ANÁLISIS ESTÁTICO DE ESFUERZOS PARA
UNA RUEDA DENTADA (SPROCKET) DE
TRANSMISIÓN DE POTENCIA MEDIANTE
SOFTWARE CAE
STATIC STRESS ANALYSIS FOR A POWER
TRANSMISSION SPROCKET USING CAE SOFTWARE
Juan Carlos Vásquez Jiménez
Instituto Tecnológico de Tehuacán, México
Adrian Sáenz García
Instituto Tecnológico de Tehuacán, México
María Estela Orduña Ramirez
Instituto Tecnológico de Tehuacán, México
María de Jesús Oregán Silva
Instituto Tecnológico de Tehuacán, México
Luis Antonio Leal López
Instituto Tecnológico de Tehuacán, México
pág. 1275
DOI: https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v9i6.21112
Análisis Estático de Esfuerzos para una Rueda Dentada (Sprocket) de
Transmisión de Potencia Mediante Software CAE
Juan Carlos Vásquez Jiménez1
jcvazquezj@hotmail.com
https://orcid.org/0000-0001-6764-7499
TecNM / Instituto Tecnológico de Tehuacán
México
Adrian Sáenz García
adrian.sg@tehuacan.tecnm.mx
TecNM / Instituto Tecnológico de Tehuacán
México
María Estela Orduña Ramirez
mariaestela.oe@tehuacan.tecnm.mx
https://orcid.org/0009-0007-3769-5773
TecNM / Instituto Tecnológico de Tehuacán
México
María de Jesús Oregán Silva
mariadejesus.os@tehuacan.tecnm.mx
https://orcid.org/0000-0003-2869-9354
TecNM / Instituto Tecnológico de Tehuacán
México
Luis Antonio Leal López
luisantonio.ll@tehuacan.tecnm.mx
https://orcid.org/0009-0005-8772-067X
TecNM / Instituto Tecnológico de Tehuacán
México
RESUMEN
El objetivo del proyecto es realizar un análisis estático por medio de un software CAD/CAE para la
validación de los cálculos realizados sobre los esfuerzos soportados por la rueda dentada considerando
también los materiales con los que se manufactura. El estudio se llevó a cabo mediante la utilización de
software CAD (Diseño Asistido por Computadora) para el diseño en 3D del sprocket (rueda dentada o
catarina) para el sistema de transmisión, para el análisis de los esfuerzos se aplica su complemento CAE
(Ingeniería Asistida por Computadora) para realizar análisis estático, estableciendo las sujeciones,
aplicando las fuerzas correspondientes, llevando a cabo un mallado medio para el análisis de elementos
finitos. obteniendo el reporte de los resultados de los esfuerzos para la realización de un comparativo
con los cálculos realizados
Palabras clave: análisis de esfuerzos, rueda dentada, CAE
1 Autor principal.
Correspondencia: jcvazquezj@hotmail.com
DOI: https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v9i6.21112
Análisis Estático de Esfuerzos para una Rueda Dentada (Sprocket) de
Transmisión de Potencia Mediante Software CAE
Juan Carlos Vásquez Jiménez1
jcvazquezj@hotmail.com
https://orcid.org/0000-0001-6764-7499
TecNM / Instituto Tecnológico de Tehuacán
México
Adrian Sáenz García
adrian.sg@tehuacan.tecnm.mx
TecNM / Instituto Tecnológico de Tehuacán
México
María Estela Orduña Ramirez
mariaestela.oe@tehuacan.tecnm.mx
https://orcid.org/0009-0007-3769-5773
TecNM / Instituto Tecnológico de Tehuacán
México
María de Jesús Oregán Silva
mariadejesus.os@tehuacan.tecnm.mx
https://orcid.org/0000-0003-2869-9354
TecNM / Instituto Tecnológico de Tehuacán
México
Luis Antonio Leal López
luisantonio.ll@tehuacan.tecnm.mx
https://orcid.org/0009-0005-8772-067X
TecNM / Instituto Tecnológico de Tehuacán
México
RESUMEN
El objetivo del proyecto es realizar un análisis estático por medio de un software CAD/CAE para la
validación de los cálculos realizados sobre los esfuerzos soportados por la rueda dentada considerando
también los materiales con los que se manufactura. El estudio se llevó a cabo mediante la utilización de
software CAD (Diseño Asistido por Computadora) para el diseño en 3D del sprocket (rueda dentada o
catarina) para el sistema de transmisión, para el análisis de los esfuerzos se aplica su complemento CAE
(Ingeniería Asistida por Computadora) para realizar análisis estático, estableciendo las sujeciones,
aplicando las fuerzas correspondientes, llevando a cabo un mallado medio para el análisis de elementos
finitos. obteniendo el reporte de los resultados de los esfuerzos para la realización de un comparativo
