Este artículo describe detalladamente el engranaje de la trituradora cónica, un componente esencial de la transmisión que transfiere la potencia del motor al eje excéntrico, impulsando la oscilación del cono móvil. Cumple funciones clave en la transmisión de potencia, la regulación de velocidad y la amplificación del par, lo que requiere alta resistencia, resistencia al desgaste y precisión.
Se describe la composición y estructura del engranaje, incluido el cuerpo del engranaje (acero aleado, sólido o hueco), los dientes (perfil evolvente con parámetros específicos), la conexión orificio/eje, el cubo/brida, las ranuras de lubricación y las almas/nervaduras para engranajes grandes.
Para engranajes de gran tamaño, se detalla el proceso de fundición: selección del material (ZG42CrMo), fabricación de patrones, moldeo, fusión, vertido, enfriamiento y tratamiento térmico. El proceso de mecanizado incluye el desbaste, el tallado de dientes (fresado o conformado), el tratamiento térmico de endurecimiento (carburación, temple, revenido), el mecanizado de acabado (rectificado) y el desbarbado.
Las medidas de control de calidad incluyen pruebas de materiales (análisis químico, ensayos de tracción e impacto), comprobaciones dimensionales (CMM, centro de medición de engranajes), pruebas de dureza y microestructura, pruebas de rendimiento dinámico (ensayos de malla y de carga) y ensayos no destructivos (MPT, UT). Estas pruebas garantizan que el engranaje cumpla con los requisitos de precisión, resistencia y durabilidad, garantizando un funcionamiento fiable en situaciones de trituración de alta resistencia.
Introducción detallada al componente de engranaje de la trituradora de cono
1. Función y rol del engranaje de la trituradora cónica
El engranaje de la trituradora cónica (a menudo denominado engranaje impulsor o piñón) es un componente fundamental de la transmisión que transfiere la potencia del motor al eje excéntrico de la trituradora, impulsando el movimiento oscilante del cono móvil. Sus principales funciones incluyen:
Transmisión de potencia:Conversión de la energía rotacional del motor en movimiento mecánico a través del engrane con el engranaje excéntrico o engranaje principal, lo que permite el ciclo de trituración.
Regulación de velocidad:Ajuste de la velocidad de rotación del eje excéntrico (normalmente 150–300 rpm) para que coincida con el rendimiento de diseño de la trituradora y la dureza del material.
Amplificación de par:Aumento del torque para superar la alta resistencia encontrada durante el aplastamiento del material, asegurando un funcionamiento estable bajo cargas pesadas.
Dada su función en operaciones continuas de alto torque, el engranaje debe tener alta resistencia, resistencia al desgaste y precisión para evitar fallas prematuras.
2. Composición y estructura del engranaje de la trituradora cónica
Los engranajes de las trituradoras cónicas suelen ser engranajes cilíndricos rectos o cónicos, con los siguientes componentes clave y características estructurales:
Cuerpo del engranajeUna estructura cilíndrica o cónica de acero aleado de alta resistencia (p. ej., 40CrNiMoA o 20CrMnTi), con dientes externos mecanizados a dimensiones precisas. El cuerpo puede ser macizo (para engranajes pequeños) o hueco (para engranajes grandes) para reducir el peso y mantener la rigidez.
DientesLa parte más crítica, con un perfil evolvente (ángulo de presión de 20°) para asegurar un engrane uniforme. Los parámetros de los dientes incluyen el módulo (8-20), el número de dientes (15-40) y el ancho de cara (100-300 mm), adaptados a la potencia nominal de la trituradora.
Conexión de orificio o ejeUn orificio central (para piñones) o chavetero (para engranajes de toro) que se conecta al eje del motor o al conjunto excéntrico. El orificio está mecanizado con precisión para garantizar la concentricidad con los dientes del engranaje, minimizando así la vibración.
Cubo o bridaSección reforzada en el extremo del engranaje, con orificios para pernos o estrías para fijar el engranaje al eje o acoplamiento. El cubo mejora la transmisión del par y evita el desplazamiento axial.
Ranuras de lubricación:Ranuras circunferenciales o axiales en los flancos de los dientes y en la superficie del orificio para distribuir el lubricante, reduciendo la fricción y el desgaste durante el engrane.
Redes o costillas:Estructuras de refuerzo internas en engranajes de gran tamaño (diámetro 500 mm) para reducir el peso y mejorar la disipación del calor sin comprometer la integridad estructural.
3. Proceso de fundición del engranaje (para engranajes de toro grandes)
Los engranajes grandes (por ejemplo, engranajes de toro con un diámetro de 800 mm) a menudo se fabrican mediante fundición para lograr formas complejas y una alta resistencia estructural:
Selección de materiales:
El acero fundido de alta resistencia (ZG42CrMo) se prefiere por su excelente combinación de resistencia a la tracción (≥785 MPa), tenacidad al impacto (≥45 J/cm²) y templabilidad.
Fabricación de patrones:
Se crea un patrón de espuma o madera a escala real, que replica el diámetro exterior, los dientes, el orificio y el cubo del engranaje. Se añaden márgenes de contracción (2-3%) y ángulos de desmoldeo (3°) para compensar la contracción posterior al colado.
