Disseny d'un reductor de velocitat d'engranatges cilíndrics helicoïdals de dues etapes per a un tren metropolità

Abstract

[ES] El objetivo del presente proyecto es el diseño y cálculo de los elementos que constituyen un reductor de velocidad para un vehículo ferroviario metropolitano. Este reductor tendrá como función la transmisión de la potencia desde un motor eléctrico al eje montado donde están caladas las ruedas del vehículo. Los trenes metropolitanos tienen la necesidad de adaptar la velocidad de giro y el par aportado por el motor eléctrico, reduciendo la velocidad y aumentando el par, de donde se origina la necesidad de uso de un reductor de velocidades. Los materiales empleados y las soluciones escogidas en el reductor están de acuerdo con la potencia y el par necesarios. El reductor diseñado está constituido de dos etapas. El eje de entrada recibe la potencia suministrada por el motor eléctrico del vehículo y la transmite al eje intermedio a través de los engranajes de la primera etapa. Los engranajes de la segunda etapa transmiten la potencia al eje de salida, que en este reductor de velocidad es el cuerpo del eje montado. Cada eje o árbol se sujeta por los extremos con rodamientos en la carcasa, la cual cubre el conjunto. Los cálculos de los anchos de los engranajes se realizan aplicando el método establecido en la norma ISO 6336, con tal de evitar el fallo superficial y por flexión en los dientes. La selección del aceite lubricante de los engranajes, y del resto de elementos ya que la lubricación es por barboteo, se realiza con el método UNITED. Los diámetros de los ejes del reductor se calculan considerando un criterio de rigidez torsional y con tal de evitar el fallo por fatiga, y adicionalmente se lleva a cabo la comprobación de que las deformaciones laterales y los giros debidos a la flexión no superen los valores máximos recomendados. El cálculo del diámetro del cuerpo del eje montado se realiza siguiendo el método especificado en la norma UNE-EN 131031. Finalmente, la selección de los rodamientos que soportan los ejes se lleva a cabo de acuerdo con la norma ISO 281. Además, se diseña la carcasa del reductor y se seleccionan las chavetas, arandelas, retenes, casquillos y tornillos.

[EN] The aim of this project is the design and calculation of the elements that constitute a speed reducer for a metropolitan railway vehicle. This reductor will have as a function the transmission of the power from an electric motor to the wheelset where the vehicle wheels are driven. Metropolitan trains need to adapt the turning speed and torque provided by the motor, reducing speed and increasing torque, from which the need for a speed reducer arises. The materials used and the solutions chosen in the reducer are in accordance with the required power and torque.

The designed reducer consists of two stages. The input shaft receives the power supplied by the vehicle s electric motor and transmits it to the intermediate shaft through the gears of the first stage. The gears of the second stage transmit the power to the output shaft, which in the speed reducer is the mounted shaft s body. Each shaft is fastened by the ends with bearings in the housing, which covers the assembly.

Gear widths are calculated using the method set out in ISO 6336 in order to avoid surface failure and bending of teeth. The selection of the lubricating oil of the gears and the rest of the elements is done with the UNITED method. The diameters of the reducer s shafts are calculated considering a criterion of torsional rigidity and fatigue failure, and additionally, the lateral deformations and the twists due to bending are checked so that they don t exceed the recommended maximum values. The diameter of the wheelset body is calculated using the method specified in UNE-EN 13103-1: Finally, the selection of bearings supporting the axles is carried out in accordance with ISO 281. In addition, the housing of the reducer is designed, and the keys, washers, seals, caps, and screws are selected.

[CA] L'objectiu del present projecte és el disseny i càlcul dels elements que constitueixen un reductor de velocitat per a un vehicle ferroviari metropolità. Aquest reductor tindrà com a funció la transmissió de la potència des d un motor elèctric a l eix muntat on estan calades les rodes del vehicle. Els trens metropolitans tenen la necessitat d adaptar la velocitat de gir i el parell aportat pel motor elèctric, reduint la velocitat i augmentant el parell, d on s origina la necessitat d'ús d un reductor de velocitats. Els materials emprats i les solucions escollides al reductor estaran d acord amb la potència i el parell requerits. El reductor que es dissenya està constituït de dues etapes. L'eix d entrada rep la potència subministrada pel motor elèctric del vehicle i la transmet a l eix intermedi mitjançant els engranatges de la primera etapa. Els engranatges de la segona etapa transmeten la potència a l eix d eixida, que en aquest reductor de velocitat és el cos de l eix muntat. Cada eix o arbre es subjecta pels extrems amb rodaments a la carcassa, que cobreix el conjunt. Els càlculs de les amplàries dels engranatges es realitzen aplicant el mètode establert a la norma ISO 6336, per tal d evitar les fallades superficial i per flexió en les dents. La selecció de l'oli lubricant dels engranatges, i de la resta d elements ja que la lubricació es per barboteig, es realitza amb el mètode UNITED. Els diàmetres dels eixos del reductor es calculen considerant un criteri de rigidesa torsional i per tal d evitar la fallada per fatiga; i addicionalment es du a terme la comprovació de que les deformacions laterals i els girs deguts a la flexió no superen els valors màxims recomanats. El càlcul del diàmetre del cos de l'eix muntat es realitza seguint el mètode especificat en la norma UNE-EN 13103-1. Finalment, la selecció del rodaments que suporten els eixos es du a terme d acord amb la norma ISO 281. A més a més, es dissenya la carcassa del reductor i es seleccionen xavetes, volanderes, retens, casquets i cargols.