• Author / Uploaded
• Lu HL

Citation preview

“Fundamentos para la Lubricación de Engranajes” Ing.Ignacio Quiros Amieva Director Tecnico, Grupo Tritech. Ing. Gilberto Andrade Viascán Gerente de Ventas, Grupo Tritech

18 de Junio de 2004

Contenido I) Generalidades - Reseña histórica - Propositos de los engranes - Clasificación II) Consideraciones de Diseño - Geometria - Velocidad - Capacidad de Carga - Otras consideraciones III) Lubricacion de Engranajes - Principios de Lubricación - Tipos de película lubricante - Propositos de la lubricación. - Sistemas de Lubricación - Lubricantes - Aditivos. IV) Selección del Lubricante - Factores a considerar - Asociaciones - Especificaciones - Cálculo de la viscosidad

Contenido V) Mantenimiento - Limpieza - Niveles - Filtración externa - Agua - Analisis de laboratorio - Inspeciones y fotografias - Procedimiento de Cambio VI) Fallas en Engranajes - Desgaste - Escoriado - Fatiga Superficial - Flujo Plastico - Fracturas - Compuestos VII) Consideraciones Finales - Que debreriamos buscar en un aceite para engranajes. - Como medir una optima lubricación. - Operación sin problemas.

Demanda de lubricantes para cajas de engranes • Los diseños y construcción de cajas de engranes y transmisiones modernas requieren de mejores lubricantes ya que demandan: – – – – – – –

Mayores potencias Menores consumos de energia Materiales mas resistentes al desgaste Depositos y diseños más pequeños Mayores ciclos de drenado Mayor Confiabilidad y producción continua. Menor contaminación ambiental

Puesto que el lubricante es parte del diseño de una máquina, el mercado requiere de mejores lubricantes en los Engranajes y Transmisiones.

Demanda de lubricantes para cajas de engranes • El futuro…. • Alta resistencia a la fatiga en todos sus componentes. • Alta confiabilidad en la transmisión de velocidades y torques. • Alta capacidad de enfriamiento en condiciones de maxima capacidad de transmisión. • Operación en bajos niveles de rudio. *Dependiendo de cada aplicación en un engranaje, los requerimientos de diseño varian.

Reseña Histórica • Al igual que la rueda no se ha podido definir el inventor aunque existen indicios de su uso desde antes de cristo • Como una ciencia formal el estudio y diseño lleva alrededor de100 años • Las formas de los dientes (involuta o cicloide) pueden llevarse hasta 500 años atrás. • Siglo XIX comienza el uso de metales y de fabricación de engranes por medio de máquinas • Las capacidades de carga comienzan a medirse a mediados del siglo XIX • Se ha revolucionado en los últimos 75 formando parte de un sin número de máquinas

Propósitos de los engranes

Propósito de los engranes • El engrane es una rueda dentada, utilizada para: – Transmitir movimiento de un eje a otro. – Trasmitir potencia. – Cambiar velocidad y sentido de rotación.

M1 < > M2 n1 < = n2 > P1 < > P2 + Pv

CLASIFICACIÓN ENGRANES Cambio de la DE dirección del POR SU CONSTRUCCIÓN Y COLOCACIÓN DE EJES.

movimiento

Paralelos

De intersección

Sin intersección

CLASIFICACIÓN DE ENGRANES POR SU Transmitir Potencia CONSTRUCCIÓN Y COLOCACIÓN DE EJES.

Cambio de velocidad, dirección y Potencia

Cambiar dirección del movimiento

Cambiar torque

Clasificación

TIPOS DE ENGRANES POR Clasificación SU

DISEÑO E. Sinfin E. Sinfin

E. Rectos

E.Helicoidales

E.Cónicos

Clasificación

Rectos

Cónicos

Clasificación

Helicoidales

Doble helicoidal

Clasificación

Hipoidales

Gusano o tornillo

El tamaño no importa, los principios son los mismos

Nomenclatura básica

Nomenclatura básica

Consideraciones de Diseño • • • • • •

Configuración Tipo Espacio Geometría Velocidad Capacidad de carga

Consideraciones de Diseño • • • • • •

Configuración Tipo Espacio Geometría Velocidad Capacidad de carga

Geometría

Geometría • Dos rodillos girando dan velocidades tangenciales iguales • Eso es el diámetro de paso o primitivo • Operación suave se logra con la forma del diente y el perfil • El piñón es el que transmite la potencia y la catarina o rueda es la que lo recibe

Geometría de los engranes (involuta)

Geometría de los engranes ( ángulo de presión.) • Angulo de presión ( 13.5 grados para cargas bajas, 20 medianas y hasta 25 para trabajo pesado). Linea de los centros Circulo Base Linea de acción TANGENCIAL Angulo de presión Circulo Base

?

