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Los engranajes son componentes críticos en los sistemas de transmisión de potencia, desde transmisiones automotrices hasta turbinas, maquinaria industrial y equipos de centrales eléctricas. Un diseño de engranajes preciso y fiable requiere comprender su capacidad de carga y su rendimiento bajo estrés mecánico. La norma ISO 6336
es una de las normas de referencia mundiales más autorizadas en este campo, y contiene una serie de disposiciones que proporcionan métodos para calcular la capacidad de carga de engranajes rectos o helicoidales. Esta norma es una herramienta esencial para los diseñadores de engranajes e ingenieros mecánicos, ya que permite predecir la vida útil de los engranajes, garantizar la seguridad y prevenir fallos prematuros.
Introducción a la norma ISO 6336
La norma ISO 6336, titulada «Cálculo de la capacidad de carga de engranajes rectos y helicoidales», es una serie de normas compuesta por varias partes que exploran diversos aspectos de la resistencia mecánica de los engranajes. Sus partes más importantes incluyen:
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Parte 1: Principios básicos, conceptos generales y factores de influencia comunes
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Segunda parte: Cálculo de la resistencia superficial (picaduras e indentaciones superficiales)
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Tercera parte: Cálculo de la resistencia a la flexión de la raíz del diente
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Parte 5: Evaluación de la calidad del material y su impacto en las propiedades mecánicas
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Sección 6: Cálculo de la vida útil bajo carga variable
Estos capítulos, en conjunto, conforman un sistema de evaluación integral que permite valorar el rendimiento de los engranajes en diversas condiciones de funcionamiento. El objetivo principal de esta norma es proporcionar una base unificada para el cálculo de la capacidad de carga y la comparación de diferentes diseños.
La importancia de utilizar la norma ISO 6336 en el diseño de engranajes
Los engranajes soportan principalmente dos tipos de tensión:
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Tensión de contacto hertziana : causada por el contacto entre las superficies de dos dientes; si aumenta demasiado, puede provocar una indentación en la superficie del diente.
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La tensión por flexión en la raíz del diente puede provocar la pérdida de la pieza dental.
Numerosos factores, como la velocidad, la temperatura, la lubricación, la calidad de la superficie, la estructura y las condiciones de carga, afectan a estos dos tipos de tensión.
La norma ISO 6336 tiene en cuenta todos estos parámetros y proporciona un método sistemático para calcular con precisión la capacidad de carga, lo que ayuda a los ingenieros de diseño a garantizar la seguridad, la vida útil y el correcto funcionamiento de los engranajes.
Pasos principales para calcular la capacidad de carga según la norma ISO 6336
1. Determinar los parámetros geométricos y los parámetros de funcionamiento
En primer lugar, se deben determinar los parámetros geométricos del engranaje, como el módulo, el ángulo de presión, el número de dientes, el ángulo de hélice, el ancho del diente, la relación de transmisión y la velocidad lineal.
Además, deben considerarse las condiciones de funcionamiento, como el par, la velocidad, la temperatura ambiente, el tipo de lubricante y el tipo de carga.
2. Cálculo de las tensiones principales
El siguiente paso es determinar las dos tensiones principales:
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Tensión de contacto superficial (σH): Se utiliza para comprobar la posibilidad de corrosión por picaduras.
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Tensión de flexión radicular (σF): Se utiliza para evaluar la falla mecánica de los dientes.
Las secciones 2 y 3 de la norma proporcionan las fórmulas de cálculo para cada tipo de tensión.
3. Aplicar factores de corrección
La norma ISO 6336 define varios factores para considerar los efectos ambientales, estructurales y de rendimiento. Algunos de los factores más importantes son:
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KA: Factor de aplicación o carga (efectos del impacto y de la fluctuación de la carga)
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KV: Coeficiente dinámico o de velocidad
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KHβ y KHα: Coeficientes de distribución de carga en el ancho y la circunferencia del diente
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YF e YS: Coeficientes geométricos y tensión de flexión
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ZNT e YNT: Coeficientes relacionados con la calidad del material y el tratamiento térmico
Estos coeficientes permiten que los cálculos vayan más allá de los estados puramente teóricos y se acerquen más a la realidad.
