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Geometria de engranes...

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UNIVERSIDAD CARLOS III DE MADRID ESCUELA POLITÉCNICA SUPERIOR

DISEÑO, INSPECCIÓN Y ANÁLISIS DE ENGRANAJES CÓNICOS GRADO EN INGENIERÍA EN TECNOLOGÍAS INDUSTRIALES DEPARTAMENTO DE MECÁNICA LEGANÉS, OCTUBRE 2017

Autor: D. Juan Manuel Grande Verbo Tutora: Dña. María Garrosa Solana Tutor de empresa: D. Alberto Lagares Overgaag

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AG AGRA RA RAD DEC ECIIMI MIEN EN ENTTOS A mi padre, por ser el espejo en el que siempre me puedo mirar, haberme apoyado siempre en cualquier situación y haber luchado tanto por nosotros. A mi madre y mi hermano, por haberme apoyado en los momentos más difíciles y estar siempre unidos. A Laura, por haberse sacrificado conmigo y darme todo su apoyo desde el primer día. A los compañeros del departamento SQA de John Deere ibérica, por su ayuda constante y su excelente trato, y en especial, a Ángel Muñoz, por haberme dado la oportunidad de trabajar en una empresa multinacional y darme siempre los mejores consejos, y a Alberto Lagares, por su paciencia conmigo y su ayuda en la realización de este proyecto. A María Garrosa Solana, por su gran ayuda en este tramo final de carrera, por dirigirme en este proyecto con tanta paciencia y por guiarme en la redacción de su memoria.

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RE RESU SU SUM MEN Este proyecto de fin de grado es un proyecto en colaboración con la empresa Jonh Deere Ibérica en el que se estudiarán las normas existentes sobre engranajes cónicos con el fin de estandarizar la manera de diseñar y acotar los planos en la empresa. Se hará una pequeña introducción sobre los tipos de engranajes que se encuentran en el mercado actualmente, y se profundizará en los parámetros característicos de los engranajes cónicos. Se explicarán las distintas formas de acotación y aplicación de tolerancias según las normas DIN y AGMA y posteriormente se analizarán los métodos de medición y de inspección que propone la norma AGMA para engranajes cónicos. Se analizará la inspección de un engranaje de la fábrica mediante una máquina de control por coordenadas y se analizarán los resultados obtenidos.

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CONTEN TENID ID IDO O 1

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3

4

5

Capítulo I. INTRODUCCIÓN....................................................................................................... 11 1.1

Introducción ..................................................................................................................... 11

1.2

Objetivo del proyecto....................................................................................................... 11

1.3

John Deere Ibérica............................................................................................................ 11

1.4

Problema en John Deere Ibérica ...................................................................................... 15

1.5

Estructura del proyecto.................................................................................................... 17

Capítulo II. ENGRANAJES ......................................................................................................... 18 2.1

Introducción ..................................................................................................................... 18

2.2

Clasificación de engranajes .............................................................................................. 18

2.2.1

Engranajes con ejes paralelos .................................................................................. 19

2.2.2

Engranajes con ejes no paralelos coplanarios.......................................................... 21

2.2.3

Engranajes con ejes no coplanarios, no paralelos ................................................... 25

2.2.4

Engranajes especiales............................................................................................... 28

2.3

Principales aplicaciones.................................................................................................... 29

2.4

Propiedades de la involuta ............................................................................................... 30

Capítulo III. PARÁMETROS GEOMÉTRICOS DE LOS ENGRANAJES ............................................ 32 3.1

Definiciones geométricas: ................................................................................................ 32

3.2

Planos principales:............................................................................................................ 32

3.3

Superficies y dimensiones principales de engranajes cilíndricos ..................................... 33

3.4

Superficies y dimensiones de engranajes cónicos ........................................................... 35

3.5

Parámetros relacionados con los dientes ........................................................................ 37

3.6

Términos relacionados con el espesor de diente............................................................. 41

3.7

Términos relacionados con parejas de engranajes .......................................................... 41

3.8

Parámetros de inspección ................................................................................................ 45

Capítulo IV. NORMATIVA PARA ENGRANAJES ......................................................................... 49 4.1

Introducción ..................................................................................................................... 49

4.2

Normas para engranajes cónicos ..................................................................................... 49

4.2.1

Norma AGMA “American Gear Manufactorers Association” .................................. 49

4.2.2

Normas ISO “International Organization for Standarization” .................................. 50

4.2.3

Normas DIN “Deutsches Institut für Normung” ....................................................... 50

Capítulo V. ACOTACIÓN Y TOLERANCIAS ................................................................................. 51 5.1

Norma DIN........................................................................................................................ 51

5.1.1

Estructura del sistema de tolerancias en los engranajes ......................................... 51

5.1.2

Tolerancias en la pieza torneada o “gear blank” ..................................................... 52

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DISE DISEÑO ÑO ÑO,, IN INSP SP SPECC ECC ECCIÓ IÓ IÓN N Y ANÁ ANÁLI LI LISIS SIS DE ENG ENGRA RA RANAJ NAJ NAJES ES CÓN CÓNICO ICO ICOSS 5.1.3

Tolerancias en los dientes del engranaje ................................................................. 53

5.1.4

Información en los planos de engranajes cónicos ................................................... 56

5.1.5

Contact Pattern según DIN ....................................................................................... 60

5.2

5.2.1

Estructura del sistema de tolerancias en los engranajes ......................................... 61

5.2.2

Tolerancias en la pieza torneada o “gear blank” ..................................................... 61

5.2.3

Tolerancias en los dientes del engranaje ................................................................. 64

5.2.4

Información en los planos de engranajes cónicos ................................................... 65

5.3 6

Reunión con departamento de diseño............................................................................. 67