Geometría de los engranes (Línea de acción)

Geometría de los engranes (Interferencia)

Geometría de los engranes (backlash o huelgo) • Huelgo, espacio entre dientes • Puede servir para revisar alineamiento o desgaste

Geometría de los engranes (Adendo y Dedendo) • Rodadura vrs. Deslizamiento – La rodadura solo en la primitiva – La velocidad aquí es cero – La velocidad de deslizamiento redunda en el diseño en la eficiencia del engrane – La velocidad de deslizamiento puede ir desde un 50% hasta un 150% de la velocidad en la primitiva y eso genera calor

Relación de velocidades

Velocidad • La forma mas simple de transmitir son dos cilindros o dos conos • Velocidad lineal = Vel. Angular x Radio • Las dos velocidades deben ser iguales, por lo que la relación de velocidad es: Rpm (1) Rpm (2)

=

Diam (2) Diam (1)

• Diámetro de paso P=

# dientes Diam.(plg)

1

2

Velocidad Relación de Velocidad

Velocidad máxima (Ft/min)

Eficiencia Típica (%)

Rectos

1-7

5,000-20,000

97-99.75

Helicoidales

1-10

6,000-40,000

97-99.50

Cónicos rectos

1-8

1,000-10,0000

97-99.50

Espiral

1-8

8,000-30,000

97-99.25

Gusano

3-80

5,000-10,000

35-90.00

Hipoidales

3-10

8,000-15,000

85-98.00

Ejes Paralelos

Ejes no paralelos coplanares

Ejes no paralelos y no coplanares

Tipos de fricción en engranes Línea de paso Rodadura

Dientes de engranes Regímenes mixtos

Fricción por rodadura, en el círculo de paso (pitchline), lubricación: Elastohidrodinámica (EHD)

Fricción de deslizamiento, por arriba y

Círculo de paso

por debajo del círculo de paso, lubricación: Límite / Hidrodinámica

Círculo de paso (CP) – mitad del diente (A) Addendum – arriba del CP Deslizamiento

(D) Dedendum – debajo del CP Deslizamiento

Engranajes tipos de fricción y características – DIN 868 RODADURA

RODADURA DESLIZAMIENTO

DESLIZAMIENTO

Tipo de engrane Rectos

Cónicos rectos

Helicoidales cruzados

Hipoidales

Posición de ejes

Paralelos

Intersectan

Se cruzan

Se cruzan 90°C

Forma del elemento

Cilindro

Conos

Cilindro

Conos

Tipo de contacto entre dientes

En línea

En línea

En un punto

En un punto

Tipo de fricción contacto

Rodadura deslizamiento

Rodadura deslizamiento

Se incrementa el deslizamiento

Se incrementa el deslizamiento

% de deslizamiento

10 a 30

20 a 40

60 a 70

60 a 70

> 95%

Alta relación de transmisión 50 – 90% Baja relación de transmisión 85-96%

Rango de eficiencias STD

Etapas 1 > 98.5% 2 > 97% 3 > 95.5 4 > 94 %

> 98%

“Sin fin” Se cruzan

Cilindro-tornillo En línea Mayor deslizamiento que rodadura

70 a 100

> 50 -80%

Capacidad de carga

Capacidad de carga • Cargas variables • Carga estática y de bajo ciclaje: Aplicaciones especiales • Durabilidad • Resistencia a esfuerzos • Desgaste • Scoring

Capacidad de carga • Cargas variables • Carga estática y de bajo ciclaje: Aplicaciones especiales • Durabilidad • Resistencia a esfuerzos • Desgaste • Scoring

Capacidad de carga • Durabilidad – Fatiga superficial como la picadura o pitting. El cálculo se da en los esfuerzos de contacto

• Resistencia a la flexión – Cargas repetidas, ecuación de Lewis

• Esfuerzos de contacto o Hertzianos – Deformación elástica. Útil para escoger el material y el lubricante

