Engranajes:
Engranaje es una rueda o cilindro
dentado empleado para transmitir un movimiento giratorio o alternativo desde
una parte de una máquina a otra. Un conjunto de dos o más engranajes que
transmite el movimiento de un eje a otro se denomina tren de engranajes. Los
engranajes se utilizan sobre todo para transmitir movimiento giratorio, pero
usando engranajes apropiados y piezas dentadas planas pueden transformar
movimiento alternativo en giratorio y viceversa
-Tipos de engranajes:
La principal clasificación de los
engranajes se efectúa según la disposición de sus ejes de rotación y según los
tipos de dentado. Según estos criterios existen los siguientes tipos de
engranajes:
Ejes paralelos:
* Cilíndricos de dientes rectos
* Cilíndricos de dientes
helicoidales
* Doble helicoidales
Ejes perpendiculares:
* Helicoidales cruzados
*Cónicos de dientes rectos
* Cónicos de dientes helicoidales
*Cónicos hipoides
* De rueda y tornillo sin fin
Por aplicaciones especiales se
pueden citar:
*Planetarios
* Interiores de cremallera
Por la forma de transmitir el
movimiento se pueden citar:
*Transmisión simple
*Transmisión
con engranaje loco
*Transmisión compuesta.
Transmisión mediante cadena o
polea dentada:
*Mecanismo piñón cadena
* Polea dentada
-Formacion de dientes de los engranajes:
Existe
una gran variedad de procedimientos para formar los dientes de
engranes, como fundición en arena, moldeo en cáscara, fundición por
revestimiento, fundición en molde permanente, fundición en matriz y
fundición centrífuga. Los dientes se forman también mediante el proceso
de metalurgia de polvos o, por extrusión, se puede formar una sola barra
de aluminio y luego rebanarse en engranes. Los engranes que soportan
grandes cargas, en comparación con su tamaño, suelen fabricarse de acero
y se cortan con cortadoras formadoras o con cortadoras generadoras. En
el corte de formado, el espacio del diente toma la forma exacta de la
cortadora. En el corte de generación, una herramienta que tiene una
forma diferente del perfil del diente se mueve en relación con el disco
del engrane, para obtener la forma adecuada del diente. Uno de los
métodos más recientes y prometedores de formado de dientes se llama
formado en frío o laminado en frío, en el que unos dados ruedan contra
discos de acero para formar los dientes. Las propiedades mecánicas del
metal se mejoran mucho mediante el proceso de laminado, y al mismo
tiempo se obtiene un perfil generado de alta calidad. Los dientes de
engranes se maquinan por fresado, cepillado o con fresa madre. Se
terminan mediante cepillado, bruñido, esmerilado o pulido. Los engranes
hechos a partir de termoplásticos tales como nailon, policarbonatos o
acetal son bastante populares y se fabrican fácilmente mediante moldeado
por inyección. Estos engranes son de baja a mediana precisión, de bajo
costo para cantidades de alta producción y una capacidad de carga
ligera, que pueden usarse sin lubricación.
-Frezado:
Los
dientes de los engranes se pueden cortar con una fresadora de forma,
para adaptarse al espacio del diente. En teoría cuando se emplea este
método se necesita utilizar una fresa diferente para cada engrane,
porque uno con 25 dientes, por ejemplo, tendrá un espacio del diente con
forma diferente a uno que cuente, digamos, con 24. En realidad, el
cambio en espacio no es tan grande y se ha determinado que se pueden
utilizar solamente ocho fresas para cortar con precisión razonable
cualquier engrane, en el rango de 12 dientes hasta la cremallera. Por
supuesto, se requiere un juego separado de fresas para cada paso.
-Engranajes de movimientos especiales:
Engranaje cilindrico de diente helicoidal:
Los engranajes cilíndricos de dentado helicoidal están caracterizados
por su dentado oblicuo con relación al eje de rotación. En estos
engranajes el movimiento se transmite de modo igual que en los
cilíndricos de dentado recto, pero con mayores ventajas. Los ejes de los
engranajes helicoidales pueden ser paralelos o cruzarse, generalmente a
90º. Para eliminar el empuje axial el dentado puede hacerse doble helicoidal.