Capítulo VI. MÉTODOS DE MEDICIÓN DE ENGRANAJES .......................................................... 69 6.1

Introducción ..................................................................................................................... 69

6.2

Herramientas y máquinas utilizadas ................................................................................ 69

6.3

Recomendaciones de evaluación de los instrumentos de medida .................................. 71

6.3.1

Ambiente ideal para los instrumentos ..................................................................... 71

6.3.2

Instrucciones prácticas a seguir ............................................................................... 71

6.3.3

Ambiente de trabajo ................................................................................................ 72

6.3.4

Procedimiento de calibración .................................................................................. 73

6.3.5

Otros factores........................................................................................................... 73

6.4

7

Norma AGMA ................................................................................................................... 61

Métodos de medida ......................................................................................................... 74

6.4.1

Directrices para la medición de engranajes cónicos ................................................ 75

6.4.2

Referencias para realizar las medidas ...................................................................... 76

6.4.3

Medida del pitch deviation ...................................................................................... 77

6.4.4

Medida del runout o salto de un engranaje............................................................. 82

6.4.5

Medida del backlash................................................................................................. 84

6.4.6

Medida del espesor de diente.................................................................................. 85

6.4.7

Medida de forma del flanco ..................................................................................... 87

Capítulo VII. INSPECCIÓN DE ENGRANAJES.............................................................................. 95 7.1

Introducción ..................................................................................................................... 95

7.2

Single-Flank composite test ............................................................................................. 97

7.3

Double-Flank composite test ......................................................................................... 100

7.4

Contact pattern inspection ............................................................................................ 103

7.4.1

Introducción ........................................................................................................... 103

7.4.2

Procedimiento y resultados ................................................................................... 105

7.4.3

Medida del runout ................................................................................................. 108

7.5

V y H check .................................................................................................................... 108

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Capítulo VIII. CICLO DE INSPECCIÓN DE UN ENGRANAJE CÓNICO EN JDISA.......................... 110 8.1

Temperatura de medición.............................................................................................. 110

8.2

Instrumentación utilizada para la inspección de la pieza .............................................. 111

8.3

Inspección de la pieza .................................................................................................... 114

9

8.3.1

Estudio del plano de la pieza a medir .................................................................... 114

8.3.2

Realización del programa de inspección ................................................................ 116

8.3.3

Medida de la pieza por parte de la máquina ......................................................... 123

8.3.4

Generación y revisión de los informes generados ................................................. 125

Capítulo IX. PRESUPUESTO DEL PROYECTO ........................................................................... 129 9.1

Cálculo del presupuesto del proyecto............................................................................ 129

9.2

Impacto del proyecto sobre el presupuesto de la empresa .......................................... 131

10

Capítulo X. CONCLUSIONES Y TRABAJOS FUTUROS ........................................................... 133

11

BIBLIOGRAFÍA ..................................................................................................................... 134

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IN INDIC DIC DICE E DE FIGU GUR RAS Figura 1-1. John Deeere ................................................................................................................... 12 Figura 1-2. Mapa mundial de fábricas de John Deere...................................................................... 12 Figura 1-3. Fábrica de Getafe vista desde el cielo ............................................................................ 13 Figura 1-4. Tractores en la fábrica de Getafe ................................................................................... 14 Figura 1-5. Plano engranaje cónico .................................................................................................. 15 Figura 1-6. Plano engranaje cónico 2 ............................................................................................... 16 Figura 1-7. Plano engranaje cónico 3 ............................................................................................... 16 Figura 2-1. Parejas y tren de engranajes.......................................................................................... 18 Figura 2-2. Engranajes con ejes paralelos ........................................................................................ 19 Figura 2-3. Engranaje cilíndrico recto .............................................................................................. 19 Figura 2-4. Engranaje cilíndrico helicoidal ....................................................................................... 20 Figura 2-5. Engranaje doble helicoidal ............................................................................................. 21 Figura 2-6. Engranajes internos........................................................................................................ 21 Figura 2-7. Engranajes no ejes que se cortan .................................................................................. 22 Figura 2-8. Engranajes cónicos rectos .............................................................................................. 22 Figura 2-9. Engranajes cónicos espirales.......................................................................................... 23 Figura 2-10. Face Milling vs Face Hobbing ....................................................................................... 23 Figura 2-11. Engranajes cónico tipo Zerol ........................................................................................ 24 Figura 2-12. Engranajes cónicos involutos ....................................................................................... 25 Figura 2-13. Engranaje con ejes no paralelos, no coplanarios ......................................................... 25 Figura 2-14. Engranaje globoidal de evolvente simple .................................................................... 26 Figura 2-15. Engranaje globoidal de evolvente doble...................................................................... 27 Figura 2-16. Engranajes hipoides ..................................................................................................... 27 Figura 2-17. Engranajes espiroidales................................................................................................ 28 Figura 2-18. Engranajes especiales .................................................................................................. 28 Figura 2-19. Aplicación engranaje cónicos ....................................................................................... 29 Figura 2-20. Diferencial .................................................................................................................... 30 Figura 2-21. Generación de una involuta ......................................................................................... 30 Figura 3-1. Planos de los engranajes ................................................................................................ 33 Figura 3-2. Diámetros en engranajes ............................................................................................... 34 Figura 3-3. Superficies del diente..................................................................................................... 34 Figura 3-4. Esquema dientes que engranan..................................................................................... 35 Figura 3-5. Superficies cónicas ......................................................................................................... 36 Figura 3-6. Ángulos en engranajes cónicos ...................................................................................... 36 Figura 3-7. Distancias en engranajes cónicos................................................................................... 37 Figura 3-8. Involute teeth................................................................................................................. 37 Figura 3-9. Pressure y Profile angle .................................................................................................. 38 Figura 3-10 P...