Capacidad de carga • Carga estática y dinámica, factor de servicio. Puede ir desde 1.25 hasta 3.1 Tipo de carga de en la maquina impulsada Tipo de carga de la fuente motriz

Uniforme

Sobrecargas Moderadas

Sobrecargas Medias

Sobrecargas Altas

Uniforme

1

1.25

1.5

1.75

Sobrecargas moderadas

1.1

1.35

1.6

1.85

Sobrecargas medias

1.25

1.5

1.75

2.00 o mas

Sobrecargas Altas

1.5

1.75

2

2.25 o mas

Capacidad de carga • Resistencia a esfuerzos – Ruptura de dientes. La limitación viene de los esfuerzos de tensión que resiste el material principalmente

Propiedades del material Elasticidad ESFUERZO Límite elástico (fluencia)

Tensión máxima de elongación

ESFUERZO Fractura

X

Límite de fluencia

Fractura

X Región plástica

Región elástica

Región elástica Elongación en mm

Material dúctil

Derechos Reservados, México 2003

Elongación en mm

Material frágil

Capacidad de carga • Desgaste – Es el mas difícil de predecir analíticamente. Lo determina el ancho de película – Es menor en aplicaciones de media a alta velocidad – Depende mucho del acabado superficial y el tratamiento del metal

Superficie real y aparente de contacto Superficie aparente

w

SUPERFICIE 1

S1

S2

S3

w S4

SUPERFICIE 1 SUPERFICIE REAL DE CONTACTO = SUMA DE (S1 + S2 + S3 + S4) Presión Distancia espacial Derechos Reservados, México 2003

Lubricación

Lubricación de engranes

Lubricación Hidrodinámica Existe cuando la película lubricante entre las dos superficies es de suficiente espesor para separar por completo las asperezas en las superficies. En este caso existe la fricción fluida verdadera entre las superficies en movimiento y no ocurre contacto de metal con metal.

R

Lubricación mixta Existe cuando la película de lubricante entre las dos superficies es de suficiente espesor para separar la mayor parte de las asperezas de las superficies, pero puede ocurrir algún contacto de metal con metal.

h R

Tribol

Tribol

Tribol

Tribol

Tribol

Lubricación límite Existe cuando el espesor de la película es igual a las alturas de las asperezas y ocurre un contacto amplio de metal con metal.

Lubricación Elastohidrodinámica • La película de lubricante se forma entre dos superficies altamente cargadas y en movimiento • La viscosidad se incrementa cuando es forzada a la zona de carga (mayor presión), lo cual hace que incremente su capacidad de carga • Los picos de las asperezas se deforman elásticamente • Este fenómeno se da principalmente en rodamientos, engranes y levas

Curva Stribeck y los regímenes de lubricación

Tipos de Película • Se busca que este en EHD y el tamaño de película es de: 000002-000005 plg. valores cercanos a los acabados superficiales • En la lubricación mixta o cercana a la EHD normalmente se necesita aditivos antidesgaste para ayudar cuando se da el contacto • En la lubricación limite hay contactos fuertes entre las superficies y solo moléculas de aceite las separan y se necesitan aditivos de extrema presión

Propósitos de la Lubricación • Reducir la fricción y el desgaste separando las superficies – Barreras físicas o químicas – Físicas, film hidrodinámico, compuestos polares que son adsorbidos en la superficie bajo carga y la película EHD – Químicas son aditivos, reaccionan a altas temperaturas forman nuevos compuestos para prevenir la soldadura

Propósitos de la Lubricación

• Disminuir y controlar la fricción • Amortiguar el impacto – La película de lubricante debe permanecer intacta durante los cambios en la carga para prevenir el contacto de metal-metal

Propósitos de la Lubricación • Sellar - eliminar la contaminación – Transportando partículas y otros contaminantes a filtros y separadores

Propósitos de la Lubricación • Prevenir la corrosión – Protegiendo las superficies contra sustancias corrosivas

Propósitos de la Lubricación • Controlar la temperatura – Absorbiendo y transmitiendo el calor generado

Capacidad de carga • Escoriado – A altas velocidades el deslizamiento puede crear condiciones instantáneas de temperatura y presión que destruyen la película de lubricante y las asperezas se pueden llegar a soldar, por la inercia estas uniones se rompen y rasgan el material del diente en dirección del movimiento. – Hay que aclarar que no es un tema de fatiga ya que no depende del tiempo

Capacidad de torque del engrane

Capacidad de carga

Resistencia Pitting Desgaste

Escoriado

Velocidad lineal

Otras consideraciones de diseño • Desalineamiento – Produce mayores esfuerzos – Distorsiones del eje, deflexión del eje, esfuerzos térmicos, errores de maquinado, desgaste en rodamientos o en engranes o montaje

• Metalurgia – Resistencia a la flexión y la durabilidad de la superficie dependen de ella.