Los engranajes helicoidales tienen la ventaja que transmiten más
potencia que los rectos, y también pueden transmitir más velocidad, son
más silenciosos y más duraderos; además, pueden transmitir el movimiento
de ejes que se corten. De sus inconvenientes se puede decir que se
desgastan más que los rectos, son más caros de fabricar y necesitan
generalmente más engrase que los rectos.
Lo más característico de un engranaje cilíndrico helicoidal es la
hélice que forma, siendo considerada la hélice como el avance de una
vuelta completa del diámetro primitivo del engranaje. De esta hélice
deriva el ángulo β que forma el dentado con el eje axial. Este ángulo
tiene que ser igual para las dos ruedas que engranan pero de orientación
contraria, o sea: uno a derechas y el otro a izquierda. Su valor se
establece a priori de acuerdo con la velocidad que tenga la transmisión,
los datos orientativos de este ángulo son los siguientes:
Velocidad lenta: β = (5º - 10º)
Velocidad normal: β = (15º - 25º)
Velocidad elevada: β = 30º
Las relaciones de transmisión que se aconsejan son más o menos parecidas a las de los engranajes rectos.
Engranajes helicoidales dobles:
Este tipo de engranajes fueron inventados por el fabricante de automóviles francés André Citroën,
y el objetivo que consiguen es eliminar el empuje axial que tienen los
engranajes helicoidales simples. Los dientes de los dos engranajes
forman una especie de V.
Los engranajes dobles son una combinación de hélice derecha e
izquierda. El empuje axial que absorben los apoyos o cojinetes de los
engranajes helicoidales es una desventaja de ellos y ésta se elimina por
la reacción del empuje igual y opuesto de una rama simétrica de un
engrane helicoidal doble.
Un engrane de doble hélice sufre únicamente la mitad del error de
deslizamiento que el de una sola hélice o del engranaje recto. Toda
discusión relacionada con los engranes helicoidales sencillos (de ejes
paralelos) es aplicable a los engranajes helicoidales dobles,
exceptuando que el ángulo de la hélice es generalmente mayor para los
helicoidales dobles, puesto que no hay empuje axial.
Con el método inicial de fabricación, los engranajes dobles,
conocidos como engranajes de espina, tenían un canal central para
separar los dientes opuestos, lo que facilitaba su mecanizado. El
desarrollo de las máquinas talladoras mortajadoras por generación, tipo
Sykes, hace posible tener dientes continuos, sin el hueco central. Como
curiosidad, la empresa Citroën ha adaptado en su logotipo la huella que produce la rodadura de los engranajes helicoidales dobles.
Engranajes de dientes conicos rectos:
Efectúan la transmisión de movimiento de ejes que se cortan en un mismo
plano, generalmente en ángulo recto aunque no es el único ángulo pues
puede variar dicho ángulo como por ejemplo 45, 60, 70, etc., por medio
de superficies cónicas dentadas. Los dientes convergen en el punto de
intersección de los ejes. Son utilizados para efectuar reducción de
velocidad con ejes en 90°. Estos engranajes generan más ruido que los
engranajes cónicos helicoidales. En la actualidad se usan muy poco.
Engranaje conico Helicoidal:
Se utilizan para reducir la velocidad en un eje de 90°. La diferencia
con el cónico recto es que posee una mayor superficie de contacto. Es de
un funcionamiento relativamente silencioso. Además pueden transmitir el
movimiento de ejes que se corten. Los datos constructivos de estos
engranajes se encuentran en prontuarios técnicos de mecanizado. Se
mecanizan en fresadoras especiales, en la actualidad Se utilizan en las
transmisiones posteriores de camiones y automóviles.
Engranaje conico Hipoide:
Un engranaje hipoide es un grupo de engranajes cónicos helicoidales
formados por un piñón reductor de pocos dientes y una rueda de muchos
dientes, que se instala principalmente en los vehículos industriales que
tienen la tracción en los ejes traseros. Tiene la ventaja de ser muy
adecuado para las carrocerías de tipo bajo, ganando así mucha
estabilidad el vehículo. Por otra parte la disposición helicoidal del
dentado permite un mayor contacto de los dientes del piñón con los de la
corona, obteniéndose mayor robustez en la transmisión. Su mecanizado es
muy complicado y se utilizan para ello máquinas talladoras especiales
(Gleason)
Tornillo sin fin y corona:
Es un mecanismo diseñado para transmitir grandes esfuerzos, que
también se utiliza como reductor de velocidad aumentando el torque en la
transmisión. Generalmente trabaja en ejes que se cruzan a 90º.