con los cálculos realizados
Palabras clave: análisis de esfuerzos, rueda dentada, CAE
1 Autor principal.
Correspondencia: jcvazquezj@hotmail.com
pág. 1276
Static Stress Analysis for a Power Transmission Sprocket Using CAE
Software
ABSTRACT
The objective of the project is to perform a static analysis using CAD/CAE software to validate the
calculations made on the stresses supported by the gearwheel, also considering the materials with which
it is manufactured. The study was carried out using CAD (Computer Aided Design) software for the
3D design of the sprocket (gearwheel or sprocket) for the transmission system. For the analysis of the
stresses, its CAE (Computer Aided Engineering) complement is applied to perform static analysis,
establishing the fasteners, applying the corresponding forces, carrying out a medium meshing for the
finite element analysis. obtaining the report of the results of the stresses for a comparison with the
calculations performed
Keywords: stress analysis, sprocket, CAE
Artículo recibido 15 octubre 2025
Aceptado para publicación: 18 noviembre2025
Static Stress Analysis for a Power Transmission Sprocket Using CAE
Software
ABSTRACT
The objective of the project is to perform a static analysis using CAD/CAE software to validate the
calculations made on the stresses supported by the gearwheel, also considering the materials with which
it is manufactured. The study was carried out using CAD (Computer Aided Design) software for the
3D design of the sprocket (gearwheel or sprocket) for the transmission system. For the analysis of the
stresses, its CAE (Computer Aided Engineering) complement is applied to perform static analysis,
establishing the fasteners, applying the corresponding forces, carrying out a medium meshing for the
finite element analysis. obtaining the report of the results of the stresses for a comparison with the
calculations performed
Keywords: stress analysis, sprocket, CAE
Artículo recibido 15 octubre 2025
Aceptado para publicación: 18 noviembre2025
pág. 1277
INTRODUCCIÓN
Se realiza este trabajo para hacer una validación por medio del complemento del CAD, que es el Diseño
Asistido por Computadora de los cálculos realizados teóricamente. La utilización de un software CAE
se centran sobre todo en la reducción de la creación de prototipos y la realización de pruebas, que
pueden resultar costosas, además de incrementar la eficacia del proceso de diseño.
El CAE no sustituye a los prototipos y las pruebas. En cambio, proporciona un alto nivel de confianza
en que realiza las pruebas correctas y que su producto debería sobrevivir a su entorno operativo. Permite
a optimizar sus diseños para crear el mejor producto posible dentro de las especificaciones de diseño.
Uno de los aspectos problemáticos está enmarcado en la realización de los cálculos matemáticos y
físicos son primordiales para el sustento científico para cualquier diseño en ingeniería, por lo que es
necesario la búsqueda del conocimiento requerido para tal efecto, pero a su vez se hace un poco
complicado.
Para lo cual el CAE es un software que nos proporciona ayuda para simular el rendimiento basado en a
física para mejorar los diseños de productos o ayudar en la resolución.
La transmisión de potencia mediante ruedas dentadas es un principio clave en la ingeniería mecánica,
donde la precisión geométrica de los dientes y el ajuste adecuado con la cadena resultan determinantes
para la eficiencia del sistema.
Cuando una rueda dentada gira, cada diente empuja de manera controlada los eslabones de la cadena,
generando así una transferencia de energía que mantiene una relación constante de velocidad y torque
entre los ejes conectados.
Este mecanismo no solo permite adaptar la velocidad de giro, sino también multiplicar o reducir la
fuerza transmitida dependiendo del tamaño relativo de los sprockets involucrados. Gracias a esta
versatilidad, los sistemas de transmisión por rueda dentada se utilizan en todo tipo de aplicaciones,
desde equipos ligeros hasta maquinaria pesada, optimizando el rendimiento y la vida útil de los
componentes.
INTRODUCCIÓN
Se realiza este trabajo para hacer una validación por medio del complemento del CAD, que es el Diseño
Asistido por Computadora de los cálculos realizados teóricamente. La utilización de un software CAE
se centran sobre todo en la reducción de la creación de prototipos y la realización de pruebas, que
pueden resultar costosas, además de incrementar la eficacia del proceso de diseño.
El CAE no sustituye a los prototipos y las pruebas. En cambio, proporciona un alto nivel de confianza
en que realiza las pruebas correctas y que su producto debería sobrevivir a su entorno operativo. Permite
a optimizar sus diseños para crear el mejor producto posible dentro de las especificaciones de diseño.
Uno de los aspectos problemáticos está enmarcado en la realización de los cálculos matemáticos y
físicos son primordiales para el sustento científico para cualquier diseño en ingeniería, por lo que es
necesario la búsqueda del conocimiento requerido para tal efecto, pero a su vez se hace un poco
complicado.
Para lo cual el CAE es un software que nos proporciona ayuda para simular el rendimiento basado en a
física para mejorar los diseños de productos o ayudar en la resolución.
La transmisión de potencia mediante ruedas dentadas es un principio clave en la ingeniería mecánica,
donde la precisión geométrica de los dientes y el ajuste adecuado con la cadena resultan determinantes
para la eficiencia del sistema.
Cuando una rueda dentada gira, cada diente empuja de manera controlada los eslabones de la cadena,
generando así una transferencia de energía que mantiene una relación constante de velocidad y torque
entre los ejes conectados.
