Dissertations / Theses on the topic 'Engranajes'

En el mundo de hoy, el engranaje es una pieza fundamental para la transmisión de potencia mecánica en todo tipo de máquinas; su estudio ha sido de vital importancia para dimensionarlo en función de la capacidad de carga del juego de engrane, por esta razón tanto su geometría como el cálculo de los esfuerzos actuantes y permisibles han sido estandarizados por organismos internacionales, siendo los principales motivos de falla, la picadura en el flanco del diente generada por el esfuerzo de contacto y la rotura en la raíz del diente producto del esfuerzo de flexión. La presente tesis busca obtener un factor geométrico unificado para esfuerzos de contacto y otro para esfuerzos de flexión de engranajes cilíndricos mediante simulación numérica. Para ello, se emplearon las siguientes metodologías: 1) Se realizó el cálculo analítico de los esfuerzos actuantes a partir de las normas ISO 6336 y DIN 3990 solo teniendo en cuenta los factores que se utilizan para compensar la aproximación de la geometría, así como cualquier característica geométrica del juego. 2) Se elaboró el modelo de elementos finitos de los engranajes cilíndricos, de diente recto y de diente helicoidal, con la ayuda del modelo geométrico entregado por una macro, la cual contiene las ecuaciones paramétricas que definen la geometría real del diente. Para luego efectuar la comparación de resultados, de donde se encuentra que el esfuerzo de contacto y de flexión actuante, según norma, presenta más de un 80% y más de un 25% de sobredimensionamiento respectivamente. Asimismo, se pasa a determinar el factor geométrico unificado con el propósito de lograr soluciones más económicas y próximas a la realidad. Además, se ha podido apreciar que en las normas técnicas se utilizan algunos factores para compensar aspectos geométricos no contemplados en sus expresiones de cálculo básicas. De esta manera se introduce en el cálculo la influencia del ángulo de hélice, del factor de recubrimiento, del espesor del diente, del punto de aplicación de la carga. Un ejemplo claro es que el efecto del ángulo de hélice genera que las superficies en contacto sean conos truncados y no cilindros como plantea la norma, es por ello que luego se tiene que realizar una compensación mediante el factor de ángulo de hélice
Tesis

La presente tesis tuvo como objetivo desarrollar e implementar un algoritmo que permita realizar el diseño de carcasas soldadas de cajas reductoras de engranajes cilíndricos. Se realizó una revisión del estado del arte de carcasas soldadas de cajas reductoras, lo cual permitió tipificar los modelos de este tipo de carcasas a considerar en este estudio. Se constató que el diseño de la carcasa se realiza en función de la geometría de los componentes que aloja y de las cargas que soporta, sin embargo, no se encontró un método confiable para el cálculo del espesor de pared de la carcasa. Para determinar este espesor se desarrolló un procedimiento basado en expresiones analíticas y en resultados de simulación numérica. El procedimiento permite calcular el espesor de la plancha lateral y determinar el tipo de nervio rigidizador a emplearse, considerando un factor de seguridad igual a 2. Se pudo apreciar que la zona crítica de la carcasa corresponde al nervio rigidizador que se encuentra ubicado en el alojamiento del árbol de salida. Este procedimiento fue incorporado dentro de un algoritmo que se implementó para dimensionar carcasas soldadas de cajas reductoras de dos y tres etapas. Los datos de entrada del algoritmo son las dimensiones principales de los componentes internos y las cargas sobre los apoyos de los rodamientos, ofreciendo como resultados de salida todas las dimensiones de la carcasa y su modelo 3D. El algoritmo se implementó en el software Autodesk Inventor, el cual cuenta con la plataforma de programación Visual Basic for Applications (VBA), lo que permitió realizar algunas pruebas mediante ejemplos de aplicación. Las pruebas realizadas permiten concluir que el algoritmo propuesto es viable para el diseño de carcasas soldadas de cajas reductoras de dos y tres etapas.
Tesis

La determinación de las tensiones a las que están sometidos los engranajes es una parte importante del proceso de cálculo de la capacidad de carga de una transmisión de engranajes, que se realiza habitualmente mediante métodos analíticos, semianalíticos o numéricos. Para que estos métodos proporcionen resultados precisos, es importante que se apliquen bajo escenarios tan realistas como sea posible. No obstante, las limitaciones de estos métodos, que pueden estar impuestas por sus hipótesis de cálculo o por su coste computacional, hacen que en ocasiones se desprecien algunos efectos que pueden tener cierta influencia sobre el estado tensional de la transmisión. Entre estos efectos, uno de especial relevancia es la desalineación de los engranajes producida por la deformación bajo carga de los ejes que los soportan.

En este trabajo, se han estudiado las limitaciones de los métodos analíticos, semianalíticos y numéricos utilizados habitualmente para la determinación del estado tensional de transmisiones de engranajes de ejes paralelos, y se han propuesto nuevos métodos de cálculo, o modificaciones de los existentes, para vencer estas limitaciones y tener en cuenta el comportamiento elástico de los ejes en el cálculo de las tensiones a las que están sometidos los engranajes. Posteriormente, haciendo uso de los métodos propuestos, se ha propuesto un nuevo procedimiento de modificación de la geometría de los dientes de los engranajes, que permite compensar los efectos negativos de la desalineación del engrane.