Tiene la desventaja de que su sentido de giro no es reversible, sobre
todo en grandes relaciones de transmisión, y de consumir en rozamiento
una parte importante de la potencia. En las construcciones de mayor
calidad la corona está fabricada de bronce y el tornillo sin fin, de acero
templado con el fin de reducir el rozamiento. Si este mecanismo
transmite grandes esfuerzos es necesario que esté muy bien lubricado
para matizar los desgastes por fricción.
El número de entradas de un tornillo sin fin suele ser de una a ocho.
Los datos de cálculo de estos engranajes están en prontuarios de mecanizado.
El tornillo sin fin puede mecanizarse mediante tornos, fresas
bicónicas o fresas centrales. La corona, por su parte, requiere fresas
normales o fresas madre
Engranajes planetarios:
Los engranajes planetarios, interiores o anulares son variaciones del
engranaje recto en los que los dientes están tallados en la parte
interior de un anillo o de una rueda con reborde, en vez de en el
exterior. Los engranajes interiores suelen ser impulsados por un piñón,
(también llamado piñón Sol, que es un engranaje pequeño con pocos
dientes). Este tipo de engranaje mantiene el sentido de la velocidad
angular. El tallado de estos engranajes se realiza mediante talladoras mortajadoras de generación.
La eficiencia de este sistema de reductores planetarios es igual a
0.98^(#etapas); es decir si tiene 5 etapas de reducción la eficiencia de
este reductor seria 0,904 o 90,4% aproximadamente.
Debido a que tienen más dientes en contacto que los otros tipos de
reductores, son capaces de transferir / soportar más par (en inglés
"torque"); por lo que su uso en la industria cada vez está más
extendido. Ya que generalmente un reductor convencional de flechas
paralelas en aplicaciones de alto momento debe de recurrir a arreglos de
corona / cadenas lo cual no sólo requiere de más tamaño sino que
también implicará el uso de lubricantes para el arreglo corona / cadena.
Mecanismos de cremallera:
El mecanismo de cremallera aplicado a los engranajes lo constituyen una
barra con dientes la cual es considerada como un engranaje de diámetro
infinito y un engranaje de diente recto de menor diámetro, y sirve para
transformar un movimiento de rotación del piñón en un movimiento lineal
de la cremallera.Quizás la cremallera más conocida sea la que equipan los tornos para el desplazamiento del carro longitudinal.
-Reductores de velocidad :
Los reductores de velocidad son mecanismos que transmiten movimiento
entre un eje que rota a alta velocidad, generalmente un motor, y otro
que rota a menor velocidad, por ejemplo una herramienta. Se componen de
juegos de engranajes de diámetros diferentes o bien de un tornillo sin
fin y corona.
El reductor básico está formado por mecanismo de tornillo sin fin y
corona. En este tipo de mecanismo el efecto del rozamiento en los
flancos del diente hace que estos engranajes tengan los rendimientos más
bajos de todas las transmisiones; dicho rendimiento se sitúa entre un
40 y un 90% aproximadamente, dependiendo de las características del
reductor y del trabajo al que está sometido. Factores que elevan el
rendimiento:
- Ángulos de avance elevados en el tornillo.
- Rozamiento bajo (buena lubricación) del equipo.
- Potencia transmitida elevada.
- Relación de transmisión baja (factor más determinante).
Existen otras disposiciones para los engranajes en los reductores de
velocidad, estas se denominan conforme a la disposición del eje de
salida (eje lento) en comparación con el eje de entrada (eje rápido).
Así pues serían los llamados reductores de velocidad de engranajes
coaxiales, paralelos, ortogonales y mixtos (paralelos + sin fin corona).
En los trenes coaxiales, paralelos y ortogonales se considera un
rendimiento aproximado del 97-98%, en los mixtos se estima entre un 70% y
un 90% de rendimiento.
Además, existen los llamados reductores de velocidad de disposicíon
epicicloidal, técnicamente son de ejes coaxiales y se distinguen por su
formato compacto, alta capacidad de trasmisión de par y su extrema
sensibilidad a la temperatura.
Las cajas reductoras suelen fabricarse en fundición gris dotándola de
retenes para que no salga el aceite del interior de la caja.