Este mecanismo no solo permite adaptar la velocidad de giro, sino también multiplicar o reducir la
fuerza transmitida dependiendo del tamaño relativo de los sprockets involucrados. Gracias a esta
versatilidad, los sistemas de transmisión por rueda dentada se utilizan en todo tipo de aplicaciones,
desde equipos ligeros hasta maquinaria pesada, optimizando el rendimiento y la vida útil de los
componentes.
pág. 1278
Figura 1. Transmisiones mecanicas.
Un sprocket, también conocido como rueda dentada o catarina, es un componente mecánico
fundamental en los sistemas de transmisión de potencia. Su función principal es transferir el
movimiento rotatorio de un eje a otro mediante el uso de una cadena o banda dentada, permitiendo así
la transmisión eficiente de fuerza en mecanismos como bicicletas, motocicletas, maquinaria industrial
y sistemas de transporte. Los dientes del sprocket se enganchan perfectamente con los eslabones de la
cadena, lo que garantiza una sincronización precisa y minimiza el deslizamiento, asegurando que el
movimiento generado por el motor o fuerza motriz se transfiera de manera confiable hacia las ruedas o
componentes asociados. Además, la elección del material del sprocket influye directamente en la
durabilidad y resistencia al desgaste, factores esenciales para el buen funcionamiento y seguridad del
sistema de transmisión.
El objetivo general de este trabajo es el realizar un análisis estático aplicado a un sistema motriz de una
banda seleccionadora, para este caso rueda dentada y cadena flexible, mediante Ingeniería Asistida por
Computadora CAE (Análisis de Elemento Finito), para la verificación de cálculos y prueba de los
materiales utilizados en su manufactura.
Con la realizacion mediante el apoyo del software CAE de este estudio simplifica el analisis de los
esfuerzos de una manera precisa y rapida, el cual ayuda a validar los resultados obtenidos de los calculos
realizados.
Figura 1. Transmisiones mecanicas.
Un sprocket, también conocido como rueda dentada o catarina, es un componente mecánico
fundamental en los sistemas de transmisión de potencia. Su función principal es transferir el
movimiento rotatorio de un eje a otro mediante el uso de una cadena o banda dentada, permitiendo así
la transmisión eficiente de fuerza en mecanismos como bicicletas, motocicletas, maquinaria industrial
y sistemas de transporte. Los dientes del sprocket se enganchan perfectamente con los eslabones de la
cadena, lo que garantiza una sincronización precisa y minimiza el deslizamiento, asegurando que el
movimiento generado por el motor o fuerza motriz se transfiera de manera confiable hacia las ruedas o
componentes asociados. Además, la elección del material del sprocket influye directamente en la
durabilidad y resistencia al desgaste, factores esenciales para el buen funcionamiento y seguridad del
sistema de transmisión.
El objetivo general de este trabajo es el realizar un análisis estático aplicado a un sistema motriz de una
banda seleccionadora, para este caso rueda dentada y cadena flexible, mediante Ingeniería Asistida por
Computadora CAE (Análisis de Elemento Finito), para la verificación de cálculos y prueba de los
materiales utilizados en su manufactura.
Con la realizacion mediante el apoyo del software CAE de este estudio simplifica el analisis de los
esfuerzos de una manera precisa y rapida, el cual ayuda a validar los resultados obtenidos de los calculos
realizados.
pág. 1279
METODOLOGÍA
Definición del sistema de transmisión de potencia
Para los efectos del trabajo se considera un sprocket (catarina)
Tipo B Paso 40/12 dientes,
Barreno interior ½”,
Diámetro exterior 2.17” Nomenclatura 40B12.
Figura 2. Sprocket 40-1R
Tabla 1. Características de la rueda dentada.
Caractristicas del SPROCKET
Numero de dientes 12
Numero de parte 40B12
Diámetro exterior (mm) 55.11
Diámetro primitivo (mm) 49.07
Tipo B
Barreno Piloto (mm) 12.7
Máximo (mm) 25.4
Diámetro maza (mm) 34
Largo total 28
Peso aprox. (kg) 0.24
METODOLOGÍA
Definición del sistema de transmisión de potencia
Para los efectos del trabajo se considera un sprocket (catarina)
Tipo B Paso 40/12 dientes,
Barreno interior ½”,
Diámetro exterior 2.17” Nomenclatura 40B12.
Figura 2. Sprocket 40-1R
Tabla 1. Características de la rueda dentada.
Caractristicas del SPROCKET
Numero de dientes 12
Numero de parte 40B12
Diámetro exterior (mm) 55.11
Diámetro primitivo (mm) 49.07
Tipo B
Barreno Piloto (mm) 12.7
Máximo (mm) 25.4
Diámetro maza (mm) 34
Largo total 28
Peso aprox. (kg) 0.24
pág. 1280
Tabla 2. Características de la cadena
Características de cadena de transmisión 40-1R
N° Cadena ANSI 40-1
N° Cadena BS/ISO 08A-1
Paso P 12,700 mm
Diámetro del rodillo (d1max) (mm) 7,95 mm
Distancia entre placas interiores (b1max) 7,85 mm
Diámetro del pasador (d2max) 3,96 mm
Longitud del pasador L max 16,60 mm
LC max 17,80 mm
Longitud del pasador con chaveta (LC max) –
Altura de la placa interior (h2max) 12,00 mm
Espesor de la placa (T max) 1,50 mm
Paso transversal (Pt) –
Carga límite de rotura (Q min) 14,1 kN
Carga de rotura promedio (Q0) 17,5 kN
Peso por metro (q) 0,62 kg/m
Designación PHC 40-1
Diseño CAD de la rueda dentada
Diseñar la rueda dentada (sprocket) para la transmisión de potencia de banda clasificadora considerando
las dimensiones anteriormente señaladas mediante un software CAD
Análisis de esfuerzos. Análisis estático
Para la realización del análisis estático de la rueda dentada para el prototipo es necesario aperturar el
complemento Simulation para el cual se tendrá en cuenta que la aplicación de los esfuerzos es por
torsión con una fuerza aplicada en un diente.