En multitud de aplicaciones, es de interés obtener relaciones de transmisión variables a lo largo de un ciclo de rotación del eslabón conductor. Éstas pueden obtenerse mediante distintos mecanismos, entre ellos los engranajes no circulares dando al diseño la ventaja de tener una transmisión precisa, ser de tamaño compacto y poder ser balanceados fácilmente. Éstos permiten obtener cualquier ley de desplazamiento o relación de transmisión entre la velocidad angular del eje conducido y del eje conductor siempre que cumpla con las condiciones requeridas de continuidad y de curvatura exigidas a las curvas primitivas de las ruedas.
El objetivo principal de la presente tesis es dar un tratamiento analítico al diseño de un engranaje no circular que satisface una ley de desplazamiento y realizar el análisis cinemático y cinetostático.
En el diseño de la ley de desplazamiento se utilizan funciones armónicas, curvas de Bézier no paramétricas y curvas B-spline no paramétricas. Debido a la gran cantidad de publicaciones respecto a los engranajes elípticos, se deducen la ley de desplazamiento de éstos tomando como parámetros de diseño la semidistancia focal y la distancia entre los centros de rotación de las ruedas elípticas. La mayor parte de investigaciones realizadas sobre engranajes no circulares se centra en el diseño y en la aplicación de los engranajes elípticos. A pesar de ser muy utilizados, estos tipos de engranajes no garantizan el cumplimiento de cualquier ley de desplazamiento deseada entre sus eslabones. Es por ello que en la presente tesis doctoral se estudia el diseño de los engranajes no circulares que cumplan con una ley de desplazamiento deseada.
La obtención de la curva primitiva y del perfil del diente se formulan mediante un método analítico que utiliza el ángulo de giro de la rueda conductora como única variable independiente de entrada. De esta forma, se puede implementar un algoritmo en un programa como Matemática© que integra el tratamiento simbólico y el cálculo numérico. Adicionalmente, se puede definir la rueda dentada mediante una serie de puntos para su posterior mecanizado en una máquina CNC. La generación del perfil del diente se basa en la simulación del proceso de corte del diente de las ruedas dentadas de un engranaje no circular cilíndrico recto utilizando como herramienta de corte una cremallera estándar.
En una rueda dentada circular, la circunferencia base es concéntrica con la circunferencia primitiva y tangente a la línea de acción. En un engranaje no circular, la curva base de las ruedas dentadas no se conoce a priori y no es tan fácil de determinar. En esta tesis se estudian las curvas base de las ruedas dentadas de un engranaje no circular obtenidas como el lugar geométrico de los puntos singulares sobre el perfil de involuta del diente. Los puntos singulares, puntos en los que se inicia la formación de un segundo ramal en el perfil, se obtienen de la observación de la velocidad relativa entre la cremallera y la rueda; concretamente, cuando la velocidad relativa de la cremallera es cero.
En el análisis cinetostático, se comparan las reacciones en los apoyos fijos y el par motor requerido en el eslabón conductor de un engranaje no circular y un mecanismo articulado con idéntica ley de desplazamiento y suponiendo que el eslabón conductor gira a velocidad angular constante y en el eslabón conducido existe un par resistivo constante. En la fase experimental se realiza la comprobación del par motor requerido por ambos mecanismos; para esto, se utilizan dos motores de corriente continua que se instalan uno en el eje del eslabón conductor y el otro en el eje del eslabón conducido. El motor que se instala en el eje del eslabón conductor se alimenta con tensión constante, de esta forma el eslabón conductor gira con velocidad angular nominalmente constante; el motor del eje conducido se alimenta con intensidad constante, de esta forma se aplica un par nominalmente constante en el eje del eslabón conducido.
There are many applications where non-uniform rotation transmission mechanisms are required. Noncircular gears wheels can be used to produce this kind of non-constant transmission, giving design additional advantages such as accurate transmission, easy balancing and compact size. Noncircular gears allow to obtain any displacement law or transmission ratio between the angular velocity of the driven shaft and the angular velocity of driving shaft whenever this law accomplishes with the continuity and curvature condition required by the pitch curves of gear wheels.
The main objective of this thesis is to provides an analytical approach to the design of noncircular gear that accomplishes a given displacement law and to carry out a kinematics and a kinetics analysis.
Harmonic functions, non parametric Bézier curves and non parametric Bspline curves are used, in this thesis, to the design of displacement laws. Due to there are many papers about elliptical gear, the displacement law of elliptical gear, taking the focal semi distance and the center distance between rotation shafts as design parameters, is also obtained. Most publications concerning noncircular gears concentrate on the design and application of elliptical gears. However, the elliptical gear limits the design process in order to satisfy a given relationship between its linkages. Due to last reason, the approach of this thesis is the design of noncircular gear that satisfies a given displacement law.
The generation of the pitch curves and the tooth profile are formulated using an analytical method that uses the rotate angle of driving gear wheel as unique input independent variable. So, an algorithm in a software as Matemática©, that integrates symbolic treatment and numerical calculus, can be implemented. Additionally, the gear wheels can be defined as a set of points ready to be manufactured by a CNC machine. Tooth profile generation is based on the simulation of cuttering process of the tooth of noncircular gear wheel using a rack cutter as tool.
The base circle of a circular gear is concentric with the pitch circle and tangent to the action line. However, in a noncircular gear the base curve is not known a priori and is not easy to determine. In this thesis, the base curves of noncircular gear wheels are obtained as the geometrical locus of the singular points on the involute tooth profile. Singular points, points from which a second involute branch begins to form on the tooth profile, are obtained, by the study of the relative velocity of contact point, between gear wheel and rack cutter, concretely when the relative velocity is zero.
The reaction forces in the fixed pivots and the required input torque in the driving shaft of a linkages mechanism and a noncircular gear that accomplishes the same displacement law are compared. In this analysis, the driving shaft rotates with constant angular velocity and a constant resistive torque is applied on the driven shaft. In the experimental tests, the required input torques of both mechanisms are verified. For this, two c. c. motors are used; one motor is installed in the driving shaft and the other one is installed in the driven shaft. The motor installed in the driving shaft is alimented with constant voltage, thus the driving shaft rotates with angular velocity nominally constant; the motor installed in the driven shaft is alimented with constant current, thus a nominal constant torque is applied on the driven shaft.

