Métodos de medición y precisión de engranajes

Diagrama de un probador de engrane doble flanco utilizado para la medición de la desviación radial compuesta en engranajes. El dispositivo permite evaluar errores en el perfil del diente, variaciones en el paso y descentramiento del engranaje mediante la monitorización de la distancia entre centros.
Fuente: Mahr Inc.

Los engranajes: o los amas o los odias. Los amas porque forman parte de tu vida cotidiana. Son indispensables para prácticamente todas las necesidades de transporte y cualquier tipo de herramienta de fabricación. Incluso, los microengranajes encuentran su camino en dispositivos médicos.

Con el continuo avance de los vehículos eléctricos (EV), la interacción entre engranajes adquiere una importancia creciente, ya que se requieren mayores niveles de eficiencia y reducción de ruido. Por ello, las exigencias en cuanto a la forma y el acabado superficial de los engranajes individuales han aumentado, y la inspección en proceso de los dientes de los engranajes se vuelve más común en el punto de fabricación.

Contenido destacado

Registro sin costo a AUTOMATECH Expo LEER MÁS

ISGO lleva el molde desde el DFM hasta el primer disparo LEER MÁS

IMTS 2026: automatización y consolidación de procesos reducen paros LEER MÁS

Si bien se realizan pruebas individuales de engranajes, puede ser importante evaluar la interacción entre ellos. Las pruebas funcionales de engranajes, también conocidas como desviación radial compuesta total, analizan el efecto combinado de los errores en los engranajes. Este método de prueba simula las condiciones en las que un conjunto de engranajes probablemente operará, debido a su engrane mutuo.

La forma más común de esta prueba coloca los engranajes en un engrane ajustado, lo que genera contacto en ambos flancos. El dispositivo de medición utilizado para esta prueba se conoce acertadamente como probador de engrane doble flanco. En otro método menos utilizado de prueba funcional de engranajes, estos se montan a su distancia de operación fija y se produce contacto en un solo flanco de cada diente en engrane. Como su nombre lo indica, este tipo de dispositivo se conoce como probador de engrane de flanco único.

Automatización en la inspección de engranajes: reducción de errores y mayor precisión

La mayoría de los instrumentos de prueba de engranajes tipo indicador (de rodadura) se operan manualmente y están diseñados para ser utilizados en el taller con el fin de monitorear la calidad del corte de engranajes. A medida que las tolerancias y los requisitos de mecanizado se vuelven más exigentes para engranajes metálicos y plásticos, estas pruebas de engranajes por rodadura resultan cada vez más críticas.

La construcción de un probador de engrane doble flanco es muy similar a la de cualquier otro tipo de comparador de medición, con la diferencia de que, en este caso, el engranaje patrón se mantiene dentro del dispositivo como parte del circuito de medición (ver el esquema típico de un probador de engranajes por rodadura en la figura que sigue a continuación).

El engranaje de trabajo, es decir, el engranaje que se inspecciona, se monta en un mandril fijo de alta precisión. Luego, un engranaje patrón de precisión se monta en un soporte deslizante ajustable y se lleva al contacto con el engranaje de trabajo. Si existen variaciones entre el engranaje de trabajo y los parámetros del engranaje patrón, al hacer rodar ambos engranajes en un engrane ajustado se generará una variación en su distancia entre centros.

Este cambio reflejará la acción compuesta total del engranaje causada por un perfil incorrecto del diente, variaciones en el espesor de los dientes, descentramiento del engranaje o errores en el paso. Errores en el acabado superficial, golpes o rayones en los dientes del engranaje también pueden contribuir a la variación de la distancia entre centros.

El engranaje patrón utilizado para inspeccionar el engranaje de trabajo debe tener un nivel de calidad sustancialmente superior al del engranaje inspeccionado. Así como existen diferentes niveles de calidad para bloques patrón y esferas patrón, las organizaciones de estandarización han definido distintos niveles de calidad para engranajes patrón. Las tolerancias de estos engranajes patrón establecen la variación máxima permitida para errores totales y errores diente a diente.

Una vez que el engranaje patrón y el engranaje de trabajo se engranan firmemente y giran juntos, la variación compuesta debe registrarse. Esta variación o error puede visualizarse mediante la monitorización de la posición del engranaje patrón con un indicador comparador, ya sea mecánico o electrónico. Los datos pueden capturarse mediante un registrador de gráficos de banda o almacenarse y analizarse en una computadora.

El método más común para evaluar el error compuesto es mediante el uso de un registrador de gráficos de banda. Cuando el dispositivo se ejecuta durante una revolución completa del engranaje de trabajo, es relativamente sencillo interpretar la variación compuesta total y la variación compuesta diente a diente. Para facilitar aún más la interpretación, algunos dispositivos utilizan líneas de tolerancia en el gráfico de banda, luces de límite en el amplificador o límites de software para reducir la intervención del operador en la evaluación de la medición.

Tolerancias y calidad en engranajes patrón: estándares para una medición precisa

En la fabricación de engranajes a gran escala, las pruebas manuales pueden no ser capaces de seguir el ritmo de producción, o puede ser necesario realizar pruebas con más de una función. La automatización, en estos casos, evalúa cómo se engranan o funcionan los engranajes en conjunto, acelera el proceso y proporciona una documentación más detallada de los resultados.

La construcción de una máquina de medición automatizada para la prueba de engrane por rodadura doble flanco permite evaluar la desviación de concentricidad de la característica de forma en el dentado interno de los engranajes. Estas desviaciones pueden detectarse de manera táctil: una sonda de medición permanece en contacto permanente con el carro que mueve el engranaje patrón y registra los movimientos relativos.

Las deflexiones a escala micrométrica de la sonda se registran y se convierten en datos procesados por software. Mediante análisis de Fourier se determina la oscilación fundamental y se evalúa la medición completa.

Así, la prueba de engrane por rodadura doble flanco automatizada proporciona una medición sumamente realista, que simula el comportamiento de los engranajes en operación. Esto permite que los usuarios realicen mediciones con gran rapidez y registren simultáneamente cada diente del componente para determinar la desviación de descentramiento. Con base en los resultados de la medición es posible predecir el desarrollo del ruido en la caja de cambios, un aspecto especialmente relevante en vehículos eléctricos.