Asignaturas - Máster universitario en investigación en tecnologías industriales
SIMULACIÓN Y ANÁLISIS DEL CONTACTO EN ENGRANAJES
Curso 2024/2025 Código Asignatura: 28010299
SIMULACIÓN Y ANÁLISIS DEL CONTACTO EN ENGRANAJES
Código Asignatura: 28010299
PRESENTACIÓN Y CONTEXTUALIZACIÓN
| SIMULACIÓN Y ANÁLISIS DEL CONTACTO EN ENGRANAJES | |
| 28010299 | |
| 2024/2025 | |
| TÍTULOS DE MASTER EN QUE SE IMPARTE |
MÁSTER UNIVERSITARIO EN INVESTIGACIÓN EN TECNOLOGÍAS INDUSTRIALES
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| CONTENIDOS | |
| 5 | |
| 125 | |
| SEMESTRE 2 | |
| CASTELLANO |
La asignatura de Simulación y Análisis del Contacto en Engranajes forma parte de la oferta de asignaturas optativas del itinerario de Ingeniería Mecánica del Máster. Ha sido concebida como continuación de la asignatura Diseño Avanzado de Transmisiones por Engranajes, obligatoria del mencionado itinerario, junto con cual constituye el fundamento de la línea de investigación Transmisiones Avanzadas de Engranajes, para la realización del trabajo fin de máster. Además, y dado que el máster proporciona acceso directo al Programa de Doctorado en Tecnologías Industriales de la Escuela de Doctorado de la UNED, la realización del TFM en la mencionada línea de investigación capacita de forma idónea para la realización del doctorado en la línea L16 del programa, Diseño de Máquinas y Diagnóstico Mediante Vibraciones, en alguna de las líneas de trabajo del Grupo de Investigación de Ingeniería Mecánica, del que forman parte todos los profesores de la asignatura.
Para el estudio del comportamiento dinámico de un engranaje es necesario determinar la relación entre la rigidez de engrane, el reparto de carga y el error de transmisión. En la asignatura previa de Diseño Avanzado de Transmisiones por Engranajes se estudió la relación entre la rigidez y el reparto de carga, y con ello se establecieron modelos de cálculo resistente a rotura en la base y a presión superficial, y modelos de pérdidas por fricción. Sin embargo, la aplicación de carga entre dientes de engranaje tiene otro importante efecto, que es la deformación que produce en ellos. En efecto, la carga sobre el diente conductor tiende a desplazarlo hacia atrás, según el sentido del movimiento, mientras que la carga sobre el diente conducido tiende a desplazarlo haca adelante. El resultado es un retraso del diente conducido respecto del diente conductor, que además se puede demostrar que es igual para todas las parejas de dientes en contacto simultáneo, y por tanto representa un retraso de la rueda conducida respecto de la conductora, que es lo que se conoce como error de transmisión.
Este retraso de la rueda conducida tiene dos consecuencias principales. En primer lugar, el inicio del contacto se produce antes de alcanzar el punto de inicio teórico. La base del diente conductor se encuentra con la cabeza del diente conducido fuera de la línea de presión, y se produce un contacto no conjugado con la punta del último durante un cierto intervalo. Es lo que se conoce como impacto de inicio de engrane, lo que es fuente de ruido y vibraciones, y puede tener consecuencias catastróficas en el funcionamiento de la transmisión. En segundo lugar, el error de transmisión, aun siendo igual para todas las parejas de dientes en contacto, es diferente en cada posición de contacto, describiendo obviamente una función periódica, de periodo el de contacto entre dientes. Entonces, si el error de transmisión constituye un retraso de la rueda conducida respecto de la conductora, si la velocidad de entrada es constante, la velocidad de salida variará como lo haga el error de transmisión, lo que significa la aparición de aceleraciones y deceleraciones, que provocan la aparición de sobrecarga dinámica, además de ser fuente de vibraciones y ruido.
Para hacer frente a estos problemas se recurre con frecuencia a la modificación del perfil, también conocido como rebaje de punta. Se trata de eliminar una cierta cantidad de material en la punta del diente conducido, de manera que se evite el impacto de inicio de engrane, y se retrase éste hasta su punto teórico. Eso obliga, naturalmente, a modificar la geometría del perfil en un cierto intervalo, llamado intervalo de modificación o de rebaje, lo que permite, mediante la elección de la longitud y forma del rebaje, controlar en alguna medida la forma y amplitud del error de transmisión.
En esta asignatura de Simulación y Análisis del Contacto en Engranajes se estudiará la relación entre la rigidez y la distribución de carga con la modificación del perfil y el error de transmisión. En definitiva, se presentará un modelo para la simulación del error de transmisión de engranajes con modificación de perfil, para, a través de él, encontrar posibilidades de mejora del comportamiento dinámico (emisión de ruido y vibraciones) y del comportamiento resistente (limitación de sobrecargas de origen dinámico).
El programa de la asignatura consta de cuatro unidades didácticas. En la primera de ellas se establecerá el modelo integrado rigidez - reparto de carga - error de transmisión para engranajes rectos de dentado exterior, que se desarrollará en tres etapas: modelo teórico, modelo extendido -considerando deformaciones- y modelo con rebaje -considerando modificación de perfil-. En la Unidad Didáctica II se desarrollará un modelo similar para engranajes helicoidales exteriores, en las mismas tres etapas que el anterior. En la Unidad Didáctica III se hará lo mismo con engranajes rectos de dentado interior, incluyendo una breve descripción del desarrollo del modelo para engranajes planetarios como combinación de los modelos de engranajes exteriores e interiores. Finalmente, en la Unidad Didáctica IV se desarrollará un trabajo final de síntesis, de características similares al que se desarrolló en la asignatura de Diseño Avanzado de Transmisiones por Engranajes.
De acuerdo con lo anterior, las competencias que se alcanzarán con la asignatura son las siguientes:
- Conocimiento de la relación entre la rigidez de engrane, el reparto de carga y el error de transmisión.
- Capacidad de simulación de las deformaciones de los dientes inducidas por la carga.
- Conocimiento de la influencia de la modificación del perfil en el comportamiento resistente y dinámico del engranaje.
- Capacidad para la elaboración de modelos matemáticos de simulación.
- Capacidad de desarrollo de modelos para engranajes planetarios.
- Habilidades para el diseño y análisis de transmisiones especiales (mínima amplitud de error de transmisión, mínima carga instantánea inducida, etc.).