El presente trabajo de tesis tiene por objetivo desarrollar un modelo conceptual de un sistema de transmisión por engranajes (sistema ramificado) para determinar sus frecuencias naturales y modos de vibración torsional, así como, analizar la respuesta del sistema a una fuerza impulsiva sinusoidal que simula la etapa de arranque (régimen transitorio). En el primer capítulo se establece el fundamento teórico de las vibraciones torsionales y se describe la fenomenología que se produce durante la etapa de arranque. En el segundo capítulo se desarrolla el modelo conceptual del mecanismo de transmisión, se obtiene el sistema de ecuaciones diferenciales de movimiento empleando las ecuaciones de Lagrange y se seleccionan los parámetros del mecanismo de modo que las frecuencias torsionales se encuentren en una gama que permitan realizar el análisis modal y el análisis bajo régimen transitorio. En el tercer capítulo se evalúa inicialmente el sistema torsional de un grado de libertad; se analiza el comportamiento de la frecuencia natural, la razón de duración del pulso y la respuesta del sistema cuando variamos los parámetros del sistema torsional. Para el sistema de tres grados de libertad se definieron seis casos de análisis, cada caso considera la variación de uno de los parámetros del sistema y se procede a analizar el comportamiento de las frecuencias naturales, modos de vibración torsional y respuesta del sistema bajo régimen transitorio. Para obtener las curvas características se elaboraron algoritmos de cálculo en MatLab. Finalmente, se procedió a analizar el sistema equivalente de tres grados de libertad por el Método de los Elementos Finitos para obtener las frecuencias naturales de vibración torsional principalmente. La simulación se realizó en la plataforma CAD-CAE de Solidworks.
Tesis

Publicación a texto completo no autorizada por el autor
El documento digital no refiere asesor
Se realiza la recomendación de aceite lubricante para engranajes de molinos de bolas, para una empresa del sector minero, la cual por razones de confidencialidad, se denominara la empresa minera. La empresa minera se encuentra ubicada en la Sierra central al Este de la ciudad de Lima, provincia de Huarochirí, departamento de Lima, a una altitud de 4210 msnm, y se dedica a la extracción y procesamiento de minerales, con una capacidad de planta concentradora de 3 500 TPD de mineral, obteniendo concentrados de metales de zinc, cobre, plomo y plata. Como parte de las mejoras requeridas para llevar a cabo el aumento de la capacidad de procesamiento de la planta concentrado a 4 000 TPD, se encuentra el cambio de lubricantes para engranajes, que mejoren la disponibilidad mecánica de los molinos los cuales han tenido muchos problemas relacionados con los engranajes tanto abiertos (Piñón y Catalina) y los engranajes cerrados (reductor de velocidad). Se desarrolló un estudio a nivel de Ingeniería del mantenimiento basado en confiabilidad (mantenimiento predictivo). De las condiciones en que se encuentran trabajando los engranajes del molino y con los resultados. Obtenido se procedió a recomendar las correcciones respectivas, para luego recién poder usar los lubricantes recomendados y extender la vida útil de los engranajes. El presente trabajo monográfico se inicia con el capítulo I, en el cual se hace una breve introducción en donde se da a conocer los aspectos más resaltantes de la empresa minera (descripción de procesos de producción, ubicación y aspectos climáticos), así como la situación actual del problema abordado, alcances y exclusiones del presente trabajo monográfico. En el capítulo II se presenta un marco teórico en donde se da a conocer el concepto de molino de bolas y su participación dentro del proceso minero, así también se hace una breve descripción de las aplicaciones donde trabajan engranajes abiertos (Piñón y Catalina) y engranajes cerrados (reductor de velocidad), se describe el concepto de engranajes, el concepto de lubricación, lubricación de engranajes, concepto y partes del mantenimiento, el mantenimiento basado en condición (mantenimiento predictivo), las técnicas del mantenimiento predictivo tales como el análisis vibracional, el análisis termografico y el análisis de aceite y finalmente los criterios técnicos que se deben tomar en cuenta para realizar la selección de aceite lubricante para engranajes abiertos y engranajes cerrados. En el capítulo III se aborda la toma de datos de las condiciones de trabajo en que se encuentran los engranajes abiertos y los engranajes cerrados, utilizando las técnicas del mantenimiento basado en condición (mantenimiento predictivo), la primera parte se expone referente a los engranajes abiertos (piñón y catalina). Una inspección de las condiciones externas, adjuntando pruebas fotográficas, seguida de los resultados de análisis termografico y del análisis vibracional, dichos resultados se dan a conocer para que se tomen medidas correctivas y finalmente se realiza un ejemplo de cómo se selecciona un lubricante para la aplicación de engranajes abiertos utilizando las hojas técnicas de dos marcas de lubricantes reconocidas y comerciales en el Perú. En la segunda parte se expone referente a los engranajes cerrados (reductor de velocidad), una inspección de las condiciones externas, adjuntando pruebas fotográficas, seguida de los resultados del análisis de aceite, del análisis vibracional y la temperatura de trabajo, al igual que en la primera parte dichos resultados se dan a conocer para que se tomen medidas correctivas y por último se realiza un ejemplo de cómo se selecciona un lubricante para la aplicación de engranajes cerrados utilizando las hojas técnicas de dos marcas de lubricantes reconocidas y comerciales en el Perú, las cuales son Mobil y Shell. Finalmente en el capítulo IV, se presenta las conclusiones y recomendaciones producto del presente estudio.
Trabajo de suficiencia profesional

