Cómo la precisión de los engranajes afecta el ruido de la caja

Una caja de engranajes se ensambla, se hace funcionar en el banco de pruebas y aúlla en una banda de velocidad. Los engranajes vuelven de la inspección marcados como DIN 7 con cada elemento dentro de tolerancia. Un engranaje conforme en una caja ruidosa es una situación suficientemente común en proyectos reales. La clase de precisión y el ruido no se sitúan sobre una línea recta: la clase asigna una banda de tolerancia a cada desviación, mientras que el ruido en sí proviene del contenido frecuencial de la excitación, del camino de transmisión a través de la carcasa y de la acumulación de errores de montaje.

Empecemos por la excitación. El número de dientes en contacto cambia periódicamente a lo largo del ciclo, de modo que la rigidez del diente sube y baja y produce una frecuencia de engrane más sus armónicos, donde la frecuencia de engrane es igual al número de dientes multiplicado por las rpm dividido entre sesenta. A ello se suma que las propias desviaciones del engranaje añaden una excitación de desplazamiento una vez por revolución y una vez por diente: la desviación de paso fpt, la desviación de perfil Fα, la desviación de flanco Fβ y la excentricidad Fr. Juntas forman lo que normalmente se denomina error de transmisión. Cuáles órdenes portan la energía armónica decide en gran medida si el resultado suena como un zumbido grave o como un silbido agudo.

Dos engranajes de la misma clase no son, por tanto, la misma fuente de ruido. Tomemos tres engranajes de clase 6: uno con perfil abombado, uno con un error de ángulo de presión unidireccional, uno con dispersión aleatoria. La energía se sitúa en lugares distintos y, en la misma carcasa, los tres pueden comportarse de forma muy diferente. Para aplicaciones sensibles al ruido, una única indicación de clase en el plano es insuficiente. Especificar los elementos de control: límites de Fα y Fβ, rugosidad de flanco, excentricidad y, cuando sea necesario, un requisito de modificación como el alivio de punta o el abombamiento de flanco, de modo que la carga se desplace desde los extremos del diente hacia el centro del ancho de cara.

La siguiente capa es el mecanizado. Según las tablas de tolerancia con las que trabajamos, los engranajes rectificados en ISO 4–5 presentan una rugosidad de flanco de Ra 0,2–0,4 μm y Rz 1,0–2,0 μm; los engranajes rectificados o cepillados (shaving) en ISO 6–7 se sitúan en Ra 0,4–0,8 μm; los engranajes fresados o tallados por mortajado en ISO 8–9 presentan Ra 0,8–1,6 μm. Una menor rugosidad significa microimpactos más pequeños en el contacto, y esa es la contribución directa de la rectificación al ruido. Pero superar la comprobación de rugosidad no significa que el flanco esté libre de ondulación. Los intervalos de reavivado de la muela, la velocidad de avance y el chatter durante la rectificación dejan ondulaciones de mayor longitud de onda, y esas ondulaciones excitan frecuencias que tienden a caer en el rango que el oído percibe más, mientras que el Ra en el rugosímetro no muestra nada anómalo.

El tratamiento térmico fija la secuencia, y el orden no puede invertirse. El cementado y templado alcanza una profundidad de capa de 0,5–3,0 mm en función del módulo, con 58–62 HRC en la superficie y 30–42 HRC en el núcleo, templando a 830–860 °C y reveniendo a 520–650 °C. Esa ruta siempre deforma la pieza. Si el engranaje no se rectifica después, el perfil y el flanco que se entregan son los posteriores al temple. El sobremetal de rectificación debe fijarse según la ruta de tratamiento térmico y el módulo: demasiado poco y la deformación no puede eliminarse, demasiado y la muela elimina una capa gruesa, lo que invita a las quemaduras. Luego viene la referencia. La rectificación y la inspección deben tomar como referencia las mismas superficies. Si el plano no indica qué cara es la referencia, el flanco medido no coincidirá con lo que ocurre dentro de la carcasa, y esa discrepancia se manifiesta como contacto en el borde y ruido.