Se define el material mediante en el icono que se encuentra en el Feature Manager.
Una vez aplicadas las sujeciones y las cargas, se procede a la realización del mallado de la pieza,
terminadas las condicionantes se procede a la ejecución del análisis de elemento finito y este se basa en
dividir el modelo o geometría a validar en múltiples partes de pequeño tamaño denominados Elementos.
La división del modelo 3D en pequeñas partes divide un problema complejo en muchos problemas de
mayor simplicidad y que puedan ser resueltos de forma simultánea en menor tiempo. Los elementos
Tabla 2. Características de la cadena
Características de cadena de transmisión 40-1R
N° Cadena ANSI 40-1
N° Cadena BS/ISO 08A-1
Paso P 12,700 mm
Diámetro del rodillo (d1max) (mm) 7,95 mm
Distancia entre placas interiores (b1max) 7,85 mm
Diámetro del pasador (d2max) 3,96 mm
Longitud del pasador L max 16,60 mm
LC max 17,80 mm
Longitud del pasador con chaveta (LC max) –
Altura de la placa interior (h2max) 12,00 mm
Espesor de la placa (T max) 1,50 mm
Paso transversal (Pt) –
Carga límite de rotura (Q min) 14,1 kN
Carga de rotura promedio (Q0) 17,5 kN
Peso por metro (q) 0,62 kg/m
Designación PHC 40-1
Diseño CAD de la rueda dentada
Diseñar la rueda dentada (sprocket) para la transmisión de potencia de banda clasificadora considerando
las dimensiones anteriormente señaladas mediante un software CAD
Análisis de esfuerzos. Análisis estático
Para la realización del análisis estático de la rueda dentada para el prototipo es necesario aperturar el
complemento Simulation para el cual se tendrá en cuenta que la aplicación de los esfuerzos es por
torsión con una fuerza aplicada en un diente.
Se define el material mediante en el icono que se encuentra en el Feature Manager.
Una vez aplicadas las sujeciones y las cargas, se procede a la realización del mallado de la pieza,
terminadas las condicionantes se procede a la ejecución del análisis de elemento finito y este se basa en
dividir el modelo o geometría a validar en múltiples partes de pequeño tamaño denominados Elementos.
La división del modelo 3D en pequeñas partes divide un problema complejo en muchos problemas de
mayor simplicidad y que puedan ser resueltos de forma simultánea en menor tiempo. Los elementos
pág. 1281
comparten entre ellos puntos comunes de intersección llamados Nodos. El proceso de división del
modelo a evaluar en pequeños elementos de formas simples se denomina Mallado.
Los programas basados en FEM formulan ecuaciones matemáticas que siguen el comportamiento de
cada uno de los elementos teniendo en cuenta su conectividad de los demás elementos a través de los
nodos. Las ecuaciones matemáticas empleadas en un Estudio Estático definen los desplazamientos de
cada uno de los nodos en las direcciones X, Y, y Z, en función de las cargas, las restricciones de
movimiento y las propiedades mecánicas del material empleado, entre otros aspectos. El
desplazamiento de cada uno de los nodos permite al programa calcular las deformaciones unitarias en
las diferentes direcciones y las tensiones resultantes.
Finalmente, el Post-Procesado representa el modelo tridimensional con gamas de colores que indican
las tensiones y deformaciones sufridas bajo las condiciones de contorno definidas como Sujeciones,
Carga y Material.
Posteriormente se realiza la ejecución del complemento para obtener los reportes.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Cálculos de datos de sprocket y cadena
Figura 3. Sistema de trasmisión de potencia. (Budynas y Nisbett, 2008, 889)
De= Diámetro exterior = 2.17 plg = 55.118 mm
Di = Diámetro interior = 47.168 mm
D = Diámetro primitivo = 49.069 mm
d = Diámetro del rodillo = 7.95 mm
comparten entre ellos puntos comunes de intersección llamados Nodos. El proceso de división del
modelo a evaluar en pequeños elementos de formas simples se denomina Mallado.
Los programas basados en FEM formulan ecuaciones matemáticas que siguen el comportamiento de
cada uno de los elementos teniendo en cuenta su conectividad de los demás elementos a través de los
nodos. Las ecuaciones matemáticas empleadas en un Estudio Estático definen los desplazamientos de
cada uno de los nodos en las direcciones X, Y, y Z, en función de las cargas, las restricciones de
movimiento y las propiedades mecánicas del material empleado, entre otros aspectos. El
desplazamiento de cada uno de los nodos permite al programa calcular las deformaciones unitarias en
las diferentes direcciones y las tensiones resultantes.