Este trabajo de tesis presenta el desarrollo e implementación de un algoritmo para el diseño de árboles en cajas reductoras de velocidad con engranajes cilíndricos y ejes horizontales paralelos. El cual tiene como inputs a las cargas, condiciones de trabajo, y parámetros geométricos de rodamientos y engranes; y como outputs a los diámetros, factores de seguridad a la fluencia y fatiga y deformaciones. Con este algoritmo se consigue en el diseño de árboles de cajas reductoras, una reducción de tiempos de cálculo respecto a los métodos actuales tales como el cálculo manual. La presente tesis forma parte de un proyecto de mayor alcance con el objetivo principal de diseñar una caja reductora de media y alta potencia. Esto conduce a que el algoritmo esté concebido como parte de un módulo de cálculo de árboles, dentro de un sistema inteligente de diseño de cajas reductoras. Asimismo, este sistema inteligente establece interacciones entre el módulo de árboles y los módulos orientados a los otros componentes de la caja reductora. Este algoritmo es implementado en la plataforma Visual Basic for Applications (VBA) que se encuentra en el software Autodesk Inventor. El desarrollo e implementación del algoritmo se inicia con la recopilación de información en textos de diseño y normas técnicas internacionales acerca de procedimientos para el diseño de árboles. Con esta información se tipifican los árboles para este tipo máquinas. A continuación, se genera una librería de los árboles que es utilizada para el diseño de los mismos considerando sus formas constructivas principales y las relaciones entre sus longitudes y diámetros. Los parámetros de entrada requeridos para el cálculo de los árboles son las cargas, condiciones de trabajo y parámetros geométricos de rodamientos y engranes. Los criterios definidos para el cálculo de los árboles son el análisis de resistencia a la fluencia, análisis de resistencia a la fatiga y análisis de deflexiones. Finalmente, se obtienen los diámetros de cada sección considerando factores de seguridad a la fluencia y fatiga y deformaciones menores a las máximas admisibles. De este modo se automatiza el proceso de diseño de los árboles y su modelamiento en 3D, pudiendo así realizar pruebas con ejemplos de aplicación y visualizar de forma gráfica los resultados. Estas pruebas son las que validan el correcto funcionamiento del algoritmo realizado.
Tesis

Esta tesis tuvo como objetivo lograr la automatización del modelamiento geométrico y de la generación de planos de engranajes cilíndricos de ejes paralelos y dentado exterior con aplicación en cajas reductoras de media y alta potencia. Para ello fue necesario realizar una tipificación de los engranajes objeto de estudio siguiendo recomendaciones geométricas recogidas de la bibliografía de diversos autores, especializados en el tema de diseño de elementos de máquinas. Luego se definieron los parámetros que definen la geometría del engranaje y las relaciones con los parámetros que se obtienen de los cálculos de comprobación. A continuación, con la información obtenida hasta este punto se crearon cuatro modelos paramétricos tridimensionales que son capaces de representar las diferentes tipificaciones definidas anteriormente. Seguidamente se recopiló la información necesaria para completar los datos que requiere un plano de fabricación de un engrane, creándose también cuatro plantillas de planos. Finalmente, se desarrolló e implementó un algoritmo que permite automatizar la obtención de los modelos 3D y la generación de los planos de fabricación. Se decidió realizar esta tarea en la plataforma de Visual Basic for Applications (VBA) del software comercial de diseño asistido por computadora Autodesk Inventor. El programa desarrollado comprende tareas como el dimensionamiento de los engranajes a partir de los datos de entrada introducidos por el usuario de una transmisión verificada, la selección de la escala más adecuada para el plano, la modificación de las vistas del engrane, la realización del acotado dimensional, la indicación de tolerancias y el llenado de los bloques de datos de la pieza, entre otros. La herramienta obtenida como resultado de este trabajo fue utilizada en tres ejemplos de aplicación de manera satisfactoria.
Tesis

El presente trabajo consistió en el estudio del efecto de fisuras en la vida útil de engranajes cilíndricos. La solución más apropiada para este problema fue mediante la obtención del factor de intensidad de tensiones, el cual caracteriza el comportamiento de una grieta y la cantidad de energía con la que se propaga. Este factor fue, asimismo, muy importante en el estudio del efecto de las cargas variables que favorecen la propagación de la grieta durante la transmisión de potencia por engranajes. Para determinar este factor se usó el método de los elementos finitos, donde se definió la ubicación y geometría de una grieta en un diente de engranaje modelado en un software de diseño en 3 dimensiones, para así realizar la simulación correspondiente y obtener el factor de intensidad de tensiones según la carga aplicada en el diente. Con la obtención de este factor para grietas con forma semi-elíptica, para distintas medidas de profundidad de grieta, se pudo modelar la curva de vida remanente del engranaje fisurado, mediante la aplicación de criterios que involucran al valor del factor de intensidad de tensiones correspondiente y factores adicionales que otorgan un análisis dinámico a la transmisión por engranajes. Esta curva determina la cantidad de ciclos de trabajo a los que puede someterse al engranaje hasta llegar a un valor límite, que corresponde a la profundidad máxima o crítica a la que puede llegar la grieta para que el engranaje sea descartado. Posteriormente, después de analizar la vida remanente de algunos casos concretos de engranajes cilíndricos fisurados, se pudo comprobar que el valor del tamaño crítico de grieta puede quedar en términos del módulo del engranaje, el cual otorga un valor aproximado al tamaño crítico de grieta del engranaje estudiado de forma más sencilla y directa
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El objetivo principal de este proyecto es la verificación de engranajes cilíndricos de dientes rectos.Utilizando el perfil real obtenido en la máquina de medición por coordenadas se compara con la geometría definida de un modelo CAD, se analiza mediante una metodología para cada tipo de verificación y se determina los diferentes tipos de errores del perfil del engranaje medido. Mediante el software que dispone la MMC se realizó la medición y digitalización del perfil del engranaje así como el procesamiento de los puntos del perfil digitalizado. Se cuenta con un modelo geométrico ideal desarrollado con el sistema CAD que se utilizó para poder verificar los errores del perfil obtenido de la medición del engranaje cilíndrico de dientes rectos por la MMC, cabe resaltar que estos engranajes deben ser fabricados por el método de generación. La determinación del perfil del engranaje medido en la MMC y la utilización de softwares comerciales como el Autocad, Excel y Matlab sirvieron para desarrollar los procedimientos de verificación de engranajes rectos los cuales fueron: de excentricidad, división, distorsión, perfil y espesor del diente. En el presente trabajo se explica detalladamente los procedimientos para cada tipo de verificación, así como el uso de expresiones matemáticas como por ejemplo la aplicación de mínimos cuadrados y ecuaciones paramétricas para determinar la excentricidad y el perfil del diente del engranaje, el uso de softwares comerciales que ayudarán a realizar de una manera sencilla cada verificación.
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En los últimos años, los trabajos de investigación están muy motivados por todo aquello que contribuye a reducir el ruido emitido por los sistemas oleohidráulicos. Como ha sido demostrado por varios investigadores, el origen de estas perturbaciones hay que buscarlo en el proceso de generación de las pulsaciones de caudal como característica intrínseca del propio funcionamiento real de la bomba, y en consecuencia, cualquier avance en este terreno debe pasar ineludiblemente por la simulación del comportamiento dinámico de estas unidades.

