¿Qué es una marcha?
Un engranaje es un componente mecánico. Está formado por trinquetes o engranajes dentados. Encajan para transmitir la rotación y el par de un eje al otro. Este encaje preciso evita los compromisos. Pueden provocar incoherencias en la velocidad y la potencia. Los engranajes son componentes críticos en muchos sectores. Entre ellos están la automoción, la maquinaria, la industria aeroespacial y la robótica. Los engranajes se utilizan para controlar la velocidad y transferir potencia.
No existe ninguna norma para la industria de los engranajes. Sin embargo, los engranajes se clasifican en función de los dientes y el sentido de giro de los engranajes. A continuación se describen los distintos tipos de engranajes y sus usos especiales. Se aplica en muchos sistemas mecánicos diferentes. Esto sirve para ilustrar cómo se diseñan los engranajes para configuraciones intrincadas.
Terminología importante del engranaje
Parámetros básicos de los engranajes
Los engranajes tienen parámetros. Son las propiedades técnicas de los engranajes. Estos parámetros son exigidos por los ingenieros de la industria. Todos estos parámetros se aplican a distintas partes de un engranaje. Determinan cómo funcionará el engranaje y su rendimiento.
Número de dientes: Los dientes tienen bordes afilados y rodean completamente el engranaje. El número de dientes debe ser un número entero, lo que puede afectar a la relación de transmisión, un aspecto importante del rendimiento del engranaje. Un mayor número de dientes hace que el movimiento sea más suave, pero requiere una fabricación de precisión.
Profundidad total: La profundidad total se mide desde la parte superior de un diente hasta su punto más bajo. Esto garantiza que el engranaje en cuestión pueda soportar la carga prevista. También permite el correcto funcionamiento del engranaje dentro de un sistema mecánico.
Círculos y diámetros críticos
Círculo de paso: Un círculo de paso es un círculo imaginario que muestra el tamaño de un engranaje. Es vital para engranar engranajes. Sus círculos de paso deben coincidir bien durante el funcionamiento.. El círculo de paso divide el diente en addendum y dedendum.
Círculo radicular: El círculo radicular se denomina a veces diámetro interior. Marca la parte inferior de un diente, o más concretamente, su altura. Esta altura se utiliza en los cálculos de profundidad y resistencia del diente.
Círculo exterior: En lo que respecta a las dimensiones externas, el círculo exterior muestra el diámetro en el que comienza el marcado y donde comienzan los extremos de los dientes desde arriba hacia abajo. De él dependen el tamaño total y la intercambiabilidad entre los engranajes de un sistema.
Diámetro de paso: El diámetro de paso se define como el diámetro del círculo de paso. Por lo tanto, estimar la distancia entre dos engranajes en el engrane es crucial. Evita las interrupciones que se producen cuando este proceso no se gestiona bien..
Tono y módulo
B Mide la distancia entre dos dientes adyacentes en el círculo primitivo. Es esencial para comprender el posicionamiento y la interacción.
Módulo: Es una relación que se obtiene dividiendo el diámetro de los círculos de paso por π (pi). En el análisis de engranajes, suele utilizarse para simplificar los cálculos de tamaño y espaciado de engranajes.
Paso diametral: Número de dientes de un engranaje dividido por el diámetro del círculo primitivo. Los engranajes con el mismo paso diametral engranarán bien. Esto lo convierte en un parámetro importante para la compatibilidad de los engranajes.
Espesor Circular: Medida que define el grosor de un diente visto individualmente desde su circunferencia. Estas medidas garantizan que los engranajes puedan soportar las fuerzas aplicadas durante su funcionamiento.
Ángulos y puntos
Ángulo de presión: El ángulo entre la normal común en el punto de contacto del diente y la tangente común en el círculo primitivo. Afecta a la transmisión de fuerza y a la suavidad de funcionamiento de los engranajes.
Punto de paso: El punto donde dos engranajes engranados tienen puntos de contacto situados en sus respectivos círculos de paso. La alineación precisa de los engranajes depende de este punto; por lo tanto, es suave.
Superficie de paso: Se sabe que el engranaje dentado sustituye a una superficie cilíndrica rodante imaginaria. Esto nos ayuda a comprender el movimiento de los engranajes cuando interactúan.
Addendum, Dedendum y Profundidades.
Addendum & Dedendum: La distancia radial va desde el adendum hasta la base del diente. Garantiza un contacto adecuado del engranaje durante la carga.