Sistemas de lubricación

Sistemas de lubricación • • • • •

Salpique Presión forzada Goteo Atomización o niebla A mano

Salpique

• Salpique – Velocidades bajas (< 5,000 ft/min) – Normalmente la catarina es la que se sumerge – Si es muy baja la velocidad use raspadores o discos

BREATHER

SEDIMENT CHAMBER

Presión forzada • Velocidades altas (> 5,000 ft/min)

• Se necesita mas aceite para enfriamiento • Pueden existir depósitos internos o externos

STRAINER

PUMP CHECK VALVE OIL COOLER

BEARING FEED LINES FLOW SIGHT

RELIEF VALVE

Goteo

• Baja velocidad, baja carga • Lubricación a perdida

Atomización o spray • Niebla en altas velocidades • Spray en bajas velocidades o engranes abiertos

A mano • Puede ser con brocha ó por goteo

Lubricantes

Tipos de lubricantes para engranes • • • •

Aceites minerales Grasas Aceites sintéticos Compuestos

Lubricantes • Tipos de aceites minerales – R&O • Altamente refinados, usados en altas velocidades

– EP • Sulfuros, Fósforo, sólidos, mayores cargas

– Compuestos • Engranes de gusano, contienen grasa animal para darle lubricidad en aplicaciones de alta velocidad de deslizamiento

• Diferencias típicas: – R y O Mayor demulsibidad, IV mayor en sintéticos, EP Timken de 60 lb,

Lubricantes

• Tipos de grasas – Baja velocidad o donde las fugas puedan ser problema. – Reducen fricción pero no calor. – Grados 0, 00 y 000 – Mayor mantenimiento por los residuos que quedan pegados

Lubricantes • Tipos de sintéticos – Uso principal en temperaturas extremas (alta o baja) – Poliglicoles (PAG), esteres orgánicos, SHC, esteres fosfatados, silicones y polialfaolefinas (PAO) – Mayor costo inicial, compatibilidad con sellos y pinturas., sensibles a la contaminación. – Menor costo de operación, menor temperatura, ahooro de energía, menor contaminación.

Rangos de temperaturas de operación tipicos. 150 ºC

-60 ºC

-30 ºC -15 ºC -45 ºC

90 ºC

200 ºC

ACEITE MINERAL SHC ALKIL BENCENOS ESTER ACIDO DIBASICO POLIOLESTER POLIGLICOL ESTER DE FOSFATO En función de su formulación

250 ºC

Servicio contínuo

320 ºC

Lubricantes • Compuestos – Tipos de asfálticos o residuales • Usados en aplicaciones de engranes abiertos. Alta viscosidad, pegajosos y para bajas velocidades.

– Gel de aceite de viscosidad • Mejor fluidez para limpiar contaminantes, de fácil aspersión y drenado

Aditivos

Aditivos • Son químicos que se le agregan a los lubricantes para mejorar ciertas características. • La formulación es crítica. Hay componentes que son opuestos por ejemplo inhibidores de corrosión y EP • Compuestos Polares • Polímeros • Elementos activos como Azufre, Fósforo, Cloro, etc.

Aditivos • • • • • • • • •

Inhibidores de la oxidación Inhibidores de la corrosión Demulsificadores Mejoradores del Índice de viscosidad Depresantes del punto de congelamiento Inhibidores de espuma Detregentes/Dispersantes Antidesgaste AW Extrema Presión EP

Aditivos • Inhibidores de la oxidación – Los subproductos de la oxidación del lubricante normalmente son dañinos para las partes del reductor (particularmente los no ferrosos) o para el lubricante (cambios de viscosidad) – La oxidación es exponencial con la temperatura y el tiempo

Aditivos • Inhibidores de la corrosión – Normalmente se da por contacto con agua (herrumbre) – Tratan de pegarse al metal para evitar el contacto con la humedad – En metales no ferrosos el ataque es primordialmente ácido. Aquí dependerá del metal que queramos proteger

