Tensiones en el pie de acoplamientos dentados abombados que trabajan en aplicaciones con alta desalineación

Abstract

Los acoplamientos dentados abombados son componentes mecánicos para transmitir potencia entre ejes en rotación desalineados. Para poder absorber dichas desalineaciones y en especial, la desalineación angular, la geometría del diente se caracteriza por tener una gran cantidad de abombamiento longitudinal. Este abombamiento se genera realizando una trayectoria circular de la herramienta durante el proceso de fabricación. Sin embargo, debido al pequeño radio de la trayectoria es muy frecuente la aparición de secciones con interferencia de tallado en acoplamientos pequeños fabricados directamente sobre el eje. Recientes trabajos, han demostrado que el número de dientes en contacto desciende drásticamente con desalineaciones altas, así como que la distribución de carga entre los dientes en contacto no es homogénea. Es por ello que el principal fallo de este tipo de componente es la rotura del pie del diente. Las normas para el diseño y dimensionamiento de acoplamientos dentados utilizados actualmente consideran el ángulo de desalineación para estimar el número de dientes en contacto y el ancho de cara que soporta la carga, sin embargo, solo hasta valores de desalineación inferiores a 1.5º. Cuando se trata de desalineaciones por encima de los 3º, las normas consideran dichas aplicaciones como especiales y no existen guías de diseño ni de predicción de tensiones. En el presente trabajo, se propone un procedimiento para determinar la evolución de las tensiones en el pie de acoplamientos dentados abombados para optimizar un diseño utilizado en una aplicación con gran desalineación angular. Para ello, se utilizan modelos analíticos para la generación de la geometría y modelos de elementos finitos para el cálculo de las tensiones en el pie. Asimismo, estos valores se validan experimentalmente en un banco de ensayos diseñado para tal fin. Dichos resultados correlan con los modelos numéricos, demostrando así que el método propuesto es adecuado para acoplamientos abombados que trabajan con desalineaciones angulares altas. Asimismo, se observa que el diseño optimizado propuesto reduce un 50% las tensiones en el pie.