Círculo de adendum & Círculo de dedendum: Se encuentra justo en la punta de cada diente… Estos dos círculos se encuentran concéntricamente para el círculo de paso y sirven como límites para el área de los dientes.
Círculo base: De él se derivan perfiles de dientes involutivos. Esto determina la forma y la resistencia de la estructura de 13 dientes dentados.
Profundidad total y profundidad de trabajo: La diferencia radial es entre los círculos addendum y dedendum. La profundidad de trabajo garantiza el ajuste de los engranajes desde el addendum hasta el círculo de dedendum.
Grosor del diente y espacio entre dientes: Es la anchura de un diente en el círculo primitivo. Estas lecturas ayudan a determinar las distancias entre dientes y su interacción con el sistema de engranajes.
Clasificación de los engranajes
Tipos de engranajes según la forma de los dientes
Según la forma de los dientes, existen tres tipos principales de ruedas dentadas: evolventes, cicloides y trocoides. Los perfiles curvos que aseguran una transmisión suave hacen que se conozcan las ruedas dentadas evolventes. Los engranajes cicloides tienen forma curva. Esta forma las hace más eficaces en unos casos que en otros. Los engranajes trocoides tienen dientes únicos. Permiten que los engranajes funcionen bien en determinadas condiciones.
Tipos de engranajes según la configuración de los ejes
Los engranajes también pueden clasificarse en función de la configuración de sus ejes. Los engranajes de ejes paralelos se colocan en ejes paralelos que comparten el mismo plano. Tienen un alto rendimiento en la transferencia de movimiento, al igual que los engranajes helicoidales y las cremalleras. Los engranajes de eje se unen en un punto. Un ejemplo es el engranaje cónico. Este tipo se encuentra en un plano. Mantiene una alta eficiencia. Por el contrario, los ejes de un engranaje helicoidal no se encuentran ni corren paralelos. Esto provoca una baja eficiencia.
Diferentes tipos de engranajes
El engranaje es fundamental en todas las máquinas. Transmiten la rotación y la fuerza entre las piezas. Los hay de muchas formas. Satisfacen muchas necesidades mecánicas en diversas industrias. Los ingenieros deben conocer las propiedades y el diseño de cada tipo de engranaje. Utilizan estos conocimientos para elegir los que mejor se adaptan a sus necesidades.
Engranajes rectos: Los engranajes rectos son simples. Sus dientes son paralelos a su eje de rotación. Esto significa que sólo pueden engranar con otros engranajes rectos que tengan ejes paralelos. Este tipo de engranaje se utiliza mucho porque es sencillo, barato y fácil de mantener. Por eso, la práctica de la fundición debe utilizarse en aplicaciones de velocidad moderada, como accionamientos de molinos y equipos de elevación.
Engranaje helicoidal: Los engranajes helicoidales tienen dientes cortados en ángulo con respecto al eje. Son más silenciosos y vibran menos que los engranajes rectos. Las aplicaciones de alta velocidad son las más adecuadas para estos engranajes. También pueden soportar más carga, por lo que son adecuados para transmisiones de automóviles y maquinaria pesada.
Reductor de doble hélice: Un engranaje de doble hélice consiste en dos caras helicoidales paralelas con un espacio entre ellas; por lo tanto, no hay empuje axial y el funcionamiento es más suave. Es muy recomendable para aplicaciones de alta velocidad y gran relación. Este tipo también se utiliza para absorber choques y vibraciones.
Rueda de espiga: Los engranajes de espiga son como los engranajes helicoidales dobles. Pero no tienen espacio entre los dos lados. Esto los hace ideales para grandes choques y vibraciones. Sin embargo, su complejo proceso de fabricación y los costes que conllevan impiden su uso generalizado.
Engranaje helicoidal: Un engranaje helicoidal tiene un tornillo sin fin y una rueda helicoidal. Son para ejes que no se intersectan en ángulo recto. Tiene altas relaciones de reducción. Este tipo de engranaje es conocido por su funcionamiento silencioso. Por lo tanto, es mejor para casos de velocidad lenta-media con cargas de choque.
Cremallera y piñón: Este tipo de engranaje convierte la rotación en movimiento lineal o viceversa. Es clave en sistemas de dirección, máquinas CNC y actuadores lineales. Los engranajes de piñón y cremallera proporcionan un control preciso del movimiento. Por lo tanto, muchos usos necesitan la eficiencia de este tipo de productos.
engranaje planetario: Los engranajes planetarios tienen un engranaje solar central, muchos engranajes planetarios y un engranaje de anillo exterior. Proporcionan relaciones de reducción muy elevadas. También son lo suficientemente compactos como para soportar cargas pesadas. Esto los hace populares en coches, robots y máquinas que necesitan esta combinación.