El montaje y la carcasa a menudo importan más que el propio engranaje. La desviación de distancia entre centros se mantiene en aproximadamente ±11–18 μm en ISO 5–6 y ±18–30 μm en ISO 7–8. El paralelismo de ejes en ISO 5 es fΣδ 6 μm y fΣβ 12 μm; en ISO 7 es 11 μm y 22 μm. La excentricidad de la cara del blanco se mantiene dentro de 0,02 mm, y la excentricidad de la cara acabada dentro de 0,03 mm. Un alojamiento de rodamiento situado con una decena de micras de desviación basta para anular la ventaja de flanco de un engranaje de clase 5. El engranaje es un eslabón de una cadena de precisión, no la cadena.

Las decisiones de diseño también merecen resolverse pronto. Los engranajes helicoidales tienen una relación de contacto mayor que los rectos, engranan de forma más continua y, por lo general, suenan mejor con el mismo nivel de precisión; los ángulos de hélice suelen situarse entre 0–30°. Con un ángulo de presión de 20°, un mínimo de 18 dientes evita el socavado. Las relaciones de una etapa van de 1:1 a 1:6, la velocidad en la línea primitiva hasta 25 m/s, con una eficiencia del 98–99%. En el diseño del par, elegir números de dientes primos entre sí y evitar la acumulación de errores en fase entre las dos ruedas reparte tanto el desgaste como la excitación.

Lo que compras puede exigir realmente cabe en tres líneas del pedido de compra: los informes de inspección deben incluir curvas medidas, no solo una conclusión de clase; debe indicarse la dispersión de Fα y Fβ dentro de un lote; y la consistencia entre lotes necesita un método definido — primera pieza, frecuencia de inspección de patrulla, inspección al 100% en piezas críticas. Como nivel de referencia, nuestros controles de salida para piezas de precisión están redactados en torno a Fp dentro de 25 μm, Fα dentro de 10 μm, Fβ dentro de 10 μm, Fr dentro de 15 μm y Ra de flanco dentro de 0,8 μm; la clase indicada en el plano determina las cifras reales.

Merece la pena leer juntos dos elementos del sector. El State of the Gear Industry 2026 de Gear Technology, publicado el 4 de marzo de 2026 con 137 encuestados, informa de que los clientes de vehículos eléctricos y de transmisiones de precisión ahora piden directamente «engranajes sin ruido», un requisito que recorre el diseño, el corte y el acabado. El segundo es el comunicado de Klingelnberg para JIMTOF 2026 (Tokyo Big Sight, 26–31 de octubre): Quiet Bevel Grinding varía la cinemática de la máquina con un armónico de baja frecuencia de hueco a hueco, de modo que la topografía de cada flanco difiere ligeramente y la excitación se reparte entre varias frecuencias en lugar de concentrarse en una sola orden. El resultado se percibe como de banda ancha, más cercano a un conjunto lapeado, y no afecta al tiempo de ciclo ni al proceso establecido de medición-corrección. Ambos apuntan en la misma dirección: el ruido no siempre se resuelve elevando la clase. La distribución de la energía a lo largo del espectro es una variable de diseño por sí misma.

(Fuentes: Gear Technology, State of the Gear Industry 2026, 4 de marzo de 2026, https://www.geartechnology.com/state-of-the-gear-industry-2026 ; Klingelnberg, comunicado de prensa de JIMTOF 2026, https://klingelnberg.com/en/news/news/presse )

En Geyontech, los engranajes rectificados alcanzan DIN 4–5, equivalente a ISO 4–5 y AGMA 2000-A88 clase 13–14; el fresado mantiene DIN 4 en piezas individuales y DIN 5 en serie. La inspección se realiza en un centro de medición P400 y un Klingelnberg P26, con los contornos complejos derivados a una MMC Zeiss y la dureza del flanco comprobada en un durómetro Rockwell. La gama de cremalleras cubre cinco series en recto y helicoidal, rectificadas y fresadas de precisión, módulo M1–M12, longitudes estándar de 500 mm y 1000 mm, con precisión declarada como 6h25.

Envíe el plano junto con las condiciones de funcionamiento — velocidad de entrada, las órdenes que le interesan, estructura de la carcasa y lubricación — y responderemos la ruta de proceso y los elementos de inspección línea por línea: https://www.geyontech.com/get-a-gear-quote/