Engranaje

Se denomina engranaje al mecanismo utilizado para transmitir potencia entre las distintas partes de una máquina. Los engranajes están formados por dos ruedas dentadas, de las cuales a la mayor se le denomina corona y la menor piñón. Un engranaje sirve para transmitir movimiento circular mediante contacto de ruedas dentadas. Una de las aplicaciones más importantes de los engranajes es la transmisión del movimiento desde el eje de una fuente de energía, como puede ser un motor de combustión interna o un motor eléctrico, hasta otro eje situado a cierta distancia y que ha de realizar un trabajo. Si el sistema está compuesto de más de un par de ruedas dentadas, se denomina tren de engranajes.

Tipos de engranajes

Según cómo sea el tipo de dentado que tengan y la ubicación de los ejes, los engranajes pueden ser:

Cilíndricos de dientes rectos
Cilíndricos de dientes helicoidales
Cónicos de dientes rectos
Cónicos de dientes helicoidales
De rueda y tornillo sin-fin
De cremallera

Características de los engranajes

Características que definen un engranaje de dientes rectos

Número de dientes Es el número de dientes que tiene el engranaje. Se abrevia como ( $Z\,$ ). Es fundamental para calcular la relación de transmisión.

Diámetro exterior. Es el diámetro de la circunferencia que limita la parte exterior del engranaje. Se abrevia como ( $D_{e}\,$ ) Su cálculo es: $D_{e}=(Z+2)M\,$

Diámetro primitivo Es el diámetro de la circunferencia sobre la que hacen contacto los dientes cuando engranan unos con otros. Se abrevia como ( $D_{p}\,$ ). Su cálculo es $D_{p}=Z\cdot M$ .

Diámetro interior Es el diámetro de la circunferencia que limita el pie del diente. Se abrevia como ( $D_{i}\,$ ).

Paso circular. Es la distancia que hay entre dos dientes consecutivos. Se abrevia como ( $P_{c}\,$ ). Su cálculo es $P_{c}=\pi \cdot M$

Módulo. El módulo ( $M\,$ ) es el que regula el tamaño del diente en función del esfuerzo que se tenga que transmitir. El tamaño de los dientes está normalizado. El módulo está indicado por números. El módulo guarda relación directa entre el diámetro primitivo de un engranaje y el número de dientes que tenga.

Adendum. Es la altura de la cabeza del diente. En dientes normales equivale al valor del módulo ( $M\,$ )

Dedendum. Es la altura del pie del diente. En dientes normales equivale a 1,25·( $M\,$ )

Pie del diente. Es la parte del diente comprendida entre la circunferencia interior y la circunferencia primitiva.

Datos de los dientes de un engranaje recto

Los parámetros de diseño que caracterizan un engranaje recto son:

Pie del diente. Es la parte comprendida entre el diámetro primitivo y el diámetro interior

Cabeza del diente. Es la parte del diente comprendida entre el diámetro exterior y el diámetro primitivo.

Flanco. Es la cara interior del diente, es su zona de rozamiento.

Espesor del diente. Es la parte más gruesa medida sobre el diámetro primitivo.

Largo del diente. Es la longitud que tiene el el diente del engranaje

Características de los engranajes cilíndricos de dientes helicoidales

Los engranajes helicoidales están tallados en forma de hélice, de donde reciben su nombre. Para su tallado es necesario calcular la hélice completa que le va a dar forma al diente del engranaje.

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. Los datos de cálculo de estos engranajes están en prontuarios específicos de mecanizado

Características de los engranajes cónicos

Los engranajes cónicos pueden ser de dientes rectos o helicoidales y se emplean para transmitir movimientos entre ejes que por sus características de trabajo se cortan a un ángulo determinado. Los datos de cálculos de estos engranajes están en prontuarios específicos de mecanizado.

Características que definen a un tornillo sin-fin

Es un mecanismo diseñado para transmitir grandes esfuerzos, y como reductores de velocidad aumentando la potencia de transmisión. Generalmente trabajan en ejes que se cortan a 90º.

El número de entradas de un tornillo sinfín suele ser de una a cinco. Los datos de cálculo de estos engranajes están en prontuarios de mecanizado.

Características que definen a un mecanismo de cremallera

El mecanismo de cremallera lo constituyen una barra con dientes la cual es considerada como de diamerto infinito y un engranaje de diente recto de menor diametro, y sirve para transformar un movimiento giratorio del engranaje de menor diametro, en un movimiento lineal. Quizás la cremallera más conocida sea la que equipan los tornos para el desplazamiento del carro longitudinal.