Finalmente, el Post-Procesado representa el modelo tridimensional con gamas de colores que indican
las tensiones y deformaciones sufridas bajo las condiciones de contorno definidas como Sujeciones,
Carga y Material.
Posteriormente se realiza la ejecución del complemento para obtener los reportes.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Cálculos de datos de sprocket y cadena
Figura 3. Sistema de trasmisión de potencia. (Budynas y Nisbett, 2008, 889)
De= Diámetro exterior = 2.17 plg = 55.118 mm
Di = Diámetro interior = 47.168 mm
D = Diámetro primitivo = 49.069 mm
d = Diámetro del rodillo = 7.95 mm
pág. 1282
p = Paso de la cadena = 12.7 mm
N = Número de dientes = 12 dientes
D = p
sen180°
N
D = 12.7 mm
sen 180°
12
= 49.069 mm
Di = D − d = 40.069 − 7.95 = 47.168 mm
Velocidad máxima y mínima de salida en el sprocket
vmax = π Dp n
100 = vmin = π Di n
1000
Se considera a n = velocidad rotacional de la catarina para valores de 30, 40 y 60 revoluciones por
minuto.
Tabla 3. Velocidades de salida máximas considerando la rotación de la catarina.
30 rpm 40 rpm 60 rpm
v max 4.624 m/s 6.166 m/s 9.249 m/s
v min 4.445 m/s 5.927 m/s 8.890 m/s
Tipos de fuerzas en la rueda
Durante el funcionamiento, en el punto de contacto entre los dientes se generan diferentes fuerzas:
Fuerza tangencial (Ft): responsable de la transmisión de torque. La fuerza tangencial es la principal
fuerza de trabajo en un engranaje y se calcula con la siguiente expresión
Ft = (2 × Mt) / d
Fuerza radial (Fr): actúa perpendicular a la tangencial y tiende a separar los engranajes. La fuerza
radial está relacionada con el ángulo de presión. No participa en la transmisión de potencia, pero sí
afecta los apoyos y el diseño del alojamiento
Fr = Ft × tan(α)
Fuerza axial (Fa): aparece en ruedas dentadas helicoidales y cónicos, y actúa a lo largo del eje de la
rueda.
Donde:
Ft: Fuerza tangencial (N)
Mt: Par transmitido 27 Nm
p = Paso de la cadena = 12.7 mm
N = Número de dientes = 12 dientes
D = p
sen180°
N
D = 12.7 mm
sen 180°
12
= 49.069 mm
Di = D − d = 40.069 − 7.95 = 47.168 mm
Velocidad máxima y mínima de salida en el sprocket
vmax = π Dp n
100 = vmin = π Di n
1000
Se considera a n = velocidad rotacional de la catarina para valores de 30, 40 y 60 revoluciones por
minuto.
Tabla 3. Velocidades de salida máximas considerando la rotación de la catarina.
30 rpm 40 rpm 60 rpm
v max 4.624 m/s 6.166 m/s 9.249 m/s
v min 4.445 m/s 5.927 m/s 8.890 m/s
Tipos de fuerzas en la rueda
Durante el funcionamiento, en el punto de contacto entre los dientes se generan diferentes fuerzas:
Fuerza tangencial (Ft): responsable de la transmisión de torque. La fuerza tangencial es la principal
fuerza de trabajo en un engranaje y se calcula con la siguiente expresión
Ft = (2 × Mt) / d
Fuerza radial (Fr): actúa perpendicular a la tangencial y tiende a separar los engranajes. La fuerza
radial está relacionada con el ángulo de presión. No participa en la transmisión de potencia, pero sí
afecta los apoyos y el diseño del alojamiento
Fr = Ft × tan(α)
Fuerza axial (Fa): aparece en ruedas dentadas helicoidales y cónicos, y actúa a lo largo del eje de la
rueda.
Donde:
Ft: Fuerza tangencial (N)
Mt: Par transmitido 27 Nm
pág. 1283
dp: Diámetro primitivo = 49.07 mm
n: Velocidad de giro = 60 rpm
z; Número de dientes) = 12
P: Potencia transmitida: 2kW
Fr: Fuerza radial (N)
Fuerza tangencial Ft:
𝐹𝑡 = ( 2 × 𝑀𝑡 )
𝑑𝑝 = ( 2 × 27 𝑁𝑚 )
0.049077 = 1,100.47 𝑁
Fuerza radial Fr:
𝐹𝑟 = 𝐹𝑡 × 𝑡𝑎𝑛 ∝ = 1,100.47 𝑁 × tan 20° = 400.54 𝑁
Realización del estudio
Figura 4. CAD de la Catarina.
Tabla 4. Propiedades sprocket 4012.
Masa: 0.190622 kg
Volumen: 2.4283e-005 m3
Densidad: 7850 kg/m3
Peso: 1.86809 N
Tabla 5. Propiedades de estudio.