El presente trabajo de investigación se circunscribe al estudio de una bomba gerotor, con el fin disponer de un estudio global, coherente y unificado que comprende la geometría de los perfiles trocoidales del engranaje, la cinemática del engrane, las características volumétricas, las tensiones en los puntos de contacto y su comportamiento dinámico.

La geometría y cinemática de engrane del engranaje trocoidal se han deducido analíticamente mediante las ecuaciones de los perfiles de los dientes y la línea de puntos de contacto en función de cuatro parámetros básicos, sentando la base para el desarrollo de los estudios posteriores. Las características volumétricas se han desarrollado, puesto a punto y comparado mediante dos métodos: uno numérico que se fundamenta en un análisis integral-derivativo, y el otro que se fundamenta en un análisis derivativo-integral en sus dos posibles versiones, la analítica y la numérica. La concordancia de resultados obtenidos utilizando estos métodos es muy satisfactoria. En el cálculo de las tensiones de contacto, también se han propuesto y desarrollado dos metodologías de cálculo. Un primer método parte de la teoría desarrollada por Colbourne, implementado con una variante para el cálculo de los puntos de contacto. Este método es adecuado para ruedas dentadas exteriores donde el perfil del lóbulo o diente es ajustable a un arco circular. Puesto que su aplicación es muy restrictiva, se ha creído oportuno proponer un método alternativo implementado con el Método de los Elementos Finitos mucho más genérico. Este último ha proporcionado los valores de la magnitud de la máxima tensión de contacto más fiables y ha demostrado un alto nivel de flexibilidad que facilita en gran medida el proceso de optimización de la forma geométrica de los perfiles de los dientes.

El comportamiento fluidodinámico de la bomba gerotor se estudia proponiendo un método de simulación física (Método de BondGraph) que incida directamente en el cálculo de las pulsaciones de caudal. El modelo de simulación fluidodinámico presenta un análisis matemático que parte del submodelo de una cámara y se completa con la interacción engranaje-bomba y las fugas de caudal. Esta metodología numérica desarrollada se contrasta con una técnica experimental (Método de la 'Fuente Secundaria') que permite la comparación directa de los resultados obtenidos por ambas vías. Son dos los bancos de ensayo empleados y desarrollados de acuerdo con la norma ISO 10767, uno en el Fluid Power Centre de la University of Bath, y otro diseñado y construido específicamente para esta tesis en el laboratorio del centro LABSON. Se observa que las amplitudes (pico a pico) de las pulsaciones de caudal obtenidas por vía experimental en el Fluid Power Centre son inferiores y más regulares que las obtenidas en el laboratorio del centro LABSON.

La comparativa de resultados de la pulsación de caudal 'ideal' obtenida de la simulación y la pulsación de caudal de los ensayos experimentales muestran ser muy precisos en su forma, a pesar de existir diferencias de amplitud. El modelo de simulación muestra que describe con gran grado de exactitud la interacción engranaje-bomba y las fugas de caudal de una bomba gerotor.
In recent years, there has been a growing awareness of the hazards of industrial noise and how to reduce it in hydraulic systems. A great number of studies have been carried out in the past in this field and it has been shown that the source of these perturbations has to be sought in the process of the generation of flow ripple as an intrinsic characteristic of the pump. As a consequence of this, any advance in this field has to inevitably pass the simulation of the dynamic behaviour of the pump.

The investigation work presented in this thesis is concentrated on the performance analysis of a gerotor pump in order to develop a coherent and unified global study of the trochoidal profiles geometry of the gear, the kinematics of the mesh, the volumetric characteristics, the contact stress at the contact points and its fluid dynamic behaviour.

The geometry and kinematics of the mesh of the trochoidal gear has been analytically deduced through the equations of the teeth profiles and the line of contact, which are in turn function of four basic parameters and were the basis for further studies. The volumetric characteristics have been developed and compared by using two approaches: the integral-derivative approach solved by a numerical differentiation and the derivative-integral approach solved by a numerical and analytical integration. The coherence of the results obtained by both approaches is very satisfactory.

Contact stress calculation is also proposed and developed by using two methodologies. The first method is based on Colbourne's theory and it is implemented by a new approach to the calculation of the contact points. This method is only valid for external gears formed by circular-arc teeth. Because of the limitation of this method, an alternative and more generic method has been proposed by implementing the Finite Element Method. This last method provides more reliable magnitude values of the maximum contact stress and it has shown a high flexibility that aids the process of optimization of the teeth profiles geometry.