Mecanismo diferencial

En general, los automóviles van equipados con un mecanismo diferencial compuesto de varios engranajes cónicos que sirven para regular la velocidad de giro de las ruedas en las curvas, porque es necesario que la rueda exterior gire más deprisa que la rueda interior en cada curva sea del sentido que sea. Esta regulación de velocidad la hacen de forma automática los mecanismos diferenciales.

Tallado de engranajes

Tallado de un engranaje helicoidal con fresa madre.

Un engranaje se puede mecanizar en una fresadora universal con la ayuda de un plato divisor, si es un engranaje recto, o de una transmisión cinemática si es un engranaje helicoidal, pero este medio de mecanizado apenas se utiliza porque es muy lento y se obtiene mala calidad del trabajo. Para la producción en serie de engranajes se utilizan unas máquinas especiales, llamadas Talladoras de fresa madre, que, mediante un movimiento sincronizado de la fresa de corte y del eje donde van fijados los engranajes, se pueden tallar todos los engranajes cilíndricos o helicoidales que se presenten. Los fabricantes de estas máquinas ofrecen el material necesario y de cálculo para mecanizar los engranajes propuestos.

Cálculo de engranajes

Artículo principal: Cálculo de engranajes

Se llama cálculo de engranajes a las operaciones de diseño y cálculo de la geometría de un engranaje, para su fabricación. Principalmente los diámetros y el perfil del diente. También se consideran los cálculos de las transmisiones cinemáticas que hay que montar en las máquinas talladoras de acuerdo a las características que tenga el engranaje, y que está en función de las características de la máquina.

Relaciones de trasmisión

Artículo principal: Velocidad de transmisión

Se llama cálculo de relaciones de trasmisión a la determinación de velocidades, espacios y fuerzas trasmitidas y trasformadas por un engranaje. La fórmula básica de transmisión es la siguiente:

El producto de las revoluciones del eje motor $N_{m}\,$ , multiplicado por los dientes del engranaje del eje motor $Z_{m}\,$ ha de ser igual a las revoluciones del eje conducido $N_{c}\,$ multiplicado por los dientes del engranaje conducido $Z_{c}\,$ .

Es decir, $N_{m}\cdot Z_{m}=N_{c}\cdot Z_{c}$ , relación que se conoce como ecuación general de transmisión.

Una buena manera de asegurar el desgaste uniforme de los engranajes es que los números enteros $Z_{m},Z_{c}\,$ sean coprimos (primos relativos entre sí). Esa condición asegura que a medida que un engranaje funciona todos los dientes del engranaje motor se acaban tocando con todos los dientes del engranaje conducido. Si por el contrario $Z_{c}\,$ es divisible entre $Z_{m}\,$ o viceversa, entonces no todos se tocan con todos. Si se supone, por ejemplo, que existe un número d tal que: $Z_{m}=d\cdot Z_{c}$ , entonces cada diente del engranaje conducido tocará sólo d dientes diferentes del engranaje motor; si alguno de estos dientes tuviera una melladura o defecto iría erosionando desigualmente estos d dientes. El el caso de que los $Z_{m}\,$ y $Z_{c}\,$ no sean coprimos conviene que el máximo común divisor sea lo más grande posible. Una pésima elección de número de dientes sería tomar $Z_{m}=2\cdot Z_{c}$ o $Z_{c}=2\cdot Z_{m}$ , así cada diente de uno de los engranajes sólo tocaría dos dientes diferentes del otro, acentuando el desgaste desigual.

de=m(z+2)

donde de=diámetro exterior, m=módulo y z=número de dientes

Caja reductora

Artículo principal: Caja reductora

Cuando la velocidad de funcionamiento de un mecanismo es menor que la velocidad de giro de la fuente de potencia, se dispone una caja reductora, mecanismo que permite una relación de velocidades adecuada combinando engranajes de distinto diámetro. Estas cajas reductoras tienen que llevar el lubricante adecuado a sus características de funcionamiento.

Fuentes

Millán Gómez, Simón (2006). «Procedimientos de Mecanizado». Madrid: Editorial Paraninfo. ISBN 84-9732-428-5.

Larbáburu Arrizabalaga, Nicolás (2004). «Máquinas. Prontuario. Técnicas máquinas herramientas.». Madrid: Thomson Editores. ISBN 84-283-1968-5.

Varios autores (1984). «Enciclopedia de Ciencia y Técnica». Salvat Editores S.A. ISBN 84-345-4490-3.

Véase también

Trenes de engranajes:

Enlaces externos

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