Nombre de estudio: Análisis estático 1
Tipo de análisis: Análisis estático
Tipo de mallado: Malla sólida
dp: Diámetro primitivo = 49.07 mm
n: Velocidad de giro = 60 rpm
z; Número de dientes) = 12
P: Potencia transmitida: 2kW
Fr: Fuerza radial (N)
Fuerza tangencial Ft:
𝐹𝑡 = ( 2 × 𝑀𝑡 )
𝑑𝑝 = ( 2 × 27 𝑁𝑚 )
0.049077 = 1,100.47 𝑁
Fuerza radial Fr:
𝐹𝑟 = 𝐹𝑡 × 𝑡𝑎𝑛 ∝ = 1,100.47 𝑁 × tan 20° = 400.54 𝑁
Realización del estudio
Figura 4. CAD de la Catarina.
Tabla 4. Propiedades sprocket 4012.
Masa: 0.190622 kg
Volumen: 2.4283e-005 m3
Densidad: 7850 kg/m3
Peso: 1.86809 N
Tabla 5. Propiedades de estudio.
Nombre de estudio: Análisis estático 1
Tipo de análisis: Análisis estático
Tipo de mallado: Malla sólida
pág. 1284
Figura 5. Determinación de
caraterísticas
Tabla 6. Propiedades del material.
Referencia de modelo Propiedades
Nombre: AISI 1045
Acero estirado en frío
Tipo de modelo: Isotrópico elástico
lineal
Límite elástico: 5.3e+008 N/m^2
Límite de tracción: 6.25e+008 N/m^2
Módulo elástico: 2.05e+011 N/m^2
Coeficiente de Poisson: 0.29
Densidad: 7850 kg/m^3
Módulo cortante: 8e+010 N/m^2
Coeficiente de dilatación
térmica:
1.2e-005 /Kelvin
Figura 6. Sujeciones Tabla 7. Sujeciones y componentes.
Detalles de
sujeción:
Entidades: 1 cara(s) Tipo:
Geometría fija
Fuerzas
resultantes
Fuerza de reacción (N)
Componente X 0.423324
Componente Y 188.118
Componente Z -2433.51
Figura 7. Carga: momento torsor. Tabla 8. Detalles de la carga.
Detalles de
carga:
Entidades: 2 cara(s)
Tipo: Aplicar momento torsor
Valor: 27 N.m
Figura 5. Determinación de
caraterísticas
Tabla 6. Propiedades del material.
Referencia de modelo Propiedades
Nombre: AISI 1045
Acero estirado en frío
Tipo de modelo: Isotrópico elástico
lineal
Límite elástico: 5.3e+008 N/m^2
Límite de tracción: 6.25e+008 N/m^2
Módulo elástico: 2.05e+011 N/m^2
Coeficiente de Poisson: 0.29
Densidad: 7850 kg/m^3
Módulo cortante: 8e+010 N/m^2
Coeficiente de dilatación
térmica:
1.2e-005 /Kelvin
Figura 6. Sujeciones Tabla 7. Sujeciones y componentes.
Detalles de
sujeción:
Entidades: 1 cara(s) Tipo:
Geometría fija
Fuerzas
resultantes
Fuerza de reacción (N)
Componente X 0.423324
Componente Y 188.118
Componente Z -2433.51
Figura 7. Carga: momento torsor. Tabla 8. Detalles de la carga.
Detalles de
carga:
Entidades: 2 cara(s)
Tipo: Aplicar momento torsor
Valor: 27 N.m
pág. 1285
Figura 7. Mallado sólido.
Tabla 9. Características de la malla. Tabla 10. Información de malla. Detalles
Tipo de malla Malla sólida Número total de nodos 14847
Mallador utilizado: Malla estándar Número total de elementos 9197
Puntos jacobianos 4 puntos Cociente máximo de aspecto 5.0029
Tamaño de
elementos
0.114048 in % de elementos cuyo cociente de aspecto
es < 3
97.7
Tolerancia 0.0057024 in
Calidad de malla Elementos
cuadráticos de alto
orden
Tabla 11. Fuerzas de reacción (N).
Sum X 0.423324
Sum Y 188.118
Sum Z -2433.51
Resultante 2440.77
.
Figura 8. Tensiones Tabla 12. Resultados del estudio: Tensiones1
Nombre Tipo Mín. Máx.
Tensiones1 VON:
Tensión de
von Mises
3973.62
N/m^2
Nodo:
11270
1.08588e+008
N/m^2
Nodo: 562
Figura 7. Mallado sólido.
Tabla 9. Características de la malla. Tabla 10. Información de malla. Detalles
Tipo de malla Malla sólida Número total de nodos 14847
Mallador utilizado: Malla estándar Número total de elementos 9197
Puntos jacobianos 4 puntos Cociente máximo de aspecto 5.0029
Tamaño de
elementos
0.114048 in % de elementos cuyo cociente de aspecto
es < 3
97.7
Tolerancia 0.0057024 in
Calidad de malla Elementos
cuadráticos de alto
orden
Tabla 11. Fuerzas de reacción (N).
Sum X 0.423324
Sum Y 188.118
Sum Z -2433.51
Resultante 2440.77
.
Figura 8. Tensiones Tabla 12. Resultados del estudio: Tensiones1
Nombre Tipo Mín. Máx.