Aditivos

• Demulsificantes – El aceite tiene que separase del agua que se forma por los condensados para poder ser drenada – Es mayor el problema con los sintéticos

Aditivos • Mejoradores del Índice de viscosidad – La viscosidad de un fluido es inversamente proporcional a la temperatura – Son polímeros de cadenas largas y tienden a romperse en aplicaciones de alto corte

• Depresores del punto de congelamiento – En aplicaciones de baja temperatura el aceite se puede convertir en un sólido y no fluir. – Las bases nafténicas tienen mejores propiedades

• Antiespumantes – No se debe confundir con aire atrapado, el tamaño de la burbuja es mayor. – La espuma no es transmisora de calor, produce cavitación en bombas y normalmente se da por efectos mecánicos

• Detergentes/Dispersantes – Controlar la formación de lodos y barnices – Busca mantener en suspensión los contaminantes

Aditivos • Antidesgaste (AW) – Usados más en aceites de baja viscosidad. – Los mas usados son fosfatos orgánicos (ZDDP)

• Extrema presión (EP) – Buscan controlar la soldadura entre las superficies – Normalmente activados por alta temperatura – Son agresivos a algunos metales

Avances en tecnologías de protección de superficie

Capa delgada protectora

> Convencional

Película protectiva de alta densidad

> Lubricantes Sólidos

Acción de alisar la superficie

> Mejoradores de superficie

Película convencional • Lubricación con EP y AW solubles necesitan temperatura para activarse – – – –

Fósforo Zinc (zinc difosfato or ZDP) Azufre Clorinados

Nota: Los ZDP También funcionan como antioxidantes

Película convencional Aditivos solubles EP/AW

Pelicula natural de oxidos

Aditivos EP / AW bajo lubricación hidrodinámica (ideal) ( Estado no-reactivo)

Película convencional

Bajo condiciones de lubricación de límite, la película de óxido natural se rompe y los aditivos se sacrifican y reaccionan para formar una capa protectora

Película convencional

Soldadura

Cuando las fuerzas de frición exceden la capacidad de carga de la película EP/AW, la soldadura puede ocurrir.

Película con sólidos • Algunos sólidos típicos – – – – –

Disulfuro de Molibdeno Grafito PTFE (Teflón) Talco Mica

(*Tienen la estructura molecular como un juego de naipes)

Película con sólidos Aditivos solubles EP/AW

Aditivos sólidos Los aditivos sólidos bajo condiciones de lubricación hidrodinámica

Película con sólidos

Película con sólidos

Superficie

Superficie con sólidos

Película mejorada

Avance tecnologico de aditivación EP Lubricantes EP Convencionales

Lubricantes EP con aditivos sólidos

Ensayos SRV(*) : Normas DIN 51834 - ASTM D 5706 Pruebas de Fricción-Desgaste, Análisis de Propiedades EP

Nuevas Tecnologías EP Lubricantes EP con tecnologias de reacondiconamiento superficial (*)

* La eficiencia es función del tipos de engranaje y de las condiciones de operación del sistema.

Selección del lubricante

El engranaje como un sistema tribológico •Estructura, y composición •VISCOSIDAD •Forma de aplicación y frecuencia

Carga

Carga

Tipo y calidad del lubricante

Temperatura •Ambiente •Proceso

Propiedades de los materiales, forma y diseño

Velocidad Condiciones de operación Agua, polvo, químicos, etc

Factores mecánicos Montaje, alineación, Sellos Factores humanos Tipo y calidad del mantenimiento

Selección del lubricante • Factores para seleccionar un lubricante – – – – – – –

Tipo de engrane Velocidad de funcionamiento Potencia transmitida Naturaleza y uniformidad de la carga Relación de reducción Temperatura de operación Método de lubricación

Lubricación • Asociaciones que norman y establecen requisitos y criterios de selección en un lubricante para engranajes – AGMA – American Gear anufactures Association – SAE GEAR – API (GL-1 a GL6) - Society of Automotive Engineers

– US Military – DIN -

( GL = Gear Lubricant)

Especificaciones AGMA

Equivalencias de viscosidades

Cálculo de la viscosidad

•Alta velocidad

Aceite de baja viscosidad

•Carga ligera •Baja Temperatura •Baja velocidad

Aceite de alta viscosidad

•Carga pesada •Alta Temperatura

Cálculo de la viscosidad

“Es necesario considerar las recomendaciones del fabricante”.