Moldura:
Se forman moldes de arena aglomerados con resina alrededor del modelo, con un núcleo de arena para crear el orificio central. La cavidad del molde se recubre con un revestimiento refractario para garantizar un acabado superficial liso.
Derretimiento y vertido:
El acero aleado se funde en un horno de arco eléctrico a 1550–1600 °C, con una composición química controlada a C (0,40–0,45 %), Cr (0,9–1,2 %) y Mo (0,15–0,25 %).
El vertido se realiza a 1480–1520 °C utilizando una cuchara de vertido inferior para minimizar la turbulencia y garantizar un llenado uniforme de la cavidad del molde.
Enfriamiento y agitación:
La pieza fundida se enfría en el molde durante 72 a 96 horas para reducir la tensión térmica y luego se elimina mediante vibración. Los residuos de arena se limpian mediante granallado.
Tratamiento térmico:
La normalización (860–900 °C, enfriado por aire) refina la estructura del grano, seguida del revenido (600–650 °C) para lograr una dureza de 220–250 HBW, mejorando la maquinabilidad.
4. Proceso de mecanizado y fabricación
Mecanizado en bruto:
La pieza bruta del engranaje se monta en un torno CNC para tornear el diámetro exterior, la cara y el orificio, dejando un margen de acabado de 3 a 5 mm. Las chaveteras o estrías se desbastan con una fresadora.
Corte de dientes:
Para engranajes rectos: los dientes se cortan utilizando una fresadora de engranajes (con una fresa del módulo correspondiente), logrando un perfil rugoso con un margen de acabado de 0,3 a 0,5 mm.
Para engranajes cónicos: se utiliza una fresadora de engranajes o un generador de engranajes cónicos CNC para cortar el perfil cónico del diente, lo que garantiza un engrane preciso con el engranaje correspondiente.
Tratamiento térmico para el endurecimiento:
El engranaje se somete a carburación (900–930 °C durante 8–12 horas) para crear una capa superficial dura (de 0,8–1,5 mm de espesor), seguida de un temple (enfriado en aceite a 850–880 °C) y un revenido a baja temperatura (180–200 °C). Esto da como resultado una dureza superficial de HRC 58–62 (para resistencia al desgaste) y un núcleo tenaz (HRC 30–35).
Mecanizado de acabado:
Los dientes se rectifican utilizando una rectificadora de engranajes para lograr una precisión AGMA 6-8, con desviaciones del perfil del diente ≤0,02 mm y una rugosidad de la superficie Ra0,8–1,6 μm.
El orificio y las superficies de montaje están rectificados con precisión según la tolerancia IT6, lo que garantiza la concentricidad con el eje del engranaje (descentramiento ≤0,03 mm).
Desbarbado y pulido:
Los bordes de los dientes se desbarban utilizando un cepillo o una rueda abrasiva para evitar la concentración de tensión y reducir el ruido durante el engrane.
Las ranuras de lubricación están pulidas para garantizar un flujo de aceite sin obstrucciones.
5. Procesos de control de calidad
Pruebas de materiales:
El análisis de la composición química (mediante espectrometría) verifica el contenido de la aleación (por ejemplo, 40CrNiMoA: C 0,37–0,44 %, Ni 1,25–1,65 %).
Las pruebas de tracción en cupones confirman el límite elástico (≥835 MPa) y la tenacidad al impacto (≥68 J/cm² a -20 °C).
Comprobaciones de precisión dimensional:
Una máquina de medición de coordenadas (CMM) inspecciona parámetros clave: error de paso de diente (≤0,02 mm), espesor de diente (±0,015 mm) y concentricidad del orificio.
Un centro de medición de engranajes evalúa el perfil evolvente, el ángulo de la hélice y el espaciado de los dientes, garantizando el cumplimiento de las normas AGMA.
Pruebas de dureza y microestructura:
La dureza de la superficie se mide utilizando un durómetro Rockwell (se requiere HRC 58-62 para la superficie del diente).
El análisis metalográfico verifica la profundidad y la microestructura de la capa carburizada (sin redes excesivas de austenita o carburo retenidas).
Pruebas de rendimiento dinámico:
Prueba de engranaje: el engranaje se empareja con su engranaje correspondiente en un banco de pruebas para medir el ruido (≤85 dB a velocidad nominal) y la vibración (≤0,1 mm/s).
Prueba de carga: se realiza una prueba de torsión nominal del 120 % durante 2 horas para verificar si hay deformación o agrietamiento de los dientes.
Ensayos no destructivos (END):
La prueba de partículas magnéticas (MPT) detecta grietas superficiales en los dientes y áreas del cubo.
La prueba ultrasónica (UT) inspecciona el cuerpo del engranaje para detectar defectos internos (por ejemplo, se rechazan los poros de contracción de >φ3 mm).
Al adherirse a estos procesos, el engranaje de la trituradora cónica logra la precisión, resistencia y durabilidad requeridas, lo que garantiza una transmisión de potencia confiable y una larga vida útil en aplicaciones de trituración exigentes.