Tensiones1 VON:
Tensión de
von Mises
3973.62
N/m^2
Nodo:
11270
1.08588e+008
N/m^2
Nodo: 562
pág. 1286
Figura 9. Desplazamientos resultantes Tabla 12. Desplazamientos1.
Tipo Mín. Máx.
URES:
Desplazamientos
resultantes
0 mm
Nodo:
199
0.00910805 mm
Nodo: 517
Figura 10. Desplazamientos unitarios Tabla 13. Deformaciones unitarias 1.
Tipo Mín. Máx.
ESTRN:
Deformación unitaria
equivalente
2.40876e-008
Elemento:
5612
0.000369009
Elemento:
3545
Una vez concluido el estudio mediante el software CAE se procede a realizar las comparaciones
correspondiente de los cálculos teóricos llevados a cabo y los resultados del análisis computacional y
se procede a validar el mismo.
CONCLUSIONES
Al concluir un análisis estático realizado por medio de software CAE (Ingeniería Asistida por
Computadora), se obtiene una perspectiva integral sobre la respuesta mecánica de la rueda dentada ante
las cargas y condiciones de operación previstas. Este proceso, al combinar modelado tridimensional y
simulación por elementos finitos, permite validar los cálculos teóricos y anticipar el comportamiento
estructural antes de fabricar el componente, lo que resulta esencial para garantizar la confiabilidad y
seguridad del sistema de transmisión.
Figura 9. Desplazamientos resultantes Tabla 12. Desplazamientos1.
Tipo Mín. Máx.
URES:
Desplazamientos
resultantes
0 mm
Nodo:
199
0.00910805 mm
Nodo: 517
Figura 10. Desplazamientos unitarios Tabla 13. Deformaciones unitarias 1.
Tipo Mín. Máx.
ESTRN:
Deformación unitaria
equivalente
2.40876e-008
Elemento:
5612
0.000369009
Elemento:
3545
Una vez concluido el estudio mediante el software CAE se procede a realizar las comparaciones
correspondiente de los cálculos teóricos llevados a cabo y los resultados del análisis computacional y
se procede a validar el mismo.
CONCLUSIONES
Al concluir un análisis estático realizado por medio de software CAE (Ingeniería Asistida por
Computadora), se obtiene una perspectiva integral sobre la respuesta mecánica de la rueda dentada ante
las cargas y condiciones de operación previstas. Este proceso, al combinar modelado tridimensional y
simulación por elementos finitos, permite validar los cálculos teóricos y anticipar el comportamiento
estructural antes de fabricar el componente, lo que resulta esencial para garantizar la confiabilidad y
seguridad del sistema de transmisión.
pág. 1287
La validación por medio de análisis estático contribuye directamente al incremento en la seguridad
operativa del sistema de transmisión. Al conocer con precisión cómo responde la rueda dentada ante las
cargas, se reduce el riesgo de fallas inesperadas que podrían causar accidentes, daños en el equipo o
paros en la producción. Además, se optimiza la eficiencia energética, ya que un diseño adecuado
minimiza pérdidas por fricción, desalineaciones o deformaciones.
Las recomendaciones que se pueden considerar son:
• Realizar alguna modificación en el diseño de la rueda dentada en zonas donde se detectan altos
esfuerzos.
• Seleccionar materiales con mejores propiedades mecánicas si así los resultados lo exigen.
• Ajustar el proceso de fabricación para garantizar tolerancias y acabados que mejoren el desempeño
del componente.
• Realizar pruebas físicas complementarias para validar los resultados de la simulación.
• Impacto en la seguridad y la eficiencia del sistema
Ventajas sobre métodos tradicionales
El enfoque asistido por computadora supera a los métodos convencionales en varios aspectos:
• Mayor precisión y capacidad de modelar geometrías complejas.
• Evaluación rápida de múltiples escenarios y materiales.
• Reducción de prototipos físicos, disminuyendo tiempo y costos.
• Comunicación eficaz de resultados mediante reportes visuales y cuantitativos.
Limitaciones y consideraciones del análisis estático
Si bien el análisis estático mediante CAE es una herramienta poderosa, es fundamental reconocer sus
limitaciones. El modelo depende de la calidad de los datos de entrada, como las propiedades del
material, condiciones de carga y las sujeciones simuladas. La precisión de la malla y los algoritmos
empleados también influye en la confiabilidad de los resultados.
Sintetizando, al finalizar un análisis estático por medio de software CAE se obtiene una validación
robusta del diseño de la rueda dentada, identificando fortalezas y debilidades, optimizando materiales
y geometría, y proponiendo mejoras para aumentar la seguridad, eficiencia y vida útil del sistema de
La validación por medio de análisis estático contribuye directamente al incremento en la seguridad
operativa del sistema de transmisión. Al conocer con precisión cómo responde la rueda dentada ante las
cargas, se reduce el riesgo de fallas inesperadas que podrían causar accidentes, daños en el equipo o
paros en la producción. Además, se optimiza la eficiencia energética, ya que un diseño adecuado
minimiza pérdidas por fricción, desalineaciones o deformaciones.
Las recomendaciones que se pueden considerar son:
• Realizar alguna modificación en el diseño de la rueda dentada en zonas donde se detectan altos
esfuerzos.
