El diseño y la simulación de transmisiones por engranajes, y específicamente de engranajes cilíndricos -rectos y helicoidales- de perfil de evolvente, constituye la principal línea de investigación del Grupo de Investigación de Ingeniería Mecánica de la UNED. Se trata de un grupo de investigación consolidado, reconocido a nivel nacional e internacional, con más de 100 publicaciones en revistas técnicas y congresos especializados, y presente en los comités científicos y técnicos de conferencias y organismos de normalización. A este grupo pertenecen todos los integrantes del equipo docente de la línea de investigación en Transmisiones avanzadas de engranajes, para la realización del trabajo fin de máster del Máster en Investigación en Tecnologías Industriales; y de los resultados de su actividad investigadora es de lo que se nutre esta línea de investigación del máster.
Como trabajo fin de máster, la actividad a desarrollar a lo largo del curso estará orientada a la acreditación de las competencias adquiridas a lo largo del máster; y como máster investigador, esta acreditación de competencias se habrá de plasmar en el desarrollo de un trabajo de investigación dirigido. Como es natural, este trabajo de investigación se definirá en consonancia con la actividad que en cada momento esté desarrollando el grupo de investigación, y de modo especial en los resultados de investigaciones previas, susceptibles de ser explorados.
Sin embargo, puesto que el Máster en Investigación en Tecnologías Industriales da acceso directo al programa de doctorado del mismo nombre de la ETS Ingenieros Industriales de la UNED, es razonable suponer que un número significativo de alumnos que realicen su TFM es esta línea habrán de estar interesados en cursar después estudios de doctorado, en esta misma línea. En este sentido, y siempre que sea posible, los trabajos fin de máster que se oferten cada año en esta línea estarán concebidos como inicio y fundamento de una línea de investigación más ambiciosa, que pueda derivar en el desarrollo de una tesis doctoral. Y, como es natural, estarán completamente imbricados en los proyectos de investigación que en cada momento esté desarrollando el grupo.
Los estudiantes que escojan esta línea para el TFM habrán cursado previamente la asignatura de Diseño avanzado de transmisiones por engranajes. En ella habrán adquirido conocimientos sobre el reparto de carga en dientes de engranajes y la rigidez de engrane, así como de su aplicación al desarrollo de modelos de comportamiento resistente a fatiga y la estimación de las pérdidas por fricción. Serán, por tanto, objeto de propuestas para trabajos fin de máster, nuevas aplicaciones de los modelos de carga y rigidez, al cálculo resistente o al rendimiento de nuevos tipos de transmisiones, o a cajas de engranajes específicas que se hayan de mejorar. A modo de ejemplo, cabe citar el proyecto fin de carrera (no de este máster), dirigido por miembros del grupo de investigación y defendido en 2019, que llevaba por título Optimización de la caja de engranajes para servicios auxiliares del avión de combate EF-18. El autor, comandante del ejército del aire y piloto de EF-18, estudió cómo minimizar las pérdidas por fricción en las 7 etapas de la caja de servicios auxiliares, donde se drena potencia de la turbina para alimentar los servicios auxiliares del avión. Obviamente, cada vatio de potencia que no sea necesario drenar de la turbina se traduce en un vatio adicional del que el piloto dispone para la propulsión de la nave. Se trataba por tanto de minimizar las pérdidas en la caja, manteniendo todas las dimensiones externas y posiciones de los ejes de la misma. El resultado fue una reducción en las pérdidas por fricción de un 25%, que, si bien en términos de potencia adicional para la propulsión es insignificante y no justifica la sustitución de las cajas actuales, obviamente podrá tenerse en cuenta el diseño de futuros modelos.
Pero la preparación adquirida por el estudiante en la asignatura de Diseño avanzado de transmisiones por engranajes permite incluso avanzar un paso más en el camino de la innovación. En la actualidad, la actividad del grupo de investigación se orienta al estudio de la deformación de los dientes bajo carga y a su influencia en el alargamiento del intervalo efectivo de contacto, la transferencia de carga al inicio y a la finalización del contacto, al error de transmisión, y de modo especial a la influencia en todo ello de la modificación del perfil. Todo ello, aplicado a engranajes exteriores e interiores, rectos y helicoidales, convencionales y de alto gado de recubrimiento, y con dimensiones estándar o no estándar, configura un vasto campo para la investigación, con multitud de posibilidades de contribuir al estado del conocimiento.