The fluid dynamic behaviour of the gerotor pump study is based on a physical simulation method (BondGraph's Method) which is focused on the flow ripple calculation. The simulation model presents an analytical approach which starts with a submodel of a single chamber and it is completed by the interaction of gear-pump and leakage flows. This numerical methodology is contrasted with an experimental methodology (Secondary Source Method) which allows a direct comparison between results from both methodologies. Two test rigs have been employed and developed according to the ISO normative 10767-192/84247: one of the test rigs is at the Fluid Power Centre of the University of Bath and the other test rig is specifically designed and constructed for this thesis at the LABON Centre. A comparison of the experimental results has shown that the amplitude (peak to peak) of the flow ripple of the Fluid Power Centre is more accurate than those obtained at the LABSON Centre.

The comparison between the 'ideal' flow ripple from the simulation and the 'real' flow ripple from the experimental work are shown to be very precise in shape and form, despite of the discrepancies observed between amplitudes. It has been proved that the simulation model describes with a high accuracy the interaction of gear-pump and leakage flows of the gerotor pump.

El presente trabajo de tesis está enfocado en desarrollar un algoritmo para el diseño de árboles de transmisión de cajas reductoras mecánicas de engranajes cilíndricos con distribución uniforme. Asimismo, este algoritmo fue implementado a través de Microsoft Visual Studio Ultimate 2012, el programa que surge a partir de la implementación recibe el nombre de PRODIAT (Programa para el Diseño de Árboles de Transmisión). La implementación del algoritmo se realizó con el fin de proporcionarle una mayor facilidad de uso. El algoritmo se basa en cuatro etapas fundamentales: propiedades mecánicas del material y velocidad de giro, configuración de cargas, análisis de resistencia estática y análisis de resistencia a la fatiga. La primera etapa consiste en reconocer las propiedades mecánicas del material que el usuario ha seleccionado. La segunda etapa se encarga de calcular las reacciones en los apoyos a partir del reconocimiento del tipo de árbol que se diseñara (árbol de entrada, intermedio o salida), la cantidad y tipo de transmisiones que agregue el usuario. La tercera etapa se encarga de mostrar los diagramas de fuerzas internas y dimensionar el diámetro que debe tener una determinada sección de análisis seleccionada por el usuario; este cálculo se realiza según la teoría de falla de Von Misses. Se debe mencionar que no se ha considerado el peso de los componentes de transmisión ni del propio árbol, esto debido a que las cajas reductoras que se contemplan trabajan en el rango de media y alta potencia. Se utilizó el método analítico para obtener las expresiones que representan las fuerzas internas en todas las configuraciones de cargas (número de cargas y tipo de cargas. Finalmente, la cuarta etapa realiza el cálculo del factor de seguridad a la fatiga (según la expresión de la recta de Goodman modificada) para la sección seleccionada por el usuario, para lo cual el algoritmo debe de leer previamente los datos correspondientes a los factores que afectan la resistencia a la fatiga (factor de superficie, tamaño, temperatura, carga, confiabilidad y concentradores). Finalmente, para validar los resultados obtenidos mediante el uso de PRODIAT se utilizaron diversos ejemplos de diseño de árboles extraídos de textos de Diseño en Ingeniería Mecánica. Con el empleo de PRODIAT, se ha conseguido disminuir aproximadamente en un 75% el tiempo empleado para el análisis estático y de resistencia a la fatiga hecho en el diseño de árboles.
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Los engranajes han sido desde hace mucho tiempo uno de los elementos de máquinas más usados para la transmisión de potencia mecánica en la industria. Esto ha impulsado su estudio para optimizar su funcionamiento y poder calcular la capacidad de carga de estos elementos de máquinas y así evitar su falla o desgaste prematuro. Una de las principales fallas que se presentan es estos elementos es la picadura progresiva o pitting en el flanco de los dientes que tiene como causa fundamental el excesivo esfuerzo de contacto entre los dientes producido durante el engrane. En la presente tesis se desarrolla el estudio del esfuerzo de contacto en los flancos de los dientes de engranajes cilíndricos de ejes paralelos (rectos y helicoidales) y perfil de evolvente determinados a partir de dos metodologías distintas: 1) Mediante el método de los elementos finitos, donde se definió la geometría real del diente con ecuaciones paramétricas para así poder modelar los engranajes en un software CAD y luego realizar la simulación del engrane en un software CAE. 2) Mediante cálculos analíticos según las normas técnicas ISO 6336, DIN 3990 y AGMA2105-C95, donde se determinó el esfuerzo de contacto actuante a partir de las expresiones que proponen cada una de estas normas pero solo tomando en cuenta los factores que hacen referencia a la geometría del diente y a las características de la transmisión y no a las que tienen que ver con otros parámetros que afectan el esfuerzo de contacto como las características de montaje de los engranajes y otros. Se realizaron cálculos del esfuerzo de contacto sobre una muestra de pares de engranajes con distintos parámetros geométricos y de carga para poder comparar los resultados de las dos metodologías de cálculo, y se encontró que los esfuerzos determinados a partir de las normas técnicas son de 2 a 5 veces mayores que los hallados por el método de los elementos finitos. Lo que refleja a un sobredimensionamiento de los engranajes contra la falla por picadura en el flanco del diente en los procedimientos de las normas técnicas.
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El uso de calderos en la industria esta muy difundido debido a su utilización para sus distintos procesos. Para el funcionamiento de los calderos se hace necesario tener varios equipos, instrumentos, sistemas de alimentación, etc. Uno de ellos es el transporte de combustible industrial. El objetivo del presente proyecto busca obtener toda la información necesaria del combustible y la bomba, para poder hacer los cálculos adecuados para la correcta selección de la bomba de engranajes a utilizar. El combustible tiene que ser trasportado desde su almacenamiento hasta la caldera, para poder hacerlo, es necesario el uso de bombas que sean capaces de manejar este tipo de fluido viscoso, la bomba que se utilizó fue una bomba de desplazamiento positivo y en este caso de engranajes internos, que es una de las más utilizadas para éste proceso. Después de ver los diferentes elementos y procesos se puede concluir que las bombas de engranajes en la succión no necesita válvula check de pie, ya que esta bomba es autocebante. Siempre hay que calcular el d APNA y este valor siempre tiene que ser mayor por lo menos en 0.5 metros al r APNA para no tener problemas de cavitación. Además, las bombas de engranaje que tengan incorporado la válvula de alivio, pueden garantizar que al presentarse alguna obstrucción o válvula cerrada en la línea de descarga, evite que se rompa algún accesorio, tubería o incluso la bomba. De esta forma cuando la bomba de desplazamiento positivo vaya aumentando su presión paulatinamente y ocurra esta sobrepresión la válvula de alivio entrará en funcionamiento recirculando el fluido internamente en la bomba.

