El método de elementos finitos como alternativa en el cálculo de engranajes. // The finite elements method as altenative in gear design.

• Main Authors: G. González Rey, P. Frechilla Fernández, R. José García Martín
• Format: Article
• Language: English
• Published: Instituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría - Cujae 2002-01-01
• Series: Ingeniería Mecánica
• Online Access: http://www.ingenieriamecanica.cujae.edu.cu/index.php/revistaim/article/view/274

<p>A pesar de que la optimización y el diseño racional de los engranajes han sido temas de muchas investigaciones, aún siguen<br />siendo del interés de muchos especialistas y estudiosos de los engranajes. Las razones fundamentales para este hecho están<br />condicionadas en primer lugar a que el diseño de un engranaje es en extremo complejo debido al número de variables,<br />limitaciones y relaciones que involucra, y por otro lado existe la particularidad de que para cada caso de optimización la<br />función objetivo, las restricciones y las variables independientes son generalmente diferentes. En los últimos años los<br />nuevos sistemas de computación para auxiliar al diseño (CAD) han sido empleados como alternativas para el cálculo de los<br />engranajes, pero la variedad de sistemas y las amplias posibilidades de generación de modelos matemáticos empleados en<br />la evaluación de esfuerzos y deformaciones requieren de una validación de sus resultados a partir de cotejarlos con los<br />procedimientos y normas establecidos por la práctica y la experiencia de años. Es conocido que los resultados de los nuevos<br />sistemas CAD con implementación del método de elementos finitos son generalmente muy dependientes de la forma de<br />generación de los modelos de piezas y conjuntos diseñados por complicados procedimientos, que son tratados cuál una caja<br />negra por los proveedores de estos potentes programas y sistemas en el mercado de la informática. En este sentido, el<br />presente trabajo pretende contrastar los esfuerzos obtenidos mediante el empleo de dos de los más potentes sistemas CAD<br />dirigidos a la aplicación del método de los elementos finitos, como son el Solid Edge y el Cosmo Edge, con los<br />procedimientos de cálculo derivados de las vigentes normas ISO para evaluar la capacidad de carga de los engranajes<br />cilíndricos. En el trabajo se exponen las bases del método de generación del perfil de los dientes de un engranaje cilíndrico<br />de dientes rectos, un algoritmo de calculo de los esfuerzos en la base del diente y la comparación de los resultados<br />obtenidos por uno y otro método.</p><p><br />Palabras claves: engranaje, esfuerzos de flexión, normas ISO, elementos finitos, Solid-Cosmos Edge, CAD.</p><p>___________________________________________________________________________</p><p>Abstract:<br />Although the optimization and rational design of gears have been topics of many studies, they still continue being of<br />interest for many gear specialists. The main reasons for this fact are conditioned, firstly, for the complex design of gears<br />due to the number of variables, limitations and relationships involve, and secondly, the particularity that each case of<br />optimization take in count function objectives, restrictions and independent variables generally different. In the most recent<br />years, new calculation systems for assisting design (CAD) have been used as alternatives for gear calculations, but the<br />diversity of systems and wide possibilities of models mathematical generation for evaluation of stresses and deformations<br />require a report validation comparing with the results, procedures and standards established by the practice and experience<br />of years. It is well-known that the final product of the new systems CAD with implementation of the finite elements method<br />(FEM) is generally very dependent of the generation procedure used for mathematic models of elements and groups.<br />Generally, these mathematical models are obtained by complicated procedures and treated as a black box by the suppliers<br />of these potent programs and systems. In this sense, the present work seeks to contrast the numerical results obtained by<br />means of the two most powerful CAD systems for easy application of the Finite Elements Method, Solid-Cosmo Edge,<br />with the numerical results derived for ISO Standards calculation procedures to evaluate the load capacity in cylindrical<br />gears. In this paper, bases for the generation method of teeth profile of spur gears, an algorithm for bending stresses<br />calculation and the comparison of results obtained by one and another method are exposed.</p><p><br />Key words: Gear, bending stresses, ISO standards, finite elements, Solid-Cosmos Edge, CAD.</p>