Pero el fundamento de todas estas líneas no está alejado del conocimiento adquirido por el alumno en la asignatura anterior. En efecto, el modelo de deformación es el resultado, casi inmediato, de la combinación de los modelos desarrollados de rigidez y combinación de carga. El error de transmisión se identifica con la variación de la magnitud de la deformación de la pareja de dientes a lo largo del ciclo de engrane. La transferencia de carga se puede modelar mediante el cálculo, relativamente sencillo, de la rigidez de engrane a lo largo del intervalo de contacto adicional. Quiere decirse, que, tras un estudio relativamente corto de algunos de los documentos del grupo de investigación, el alumno estará en condiciones de desarrollar su TFM en una línea integrada en los trabajos de investigación del grupo, y por tanto susceptible de ser continuada con la realización de una tesis doctoral. Esta es la línea de TFM que se recomienda para los alumnos que cursaron el máster con idea de, a través de él, acceder al programa de doctorado.
Se ha de destacar una vez más que el TFM es un trabajo tutelado, y que se desarrolla siempre, y en todo momento, bajo la supervisión del director. En este sentido, toda la documentación para la preparación del trabajo, ejercicios de adiestramiento, software de programación, etc., será seleccionado por el director del TFM al inicio del curso, y naturalmente serán específicos para cada alumno. En todo caso, siempre será bibliografía de referencia, para cualquier TFM que se desarrolle en esta línea, la bibliografía básica utilizada en la asignatura de Diseño avanzado de transmisiones por engranajes.
A esta línea de investigación se accede exclusivamente a través del itinerario en Ingeniería Mecánica del máster, que es el único que garantiza haber cursado previamente la asignatura de Diseño avanzado de transmisiones por engranajes. Además, se obliga a cursar, dentro de la oferta de optativas de la intensificación, las asignaturas de Análisis actual de problemas de mecánica de medios continuos: método de los elementos finitos, método de los elementos de contorno y métodos sin malla y de Biodinámica y biomateriales. De esta manera, la formación previa de quien desarrolle su trabajo de investigación en esta línea será la siguiente:
a) Las cuatro asignaturas del módulo I, de contenidos transversales:
P001 Metodología de la investigación tecnológica
P023 Ingeniería ambiental avanzada
P015 Métodos de análisis no lineal en ingeniería
P025 Métodos computacionales en ingeniería
b) Las tres asignaturas del módulo II, de contenidos específicos obligatorios del itinerario:
P017 Análisis avanzado de vibraciones en máquinas
P019 Diseño avanzado de transmisiones por engranajes
P020 Simulación numérica de flujos de fluidos en ingeniería
c) Dos asignaturas de las ofertadas como optativas en el módulo III, de contenidos específicos optativos del itinerario:
P003 Análisis actual de problemas de mecánica de medios continuos: método de los elementos finitos, método de los elementos de contorno y métodos sin malla
P018 Biodinámica y biomateriales
d) Una asignatura más de las ocho restantes ofertadas como optativas en el módulo III, de contenidos específicos optativos del itinerario.
Especial importancia para el desarrollo del trabajo de investigación tendrán los conocimientos, competencias y destrezas adquiridos en las siguientes asignaturas:
Metodología de la investigación tecnológica, en la que se sientan los métodos de la actividad investigadora que se habrá de desarrollar en el trabajo de investigación.
Diseño avanzado de transmisiones por engranajes, que, como se dijo más arriba, constituye el fundamento de la línea de investigación, que está orientada a los contenidos de la misma.
Métodos computacionales en ingeniería y Análisis actual de problemas de mecánica de medios continuos: método de los elementos finitos, método de los elementos de contorno y métodos sin malla, que proporcionan herramientas de trabajo, útiles para el desarrollo de algunos de los trabajos de la línea.