Cálculo de la viscosidad • Por tablas o: – Visc.(en cst) = 500/(velocidad lineal en m/seg)

• Subir un grado ISO si: – La temp. Ambiente excede los 35 C – La temp. del aceite es mayor a 70 C en sistemas de circulación

• Subir dos grados ISO si: – La temp. Ambiente excede los 50 C – La temp. del aceite es mayor a 85 C en sistemas de circulación

Reductores helicoidales, doble helicoidal, rectos y cónicos

Lubricantes para gusanos cilíndricos

Lubricantes para gusanos de doble hélice

Ejemplo cálculo de velocidad • Tenemos velocidad de entrada de 3600 RPM • Reductor de dientes helicoidales • Moviendo un generador eléctrico • Temperatura ambiente 35 C • La relación de velocidades 6:1 • Diámetro de la catarina de 3 ft

Ejemplo cálculo de velocidad • Calculamos velocidad tangencial de salida: 3600/6= 600 RPM Vt=pi(600)(3) = 5600 ft/min • Según tabla AGMA debiéramos usar un aceite AGMA 2 (ISO 68) • Como es una carga uniforme y algo de alta velocidad se escogería un aceite R & O

Ejemplo cálculo de velocidad • Tenemos velocidad de entrada de 3600 RPM • Reductor de dientes helicoidales • Moviendo un molino de acero • Temperatura ambiente 35 C • La relación de velocidades 60:1 • Diámetro de la catarina de 6 ft

Ejemplo cálculo de velocidad • Calculamos velocidad tangencial de salida: 3600/60= 60 RPM Vt=pi(60)(6) = 1100 ft/min • Según tabla AGMA debiéramos usar un aceite AGMA 6 (ISO 320) • Como es una carga impacto y baja velocidad se escogería un aceite EP

Selección del lubricante

• Los PDS o hojas de especificaciones dan mucha de la información necesaria. • Hojas de seguridad MSDS. • Aprobaciones o recomendaciones de fabricantes. • Pruebas de rendimiento. • Compatibilidad con sellos y otros lubricantes • Certificaciones o puebas de ecologia.

Mantenimiento

Mantenimiento • • • • • • •

Limpieza Nivel Filtraje externo Agua Análisis de laboratorio Inspecciones y fotografías AGMA cambios cada 2500 horas o 6 meses(*) * Criterio en deshuso, el fundamento esta basado en el análisis profesional de laboratorio CMO: Condiciones de lubricante, de Contaminación y Desgaste.

Limpieza • Hay que darle mantenimiento a los respiraderos y filtros, no son eternos

Nivel de aceite

• La cantidad de aceite es tan importante como la elección del lubricante • Es frecuente la idea de llenar por encima del nivel para que quede “bien lubricado”

Nivel de aceite • Alto nivel: agitación adicional, se incrementa la fricción fluida y por lo tanto la temperatura. • Bajo nivel: es más crítico, ocurre contacto metal – metal, ocurre desgaste adhesivo y luego abrasivo

Nivel de aceite • Es muy importante mantener el visor limpio

Visor de aceite

Nivel de aceite • La cantidad de llenado con grasa puede cambiar • La posición del reductor también afecta Reductor con aceite

Reductor con grasa

Filtraje externo • Hay ocasiones en las que es necesario filtrar el aceite en marcha • Se recomienda tener un filtro grande de unas 40 micras y luego el fino (para engranes basta con 20 micras) (*) Nuevos estudios han demostrado que se requieren filtros de hasta 10 micras, dependiendo del fabricante y del medio ambiente. Niveles de limpieza del sistema ISO 4406 ISO 15/12 - ISO 16/13 - R6, R14 - Se recomienda consultar con fabricante

Agua

• Periódicamente hay que drenar el agua que se condensa en los depósitos

Análisis de laboratorio

Inspecciones y fotografías • Hay que llevar registros de todo lo que hagamos

Procedimiento de cambio • Planificar el paro con producción • Parar el reductor • Drenar el aceite en caliente • Tomar muestra de aceite para verificar el estado del reductor y como referencia • Destapar visitas • Limpiar el sistema con un aceite ligero • Llevarlo a nivel y arrancarlo sin carga hasta que alcance la temperatura de operación • Parar, remover visitas y hacer inspección, si esta bien seguir trabajando hasta verlo limpio