Hydraulic machines are faced with increasingly severe performance requirements. The need to design smaller and more powerful machines rotating at higher speeds in order to provide increasing efficiencies, has to face a major limitation: cavitation. A two-dimensional numerical approach, by means of Computational Fluid Dynamics (CFD), has been developed for studying the effect of cavitation in the volumetric efficiency of external gear pumps. Several cavitation models and grid deformation algorithms have been studied, and a method for simulating the contact between solid boundaries has been developed. The velocity field in the inlet chamber has also been experimentally measured by means of Time-Resolved Particle Image Velocimetry (TRPIV) and results have been compared to the numerical ones in order to validate the accuracy of the model. Our two-dimensional model is not able to predict the real volumetric efficiency of the pump, since several simplifications are involved in it. Nevertheless, this model shows to be valid to understand the complex flow patterns that take place inside the pump and to study the influence of cavitation on volumetric efficiency. The influence of the rotational speed of the pump has been analyzed, as well as the effect of the geometry of the inlet chamber, the working pressure, the inlet pressure loss factor, and the flow leakage through the radial clearances of the pump between gears and casing.

Els rotors, motors i engranatges moleculars són molècules o sistemes moleculars que tenen com a característica que presenten moviments conformacionals de gran amplitud, majoritàriament associats a rotacions internes al voltant d’un o diversos enllaços senzills entre els seus àtoms. Aquesta propietat permet a aquestes molècules adoptar diferents geometries conformacionals en funció de la rotació al voltant d’aquests enllaços, podent donar comportaments mecànics anàlogs al dʼengranatges macroscòpics, de manera que aquestes molècules puguin ser considerades com a components bàsics per a un futur disseny de màquines nanoscòpiques més complexes. És per aquesta raó que l'anàlisi del comportament dinàmic de rotors i engranatges moleculars ha despertat l’interès d’una gran quantitat de científics que, des de fa temps, treballen en la síntesi i caracterització d’aquest tipus de compostos. Una manera de poder abordar l’estudi teòric dels rotors moleculars sense haver de renunciar a l’ús d’un mètode de càlcul de les interaccions intermoleculars acurat, és efectuant una dinàmica molecular restringida, on només es tenen en compte un nombre reduït de graus de llibertat mentre que els efectes de la resta modes en el comportament dinàmic es menysprea o s’inclou només de manera aproximada com a pertorbació del moviment que s’estudia en detall. D’aquesta manera és possible reduir el cost computacional del càlcul i poder accedir així, a temps de simulació molt més elevats amb un cost computacional assumible. En aquesta tesi doctoral s’ha desenvolupat un conjunt de programes informàtics que permeten simular el comportament dinàmic de sistemes formats per un nombre de fragments que es consideren rígids amb una energia potencial total definida a partir d’interaccions a parells entre ells. Això permet tractar sistemes grans reduint el nombre de graus de llibertat, separant així les interaccions més rellevants. D’aquesta manera, al tenir en compte només uns pocs graus de llibertat, es pot realitzar un càlcul més precís de l’energia en un temps assumible. Per tal de descriure les interaccions entre fragments s’han calculat superfícies de potencial en funció de les variables que descriuen les rotacions internes entre fragments rígids. Aquesta descripció, permet veure més clarament els possibles acoblaments entre els diferents graus de llibertat rotacionals de la molècula. Per fer-ho, s’ha elaborat una metodologia que permet descriure els processos de flexió que tenen lloc a la molècula al mateix temps que és produeix la rotació. Amb aquesta metodologia, s’ha realitzat l’estudi dels tripticil[n]helicens, molècules formades per la unió d’un grup tripticil i un helicè mitjançant un enllaç senzill, que han estat estudiades per la seva relació amb els anomenats trinquets moleculars, sistemes on hi ha una rotació interna en un entorn asimètric degut a la presència de fragments moleculars quirals. Utilitzant programes de simulació de Monte Carlo i de dinàmica molecular desenvolupats en el transcurs de la tesi s’ha estudiat també en col•laboració amb el grup experimental del Prof. Miguel A. Garcia-Garibay de la Universitat de California, dos cristalls amfidinàmics, sòlids on fragments de les molècules empaquetades conserven una alta llibertat de rotació, sintetitzats recentment: el rotor de mestranol i l’IDipp-C60.
Molecular motors, rotors and gears are complex molecules that undergo wide conformational movements that mimic those of their macroscopic mechanical counterparts. For this reason these molecular systems have recently been the subject of numerous experimental and theoretical studies with the aim to incorporate them as basic building blocks of more complex nanoscopic devices. Due to their intrinsic structural complexity it is difficult to perform accurate dynamical studies using standard molecular dynamics techniques considering all atoms of the system and for this reason in this thesis we have developed programs to simulate the dynamical behavior of such systems !considering only a restricted set of degrees of freedom. The systems are modeled by a collection of rigid fragments that interact through pair potentials that lead to a reduced potential energy surface for the relevant degrees of freedom that is being used in conjunction of molecular dynamics or Monte Carlo simulation techniques to study the dynamic behavior of molecular gears or ensembles of molecular rotors. Using the general purpose molecular dynamics and Monte Carlo programs developed in this thesis have also been adapted to be used in the study of the dynamical behavior of amphidynamic solids, a new class of molecular crystals where some fragments of the constituent molecules exhibit large conformational motions. This part of the work, devoted to the simulation of the dynamic behavior of the mestranol rotor and the crystals of IDipp-C60 has been developed in collaboration with the experimental group of Prof. Miguel Angel García Garibay at UCLA that worked in the synthesis and experimental characterization of these two compounds.

