Dynamical behaviour of multistage gear transmissions analysis of the mesh phasing

Resumen

Las transmisiones de engranajes son sistemas complejos compuestos por numerosos elementos de geometría complicada. El correcto funcionamiento de una transmisión de engranajes, y más concretamente una transmisión planetaria, necesita de la sinergia de muchos factores y se ve afectado por muchos condicionantes que dificultan la identificación de los problemas. A pesar de su complejidad o quizá consecuencia de ella, las transmisiones de engranajes planetarios han adquirido un papel muy relevante en la industria en las últimas décadas. Nuevas aplicaciones y aplicaciones clásicas han surgido o evolucionado hasta el punto en que las transmisiones de engranajes epicicloidales tienen un papel determinante en su buen funcionamiento. Este desarrollo también ha llevado al planteamiento de nuevas hipótesis y a la aparición de nuevos problemas. En relación con la aparición de nuevos problemas y aplicaciones, esta Tesis trata de analizar en profundidad algunos de ellos, así como, estudiar otros posibles escenarios en busca de dar respuesta a algunos de los interrogantes que surgen tanto a fabricantes como a investigadores sobre el correcto funcionamiento de dichas transmisiones. Principalmente, esta Tesis se centra en el papel que juega la geometría en el comportamiento de las transmisiones planetarias. En lo que se refiere a la geometría, en esta Tesis el interés se centra en el impacto del espaciado angular y la fase de engrane, que son consecuencia directa de los criterios de diseño de la transmisión. En más detalle, esta Tesis analiza el impacto que tienen esos criterios en el reparto de carga en transmisiones planetarias. El reparto de carga se escoge como la magnitud que permite analizar el estado de la transmisión a lo largo de las simulaciones. Una vez que se ha establecido el impacto del espaciado y la fase en el comportamiento de la transmisión, se incluyen nuevos efectos. En este caso, se considera la importancia que tienen los inevitables errores de fabricación en las transmisiones planetarias. Estos errores afectan a la calidad, durabilidad y el comportamiento de las transmisiones planetarias, lo cual da una idea de la importancia que los errores tienen en este campo. En esta Tesis, los errores escogidos se limitan a errores en el espesor de los dientes, así como, errores de montaje de los planetas en el portaplanetas. Además, dadas las características de estos errores, su influencia varía dependiendo de las condiciones de trabajo, por esto, se amplía el estudio a diferentes niveles de carga y sentidos de aplicación de la carga. Después de esto, el interés se centra en el análisis de los procedimientos experimentales de medida y su validez. En esta parte de la Tesis se combinan los estudios anteriores con el uso de la medida de deformaciones en la raíz de los dientes del sol para el cálculo de reparto de carga en transmisiones planetarias. Los resultados demuestran que en configuraciones en fase solo se hace visible la influencia del espaciado de los planetas cuando los apoyos de las ruedas cuentan con flotabilidad. Además, la influencia de la flotabilidad en los apoyos demuestra tener un efecto diferente para transmisiones de 5 planetas que para transmisiones de 3 planetas. Además, el comportamiento de las transmisiones con fase secuencial prueba ser peor, en su reparto de carga, que el de la configuración en fase análoga. Esto, se hace más visible cuando se incluyen errores en las transmisiones simuladas. El desequilibrio creado por un error es mayor y el impacto que tiene en los valores máximos y mínimos de carga es mayor debido a la fase en el engrane. En cuanto a las medidas experimentales, los resultados prueban ser imprecisos en comparación con el reparto de carga real en la transmisión. Además, la inclusión de secuencia en la fase de engrane y errores afecta notablemente la precisión de las medidas de deformaciones como una herramienta de cálculo del reparto de carga en transmisiones planetarias. Finalmente, como conclusiones extraídas de los resultados comentados anteriormente, se demuestra como la secuencia en el engrane afecta notablemente al equilibrio en el reparto de carga en las transmisiones y genera desequilibrios debidos al desfase en el engrane. Esta fase de engrane también incrementa el impacto de los errores en el reparto de carga de la transmisión. Por otra parte, otro factor que incrementa el impacto de los errores es el aumento del número de planetas. El impacto de la rigidez se hace patente con otros cambios como la modificación del número de planetas en la transmisión y el tamaño de los ejes sobre los que se montan las ruedas. En cuanto a las medidas experimentales, prueban ser imprecisas en cualquier configuración diferente de una transmisión equiespaciada y en fase sin errores. Además, esta falta de precisión crece con el tamaño del error y se hace mayor para configuraciones secuenciales. Vistas las conclusiones que se extraen es posible plantear nuevas líneas para continuar con este trabajo. En primer lugar, el modelo se puede extender a un planteamiento tridimensional para tener en cuenta la influencia de esta tercera dimensión en los fenómenos estudiados mediante el análisis de transmisiones planetarias helicoidales. Al mismo tiempo, el número de planetas se puede incrementar por encima de 5, así, nuevos escenarios de estudio aparecen, principalmente en configuraciones con un número par de planetas superior a 5. No obstante, en el modelo plano con el número de planetas ya estudiado, las técnicas de medida experimental estudiadas se pueden extender a otros procedimientos que también se utilizan habitualmente.