4. Cálculo del factor de seguridad
Tras determinar la tensión real y compararla con la tensión admisible del material, se calcula un factor de seguridad para cada modo de fallo. Si el valor resultante es superior al mínimo
recomendado en la norma , el diseño es aceptable. En caso contrario, deben modificarse parámetros como el ancho del diente, el módulo o la dureza superficial.
Actualización de la versión 2019
La nueva versión de la norma ISO 6336-1:2019 incluye algunas revisiones importantes, entre ellas:
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Una revisión del coeficiente de correlación entre la calidad de la superficie y la lubricación.
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Mejorar la relación entre los coeficientes dinámicos y la calidad de la construcción
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Actualizar las tablas de materiales y dureza en función de las nuevas tecnologías de tratamiento térmico.
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Las limitaciones de este método se explican con más detalle, como un ángulo de presión de 15 a 25 grados y un ángulo de hélice máximo de 30 grados.
Estos cambios mejoraron la precisión de los cálculos y la coherencia entre los resultados teóricos y los datos experimentales.
Aplicaciones industriales de la norma ISO 6336
Esta norma se utiliza ampliamente en muchos sectores, entre ellos:
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Cajas de cambios industriales y mineras
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Industria automotriz y de motocicletas
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turbinas y generadores de centrales eléctricas
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Industrias marítimas y de aviación
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Equipos de transmisión de potencia y maquinaria de precisión
El uso de la norma ISO 6336 en el diseño de engranajes puede mejorar la fiabilidad, reducir el peso del sistema y optimizar los costes de producción y mantenimiento.
Ventajas de utilizar esta norma
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Evaluar con precisión la capacidad de carga admisible y la vida útil de los engranajes.
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Crear una base común entre diseñadores, fabricantes y clientes.
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Reducir la probabilidad de fallas inesperadas y los costos de mantenimiento
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Para facilitar la comparación de diferentes diseños
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Capaz de proporcionar documentos claros de diseño e informes de control de calidad.
Desafíos y limitaciones
Aunque la norma ISO 6336 tiene una alta precisión, conviene tener en cuenta los siguientes puntos durante su uso:
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Este método solo es aplicable a engranajes cilíndricos con dientes rectos o helicoidales de evolvente.
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Algunos coeficientes se determinan en base a datos empíricos y deben controlarse mediante la experiencia práctica.
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En realidad, factores como una lubricación inadecuada, altas temperaturas o cargas de impacto pueden afectar los resultados del cálculo.
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Para velocidades extremadamente altas o condiciones anormales, deben utilizarse métodos numéricos como el análisis de elementos finitos (FEA).
Consejos para ingenieros y diseñadores
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Asegúrese de leer y utilizar la última versión de la norma ISO 6336.
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Al seleccionar los materiales, se debe prestar especial atención a la dureza superficial, la profundidad de la capa dura y las propiedades térmicas.
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En los cálculos deben tenerse en cuenta las condiciones reales de funcionamiento, incluidas las vibraciones, la temperatura y la lubricación.
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Los resultados de los cálculos se compararon con datos experimentales de cajas de cambios similares.
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Documente el informe de diseño y detalle los coeficientes y supuestos para mantener la transparencia durante el proceso de control de calidad.
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Utilice software profesional de análisis de engranajes (como KISSsoft o Romax) para realizar cálculos más precisos de acuerdo con la norma ISO 6336.
Sensibilidad de la respuesta a los parámetros de diseño
en conclusión
La norma ISO 6336 es una de las más importantes y completas a nivel mundial para el cálculo de la capacidad de carga de engranajes rectos. Esta norma proporciona una herramienta precisa para evaluar la seguridad y la vida útil de los engranajes, considerando los efectos de los materiales, la calidad de fabricación, la lubricación y las condiciones de operación. Dominar los conceptos y métodos de cálculo de esta norma es fundamental para cualquier ingeniero
de diseño en el campo de los sistemas de transmisión . Al utilizar la ISO 6336, se pueden lograr diseños más confiables, ligeros y económicos, evitando costosas fallas.