What are the key principles of gear design?

Trabajar con cajas de engranajes; es habitual para nosotros que estamos inmersos en el área de mantenimiento; de hecho que los hay de diversos tipos y con diferentes tipos de materiales y también con diversos tipos de tratamientos para brindarles diferentes propiedades físicas a los materiales; pero lo mas curioso que me ha tocado experimentar en muchas cajas reductoras y de transmisión de potencia son lo "módulos" en la conformación del tallado de los dientes; al parecer algunos fabricantes desarrollan su propio modulo para evitar las copias; en mi experiencia he tenido que preparar herramientas de corte especiales para poder tallar los dientes de un engranaje de reemplazo.

Cuando trabajas en el área de mantenimiento existen muchos retos, por que mas que diseñar un engrane. te encuentras con el tema de los recambios y es donde te topas con la decisión de solicitar al fabricante del equipo el repuesto o mandarlo manufacturar. Aquí es donde viene lo interesante, ya que utilizamos ingeniería inversa, buscando mejorar para prolongar la vida de los mismos, donde se considera el entorno (humedad, temperatura, polvo, etc.). Ya que la mayoría de los equipos son diseñados y fabricados en diferentes países.

En mi experiencia en la elaboración de engranajes se debe de considerar el material adecuado para la fabricación del engranaje, teniendo en cuenta el tipo de trabajo al que este va ser sometido, las condiciones, el tipo de lubricación, etc; ya que en la mayoría de casos solo usan un material bonificado o de cementación, además hay que considerar el tipo de tratamiento que le vas a dar ( temple, cementado, nitrurado, temple - revenido) o si solo necesitas tratar los dientes del engranaje más no el núcleo. A que voy que para ello está la ingeniería de materiales para definir adecuadamente el material del engranaje que se va a fabricar, ese el gran desafío que se tiene en la elaboración de los distintos tipos de engranjes.

Efectivamente, existen algunos casos donde los engranes son un poco especiales, me refiero a los angulos de presion, hay algunas empresas que como norma ofrecen ángulos de presión de 25 grados logrando más eficiencia en cuanto al torque. Como todo cambia en la vida ofrecen sistemas epicicloidales, que es una cambio radical en cuanto a torque, y menor resistencia a la fricción.

Una recomendación que me dio un amigo ingeniero que lleva toda la vida manejando transmision de potencia es que una relacion de reduccion ideal es la selección de no. de dientes debería de ser non. Es decir si la relación es par un Piñón y un engrane trabajaría siempre en la misma posición. Pero al ser número de dientes non la transición de dientes se vuelve infinita.

La elección del tratamiento térmico adecuado tiene un impacto sumamente relevante en el desempeño mecánico del engrane. Procedimientos de endurecimiento de capa, como el tratamiento de carburizado (cementado), ofrecen una relación de resistencia óptima para el desgaste, con la ventaja de generar esfuerzos de compresión que proporcionan resistencia a la fatiga. En este sentido, es muy importante asegurar en la especificación de tratamiento térmico el control preciso y uniforme de la temperatura y la atmósfera de proceso para garantizar el desempeño apropiado de desgaste y fatiga.

• Function & Load: Understand what the gears need to do and handle (power, speed, torque). • Steel Savvy: Choose the right steel and heat treatment for strength, wear resistance, and life. • Toothy Talk: Optimize tooth geometry for smooth engagement, quiet operation, and long life. • Manufacturing Matters: Consider cost, precision, and surface finish based on production methods. • Lube it Up: Proper lubrication keeps gears happy and healthy. • Balancing Act: Find the sweet spot between strength, efficiency, noise, and cost.

Princípios fundamentais no desenho de engrenagens incluem estabelecer a relação de transmissão adequada, garantir o perfil do dente correto para uma operação suave, determinar o passo, definir o ângulo de pressão, escolher a largura do dente apropriada, estabelecer a distância entre centros, considerar desgaste e lubrificação, assegurar concentricidade e coaxialidade, e aplicar tolerâncias e ajustes precisos. Esses elementos são essenciais para garantir eficiência, durabilidade e integridade nos sistemas de transmissão mecânica.

En mi opinión, desde el diseño, las cajas de engranajes deben acondicionarse mejor para su inspección en marcha: 1)Puntos marcados de muestreo de vibraciones y ruido, con buena adherencia. 2)O mejor, venir con acelerómetros y sensores de temperatura ya instalados como un estándar. 3)Puertos para el muestreo de lubricante en ubicaciones claves. 4)Visores transparentes para inspeccionar el interior en puntos claves. 5)Las placas de identificación deben indicar todas las velocidades nominales, o relaciones de transmisión, incluyendo las intermedias, y el número de dientes de los engranajes, ya que es una información útil para el análisis de su condición dinámica. Un esquema del arreglo de rotores-engranajes en la placa sería ideal.

Princípios fundamentais do desenho de engrenagens incluem a relação de transmissão, passo, diâmetro primitivo, perfil do dente, ângulo de pressão, largura da engrenagem, distância entre centros, razão de contato, número de dentes, material e tratamento térmico, além de tolerâncias e ajustes. Esses elementos são essenciais para garantir o funcionamento suave, eficiente e durável das engrenagens em sistemas mecânicos.