Título :	Análisis del desgaste en engranes aplicando el método de elementos finitos
Autor(es):	Juan Jose Saucedo Dorantes
Palabras clave:	Desgaste FEM FEM Frecuencia natural Natural frequency Wear
Área:	INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA
Fecha de publicación :	may-2014
Facultad:	Facultad de Ingeniería
Programa académico:	Maestría en Ciencias (Mecatrónica)
Resumen:	Procesos industriales se ven involucrados con la utilización de maquinaria especializada, en algunos procesos este tipo de equipos utilizan cajas de engranajes para transformar giros, reducir o incrementar la velocidad de giro, la pérdida de eficiencia en máquinas puede ser ocasionado por la aparición de fallas en sus componentes mecánicos. En este trabajo se presenta el análisis del desgaste en engranes empleando el Método de Elementos Finitos (Finite Element Method, FEM), demostrando que el cambio de masa ocasionado por desgaste afecta la frecuencia natural y la de operación dentro de una caja de engranes. Para realizar el análisis se propuso un modelo del perfil de diente de un engrane con diferentes niveles de desgaste, un modelo sano con 0% de desgaste y tres modelos dañados con 25%, 50% y 75% de desgaste; la geometría de los modelos se obtuvo del desarrollo y descripción de código en MATLAB®. Para emplear el FEM se describieron funciones desarrolladas en MATLAB® para realizar el pre-procesamiento, procesamiento y post-procesamiento del método, al integrar las diferentes geometrías de los perfiles a las herramientas FEM de un análisis estático se obtuvieron esfuerzos y deformaciones del diente al aplicar una carga, de una análisis dinámico se obtuvieron las frecuencias naturales. Para dar validez a este trabajo se diseñó y construyó un banco experimental de fallas mecánicas, formado básicamente por un motor, una caja reductora de engranes y una carga, de acuerdo con los modelos de desgaste propuestos en uno de los engranes de la caja se indujo de manera controlada la falla de desgaste, mediante la medición de vibraciones y un análisis espectral, se determinaron los efectos que genera el desgaste en engranes sobre la operación del proceso. Investigaciones aplicadas en el estudio de engranes tienen como objetivo mejorar algún aspecto, o bien tratar de pronosticar posibles fallas, con una buena metodología de implementación para el FEM se logró comprender de mejor manera su fundamentación y las ventajas que ofrece, encontrando que la frecuencia natural es afectada por el cambio de masa en el engrane, con la medición de vibraciones es posible detectar fallas tempranas en sistemas mecánicos como como lo es la aparición del desgaste en engranes. Industrial processes are involved with the use of specialized machinery, in some processes this kind of equipment uses gearboxes to transform turns, reduce or increase the speed turn. Loss of efficiency in machines can be caused by the occurrence of mechanical failures in their components. In this project the analysis of gear wearing applying the Finite Element Method-FEM is presented, demonstrating that the change in mass caused by wear affects the natural frequency and the operation inside a gearbox. In order to carry out the analysis a model of the tooth profile of a gear with different levels of wear is proposed, a healthy model with 0% of wear and three damaged models with 25%, 50% and 75% of wear are proposed; geometry of the models was obtained from the development and description of code in MATLAB ®. To employ the FEM, it was necessary to describe functions developed in MATLAB ® which are to calculate the pre-processing, processing and post-processing of the method. To integrate the different geometries of the profiles to the FEM tools with a static analysis, stresses and strains of the tooth were obtained by applying a load, though a dynamic analysis the natural frequencies were obtained. To validate this work an experimental bench of mechanical failures was designed and built, basically consisting of a motor, a reduction gearbox and a load, according to the wear patterns proposed in one of the box gear¿s the wear failure was induced in a controllably way. By measuring vibration and spectrum analysis, the effects generated by the wear in gears in the process operation were determined. The aim of this research is to improve some aspects or try to predict possible failures. With a good methodology of implementation for the FEM a better understand its functionality and advantages was achieved, finding that the natural frequency is affected by the change in mass of the gear, with the measurement of vibration is possible to detected early failures in mechanical systems such as is the occurrence of wear in gears.
URI:	http://ri-ng.uaq.mx/handle/123456789/795
Aparece en:	Maestría en Ciencias (Mecatrónica)

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