Procedimiento de cambio • Drenar el aceite de limpieza • Cambiar filtros si fuera sistema de circulación • LLenar al nivel correcto y arrancar • Destapar visitas y revisar boquillas de sprayeado • Llevarlo a la temperatura de trabajo • Revisar presiones y fugas • Parar y revisar • Sacar otra muestra para usarla como base

Herramientas para el cambio • Recipientes para el aceite usado • Recipientes de transferencia • Embudos • Bombas de aceite • Manejo de depósitos • Aceite nuevo • Mangueras • Tapones • Filtros • Herramientas

Fallas en engranes

Fallas

• • • •

Desgaste Fatiga superficial Flujo plástico Ruptura

Fallas • Desgaste – Pulido – Abrasivo – Corrosivo

• • • • • •

Scoring Fatiga superficial Flujo plástico Fractura Manufactura Compuestas

Desgaste Abrasivo

Abrasión

Causa tipica: Se produce por contaminación de partículas arrastradas por el aceite. Generalmente se notan rayaduras en la raíz y en la punta donde el deslizamiento es mayor. Las rayaduras generan microgrietas, picaduras y alteramiento en el perfil de los dientes. Recomendación: Realizar análisis de aceite para verificar partículas y tamaño, se recomienda filtrar el aceite, verificar filtros, venteos y sellos. Realizar segundo análisis de aceite para verificar limpieza, solidos y metales dedesagste presentes.

Desgaste Corrosión

Causa tipica: Se produce por accion de agentes externos o por condiciones de contaminación del sistema, en particular prescencia de agua y humedad fuera de especificaciones. Agua en prescencia de lubricantes con aditivos base Azufre ó Cloro, pueden acelerar el proceso de corrosión. Recomendación: Realizar análisis de aceite para verificar cantidad de agua y condiciones del lubricante en uso. En caso de concentración de agua en el aceite, se afecta la viscosidad y aditivos, se recomienda su limpieza o cambio total, dependiendo del resultado del análisis de laboratorio.

Fatiga superficial (micropitting –pitting)

Picadura inicial o Pitting

Picadura avanzada

Causa probable: El picado destructivo no es problema de lubricación, pero un error en la viscosidad puede acelerar también el proceso. La fatiga superficial se identifica por picaduras en la raíz del dedendum de los dientes impulsores., si no se controla se presentará la destrucción y probable fractura de los dientes. Si se identifican grietas en la dirección del deslizamiento la picadura será acelerada. Recomendación: Equilibrar cargas y verificar la alineación. Incrementar uno o dos grados la viscosidad. Utilizar lubricantes sintético o de alta tecnología con Sulfuro de Molibdeno o con aditivos especializados.

PruebaFZG FZGEN en engranes PRUEBA ENGRANES DIN 354 DIN 51 51 354

Objetivo de la prueba Determina la capacidad de carga y resistencia de un lubricante en condiciones de película limite y EP. Se mide el desgaste y la aparición de “microppiting” en el par de engranajes de prueba.

PRUEBA EN-ENGRANES Prueba FZG enFZG engranes DIN 51 354 - Etapas DIN 51 354 - ETAPAS Prueba FZG - Prueba de límite de carga Etapa de Prueba

Presión Hertz N/mm2

Aceites convencionales

Tipo de Lubricante

Lubricantes hidráulicos

Evaluación

Presión superficial media a alta

Lubricantes de engranes

Lubricantes de alto rendimiento

Lubricantes especializados

Presión puntual alta, con cargas de choque.

PRUEBA DE RESISTENCIA ( FZG ) Aparición de micropitting o pitting en MICROPITTING los engranajes de prueba

Fatiga superficial • Descostrado Causa probable: Fatiga superficial por altos esfuerzos de tensión y compresión, si se presenta en intervalos cortos de operación, puede ser un defecto de tratamiento térmico. La lubricación no es la causa, pero un error en la selección de la viscosidad o calidad de aditivos, pueden acelerar el proceso. Recomendación: Verificar la carga de trabajo, viscosidad y tipo de aditivos.

Flujo plástico Causa Tipicas: Surge por trabajar el engranaje por arriba de su carga de deformación en combinación con vibración no controlada. El material fluye hacia los extremos de los dientes formando rebordes que destruyen el perfil original de los dientes. Recomendación: Verificar las cargas del reductor, incrementar la viscosidad del aceite., verificar dureza de los dientes.