Gears are the heart of many machines, being its function transform and transmit torque. This work is a study of adequate design requirements, in particular, the best methodology to early detect gear fatigue failure using a gear test rig, an FZG test machine. The study used the widely proved QFD analysis technique that introduces the client in the design process by using a matrix system. All available relevant literature on the subject and interviews with relevant people in the field were sources of information for the development of this technique. In that way, a mapping is presented, showing the most common fatigue failure modes and available detection methods.  As a result of the investigation, the most suitable technique for the early gear failure detection in the FZG rig to be a combination of vibration analysis and acoustic emissions analysis, these techniques present the best practice at the moment and also possible to implement. However, other technologies are also presented in the report.
Kuggväxlar uppfyller en viktig funktion i många system. I det här arbetet studerades de viktigaste konstruktionskraven hos en tetstrigg för kugg, en FZG-rigg, för att kunna detektera tidiga tecken på kuggskador. Litteraturstudier tillsammans med intervjuer av personer från industrin lade grunden till en jämförelse av produktegenskaper som uppfyller kundkraven med hjälp av en så kallad Quality Function Deployment matrix (QFD-matris). I en QFD omvandlas kundkrav till funktion- och konstruktionskrav, i och med den kunde också de vanligaste kuggskadorna och detekteringsmetoderna kartläggas.  De mest relevanta teknikerna för att detektera tidiga tecken på skador i en FZG-rigg idag visade sig vara en kombination av vibrationsmätningar och akustiska emissionsmätningar. Lösningen är möjlig att implementera. Även andra teknologier finns presenterade i rapporten.
Los engranajes son el corazón de muchas máquinas, siendo su función transformar y transmitir par. En este trabajo se realizó un estudio de los requisitos de diseño más adecuados, en particular, la mejor metodología para detección anticipada de fallo a fatiga de engranajes testeados en un banco de pruebas de engranajes FZG. Durante el estudio se utilizó la técnica de análisis QFD que introduce al cliente en el proceso de diseño mediante el uso de un sistema matricial. Toda la literatura relevante disponible sobre el tema, así como entrevistas a personas relevantes en el campo fueron utilizadas como fuente de información para el desarrollo de dicha técnica. También se realizó un mapeo de los diferentes modos y mecanismos de fallo por fatiga más comunes, así como los métodos de detección disponibles.  Como resultado de la investigación se concretó como metodología más adecuada para la detección anticipada de fallo de engranajes en los bancos de prueba FZG, una combinación de análisis de vibraciones y análisis de emisiones acústicas, estas técnicas presentan las mejores características en función de la dificultad de implementación. Sin embargo, en el informe también se presentan otras tecnologías.

El proyecto se ubica en La Oroya, una ciudad andina de carácter industrial debido a la presencia de un complejo metalúrgico; sin embargo, su verdadero carácter se remonta a su origen como nodo importante de la red vial incaica para luego, debido a su ubicación estratégica, convertirse en la ciudad puerta al centro del país. Sin embargo, La Oroya está pasando por un momento crítico debido al declive de su principal actividad industrial. La ciudad, al ser resultado de una formación urbana producto de estrategias industriales mineras ha quedado fragmentada por vacíos industriales en su nodo central y con deficiencias para su poblador. Por lo que se genera una reflexión sobre la visión a futuro de la ciudad. ¿Cómo se podría empezar un cambio hacia un desarrollo más sostenible para La Oroya, que humanice su desarrollo urbano y económico volviendo a tener como protagonista a su poblador? Es en este contexto, que el proyecto se ubica y resalta el potencial del nodo central de una ciudad tripartita respondiendo a su alta demanda como espacio público de encuentro y proponiéndolo como el origen de una nueva etapa para la ciudad que devuelva la prioridad al poblador y viajero al convertirse en un centro nodal de intercambio como engranaje para un nuevo desarrollo para la ciudad, convirtiéndose en la nueva plaza central de la Oroya. La plaza reconectará el tejido urbano mediante un espacio de llegada y encuentro desde las tres ramificaciones trabajando entre escalas: territorial, urbana y paisajística logrando así, un engranaje a nivel territorial de la ciudad mediante el espacio público central. El carácter de la plaza será multifuncional y mediante un anillo servidor perimetral el cual permitirá las distintas dinámicas desde la llegada y salida de pasajeros, actividades feriales y cívicas. Es así que la nueva plaza central, confirmará que el futuro de la Oroya está en recordar sus orígenes, emplazándose en su nodo central devolviendo un espacio de encuentro para su poblador y sus visitantes como hace 100 años atrás.

Trabajo final de grado de Arquitectura
Con este trabajo final de grado, las autoras buscan resolver la problemática de los vacíos urbanos y espacios públicos de la ciudad de Córdoba, haciendo foco en la recuperación y refuncionalización del Ex molino Río de la Plata que se encuentra en estado de abandono, además del desarrollo de un Parque en el sector del Centro Cívico. La metodología empleada es en base a cuatro escalas de trabajo (1:5000; 1:1500; 1:125) y a 4 ejes de análisis y propuesta: movilidad, espacio público, espacios verdes y medioambiente, y equipamientos y patrimonio.
Fil: Arrieto, Camila. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Arquitectura, Urbanismo y Diseño; Argentina.
Fil: Castro, Lucía Inés. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Arquitectura, Urbanismo y Diseño; Argentina.
Fil: Alazraki, Manuel. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Arquitectura, Urbanismo y Diseño; Argentina.