Av. Universidad Politécnica No.1 San Pedro Xalcatzingo Tepeyanco Tlaxcala
Resumen
El presente artículo muestra la metodología
de análisis de engranes rectos aplicando la
ingeniería asistida por computadora a través de un
software de diseño especializado, iniciando la
investigación con el estudio de un engrane recto
sometido a carga flexionante aplicando los
métodos tradicionales de la Ingeniería Mecánica
por medio de las normas AGMA (American Gear
Manufacturers Association) para posteriormente
utilizar SolidWorks Simulation from Dassault
Systemes, se presentan diferentes modelos bajo
condiciones de diseño distintas y se establece un
análisis comparativo entre ambos métodos,
presentando las conclusiones pertinentes al final.
Palabras clave: Engrane, esfuerzo flexionante,
normas AGMA, simulación,
1. Introducción
La ingeniería asistida por computadora
(CAE) es el uso de software computacional para
simular el desempeño de un sistema mecánico y así
poder hacer mejoras a los diseño de los productos o
bien apoyar la resolución de problemas de
ingeniería para una amplia gama de industrias. Esto
incluye la simulación, validación y optimización de
productos, procesos y herramientas de manufactura.
Un proceso común de CAE incluye como
inicio un pre-procesado, solución y post-procesado;
en la primera fase, el diseñador modela la
geometría, la cinemática y las propiedades físicas
del diseño, así como el ambiente en forma de cargas
y restricciones aplicadas y en la última parte se
presentan los resultados para su revisión. Las
aplicaciones de CAE conforman una gran variedad
de disciplinas y fenómenos de ingeniería, las cuales
incluyen:
• Análisis de esfuerzo y dinámica de
componentes y ensambles utilizando el
análisis de elementos finitos (FEA).
• Análisis termal y de fluidos utilizando
dinámica de fluidos computacional (CFD).
• Análisis de cinemática y dinámica de
mecanismos (Dinámica multicuerpos).
• Simulación mecánica de eventos (MES).
• Análisis de control de sistemas.
• Simulación de procesos de manufactura.
• Optimización del producto.
Existen en el mercado diferente software de
diseño, destacando SolidWorks, Catia o Solid Edge
que presentan una plataforma adecuada para realizar
los análisis antes mencionados.
La presente investigación inicia con el
análisis de un engrane recto sometido a carga
flexionante por medio de las normas AGMA para
posteriormente aplicar un software de diseño
especializado para validar los resultados obtenidos y
realizar diferentes estudios bajo condiciones
distintas, y así poder establecer una comparación
entre los métodos aplicados. Se presentan al final
los resultados obtenidos y las conclusiones.
2. Método de esfuerzo flexionante
aplicando normas AGMA.
Existen dos modos de falla principales que
afectan a los dientes de los engranes rectos: la
fractura por fatiga debido a esfuerzos de flexión en
la raíz del diente y a la fatiga superficial sobre las
superficies de los dientes (picadura), por lo que para
su estudio y diseño los fabricantes han tomado
como base las normas AGMA destacando la norma
AGMA 2001-D04 “Fundamental Rating Factors
and Calculations Methods for Involute Spurs an
Helical Gear Teeth” (Factores fundamentales de
capacidad y métodos de cálculo para dientes de
engranes rectos y helicoidales de involuta), que