Fracturas Causas típicas: Surge como resultado de una gran repetición de cargas. Puede presentarse por sobrecarga cuando se excede la resistencia de tensión del material, de ninguna manera se debe a defecto de lubricación. El desalineamiento acelera el proceso de fatiga. Recomendaciónes: Verificar las cargas del reductor, si la fractura es temprana se sugiere analizar el diseño, montaje y selección del engranaje, y dureza contra las cargas de trabajo de diseño.

Compuestas

Residuos (Lodos o barnices)

Consideraciones finales

Qué debiéramos buscar en un aceite de engranes? • Mayores intervalos de cambios • Menores temperaturas de operación • Menos fricción • Menor desgaste

• Menores costos de mantenimiento • Menores costos totales • Reducir el consumo energético • Efectos ambientales positivos • Menores paradas • Mayor vida de los equipos

Como medir una buena lubricación? • Tiempo perdido. – Debido a cambios o rellenos. – Debido a reparaciones. – Es programado? • Fotografías de la condición del equipo – Durante paradas. – Durante cambios de aceite. – Durante reparaciones. – Del equipo en general

Como medir una buena lubricación? • Impresiones de los dientes. • Temperaturas de operación • Análisis de laboratorio. • Costo del lubricante. • Costo de la mano de obra. • Costo de los repuestos. • Costo de la parada. • Análisis de vibración

Algunos consejos • Engranes nuevos – Recubrimientos del fabricante contra la herrumbre – Observar engranajes durante las primeras 700 a 1,000 horas de trabajo. – Contaminantes durante el traslado – No dejar equipos afuera de bodegas – Acumulación de agua – Limpieza con solventes de petroleo • Seguridad y salud • Exposición de las piezas (aceite de baja viscosidad)

Algunos consejos • Asentamiento inicial – Rodarlo sin carga – Cambiar el aceite a las primeras 250-500 horas

Operación sin problemas • La vida útil depende de el diseño, metalurgia, lubricación y condiciones de operación • La lubricación correcta depende de: – – – – –

Lubricante adecuado Cantidad adecuada En el momento adecuado En el lugar correcto Actitud adecuada

Muchas gracias!!!

Bibliografía • • • • • • • • • • • • • • •

Albarracín Aguillón Pedro. Tribología y lubricación industrial y automotriz. Lubricación de reductores y engranajes abiertos: 779 – 950 Association of Iron and Steel Engineers. The Lubrication Engineers Manual Second Edition. Gears and their lubrication: 407 – 433 Association of Iron and Steel Engineers. The Lubrication Engineers Manual Second Edition. Lubricant additives: 591 – 598 Booser E. Richard. Handbook of lubrication, Theory and practice of tribology Volume II. Gears: 539 - 564 Booser E. Richard. Tribology Data Handbook. Steel Industry Lubricant Guides: 370 - 374 Booser E. Richard. Tribology Data Handbook. Fundamentals of Elastohydrodynamic Lubrication : 611 – 637 Booser E. Richard. Tribology Data Handbook. Gear Lubricant Selection and Application: 781 799 Booser E. Richard. Tribology Data Handbook. Gear Distress and Failure Modes: 986 – 1008 Castrol. Principles of lubrication Deutschman, Michels, Wilson. Diseño de Maquinas. Engranes rectos: 543 – 625 Deutschman, Michels, Wilson. Diseño de Maquinas. Engranes rectos helicoidales, de gusano, cónicos y otros tipos de engranes: 627 – 681 Drago Raymond J. Fundamentals of Gear Design. Gear Types Drago Raymond J. Fundamentals of Gear Design. Failure modes Drago Raymond J. Fundamentals of Gear Design. Load rating Drago Raymond J. Fundamentals of Gear Design. Lubrication

Bibliografía • • • • • • • • • • • • • • • • • •

Tribol Mollub-Alloy. Gear lubrication Tritech. Lubricación de engranajes Tritech. Principios de lubricación Tritech. Sistemas de lubricación Tritech. www.bostongear.com www.flender.com www.lufkin.com www.philagear.com www.noria.com www.machinerylubrication.com www.stormingmedia.com www.steellinks.com www.seweurodrive.com www.technologystudent.com www.tech.purdue.edu www.tec.avl.com www.xtek.com