• Seleccionar materiales con mejores propiedades mecánicas si así los resultados lo exigen.
• Ajustar el proceso de fabricación para garantizar tolerancias y acabados que mejoren el desempeño
del componente.
• Realizar pruebas físicas complementarias para validar los resultados de la simulación.
• Impacto en la seguridad y la eficiencia del sistema
Ventajas sobre métodos tradicionales
El enfoque asistido por computadora supera a los métodos convencionales en varios aspectos:
• Mayor precisión y capacidad de modelar geometrías complejas.
• Evaluación rápida de múltiples escenarios y materiales.
• Reducción de prototipos físicos, disminuyendo tiempo y costos.
• Comunicación eficaz de resultados mediante reportes visuales y cuantitativos.
Limitaciones y consideraciones del análisis estático
Si bien el análisis estático mediante CAE es una herramienta poderosa, es fundamental reconocer sus
limitaciones. El modelo depende de la calidad de los datos de entrada, como las propiedades del
material, condiciones de carga y las sujeciones simuladas. La precisión de la malla y los algoritmos
empleados también influye en la confiabilidad de los resultados.
Sintetizando, al finalizar un análisis estático por medio de software CAE se obtiene una validación
robusta del diseño de la rueda dentada, identificando fortalezas y debilidades, optimizando materiales
y geometría, y proponiendo mejoras para aumentar la seguridad, eficiencia y vida útil del sistema de
pág. 1288
transmisión. Este enfoque permite a personas ingenieras tomar decisiones fundamentadas y confiables,
minimizando riesgos y asegurando el éxito del proyecto desde la etapa de diseño hasta la operación
final. El uso de herramientas CAD/CAE se ha convertido en un estándar imprescindible en la ingeniería
moderna, marcando la diferencia entre diseños convencionales y soluciones innovadoras, seguras y
eficientes.
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
Budynas, R. G. y Nisbett, J. K. (2008). Diseño en Ingeniería Mecánica de Shigley, Octava Edición.
McGraw-Hill - Interamericana Editores.
Carrasco, C. A. (2011). Metodología para el Análisis Estático y Dinámico de Estructuras Metálicas
Aplicando el Método de los Elementos Finitos. [Tesis Licenciatura]. Facultad de Ciencias e
Ingeniería. Pontificia Universidad Católica del Perú. https://tesis.pucp.edu.pe/items/e7d7db83-
eb6a-4376-aca7-8c1af74bc77a
Causer. (s. f.). Catálogo de Producto. https://www.roller.es/wp-content/catalogos/causer.pdf
Gerdau CORSA (s.f.). Manual de Perfiles Estructurales.
https://www.gerdaucorsa.com.mx/sites/mx_gerdau/files/PDF/Manual_Perfiles_Estructurales_
2019_new%20Validado-min.pdf
SKF GROUP. (2024). SKF Transmission chains.
https://cdn.skfmediahub.skf.com/api/public/0901d19680cc91d3/pdf_preview_medium/0901d
19680cc91d3_pdf_preview_medium.pdf#cid-242150
Gómez, S. (2016). Gran Libro de SolidWorks Simulation®. Marcombo.
Gómez, S. (2020). Gran Libro de SolidWorks®. Marcombo.
González, O.; Carlos Omar González, C. O. y López, A. (Enero -Junio 2020). Introducción al método
del elemento finito: Solidworks y Matlab. Ideas en Ciencias de la Ingeniería Vol. 1, Núm. 1.
27- 47. https://files.core.ac.uk/download/326907909.pdf
Martin Sprocket & Gear, Inc. (2014). El gran catálogo 4000.
https://lhenriques.com/archivos/catalogo_martin.pdf
Norton, R. L. (2009). Diseño de Maquinaria. Síntesis y análisis de máquinas y mecanismos. Cuarta
edición. McGraw Hill.
transmisión. Este enfoque permite a personas ingenieras tomar decisiones fundamentadas y confiables,
minimizando riesgos y asegurando el éxito del proyecto desde la etapa de diseño hasta la operación
final. El uso de herramientas CAD/CAE se ha convertido en un estándar imprescindible en la ingeniería
moderna, marcando la diferencia entre diseños convencionales y soluciones innovadoras, seguras y
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REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
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2019_new%20Validado-min.pdf
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pág. 1289
Oberg, E., et al. (2012). Machinery’s Handbook 29th Edition. Industrial Press.
Rodamientos BULNES, S.L. (2014). Catálogo de Transmisión de Potencia. Autor.
Rohan, R. et. al. (May 2020). Designing and Validation of a Sprocket Wheel for a Formula Student
Vehicle. International Journal of Engineering Research & Technology (IJERT), Vol. 9 Issue
05. 1300 – 1304.
https://pdfs.semanticscholar.org/8642/6ed23c99a6ea931a5811986a47f4dbf89386.pdf
Ternium. (2019). Informacion Tecnica de Tubería y Perfiles.
https://mx.ternium.com/media/310n00tl/cata-logo-ternium-tuberi-a-y-perfiles.pdf
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https://mx.ternium.com/media/310n00tl/cata-logo-ternium-tuberi-a-y-perfiles.pdf