Reductor interior: Los engranajes internos se utilizan principalmente en transmisiones de engranajes planetarios y acoplamientos de ejes. Dichos engranajes tienen dientes dentro de un cono o cilindro, lo que les permite girar en el mismo sentido. Necesitamos requisitos específicos de alineación de engranajes y control de rotación.
Principios de funcionamiento de los engranajes mecánicos
Engranaje y transmisión del movimiento
Los engranajes funcionan cuando sus dientes se entrelazan para cambiar velocidades y movimientos. Los dientes del engranaje se entrelazan con los de otro engranaje. Esto les permite transmitir la rotación. Al hacerlo, se crea una ventaja mecánica al cambiar el par, la velocidad y el sentido de giro. De este modo, la transferencia de movimiento de los engranajes se produce de forma eficiente, principalmente gracias al engrane.
La conectividad entre el engranaje y el eje
Como tales, los engranajes giran a lo largo de los ejes en los que están montados. Esto implica que los movimientos pueden transmitirse de un engranaje a otro mediante la acción de engranaje a lo largo del eje. Los engranajes se colocan correctamente mediante un eje. El eje mantiene los engranajes estables y alineados para que funcionen correctamente. Si no hubiera ejes, existiría la posibilidad de que los engranajes no mantuvieran su configuración para un movimiento eficaz.
Marcha motriz vs. Marcha conducida
En cualquier conjunto de engranajes, existen dos tipos principales: engranaje motriz y engranaje conducido. El engranaje motriz provoca el movimiento del engranaje conducido girando él mismo. Por lo tanto, el movimiento se produce debido a la interacción con otras piezas de un mecanismo. Esto se debe a que cuando el engranaje motriz empieza a moverse, su rotación afecta directamente a la rapidez o lentitud con la que funciona el engranaje conducido. Esto garantiza un funcionamiento suave.
Materiales utilizados habitualmente en la fabricación de engranajes.
Metales y aleaciones
S45C
El acero S45C pertenece a la norma JISG4051-79 (94) conocida como acero 45 en China, con denominaciones similares en Japón (S45C) y Taiwán (S45C). Es un acero al carbono de alta calidad sin defectos estructurales. Su microestructura es uniforme en toda su gama de masas. Su resistencia al desgaste aumenta con el incremento del contenido de carbono superior al 0,4%. Sin embargo, necesita un tratamiento térmico adecuado durante el enfriamiento para no provocar deformaciones o grietas.
SUS304
También denominado 06Cr19Ni10 o simplemente 304, es un ejemplo de acero inoxidable. Posee una excelente resistencia a la corrosión y propiedades mecánicas. Sin embargo, es posible conformarlo en caliente. Procedimientos como el doblado y el estampado pueden realizarse sin endurecerlo. Este acero se mantiene igual desde -196°C hasta 800°C. El grado alimentario 304 tiene más normas para el cromo, el níquel y los metales pesados.
40Cr
El equivalente chino de SCr440 (Japón), 5140 (EE.UU.) e ISO 41Cr4. Se aplica a la ingeniería mecánica. Esto se debe a sus características físicas tras el temple y revenido. Por otra parte, tiene mejor templabilidad que el acero S45C. Puede utilizarse para engranajes, rotores de bombas de aceite, etc. Funcionan con cargas elevadas y velocidades medias.
Materiales plásticos
POM (Polioximetileno)
Se conoce como «superacero» por sus excepcionales características. Se denomina poliacetal o resinas acetálicas. El POM funciona de -40°C a +100°C. Tiene buena resistencia al desgaste y autolubricación. El POM es mejor que muchos otros plásticos técnicos. Por ejemplo, tiene una resistencia a la tracción de unos 70 Mpa. También tiene una baja absorción de agua, buena estabilidad dimensional y un aspecto brillante.
Nylon
La propiedad de no necesitar lubricación hace que los engranajes de nailon sean muy populares. Funcionan para aplicaciones que requieren niveles de ruido más bajos. También sirven para engranajes ligeros. Además, sus propiedades únicas hacen que este polímero sea adecuado para engranajes especializados. Se trata de aplicaciones en las que debe minimizarse el ruido durante el funcionamiento.
Materiales compuestos
Cerámica
El carburo de silicio y otras cerámicas avanzadas son duras y resistentes al desgaste. Se utilizan por estas cualidades. Estos materiales están destinados principalmente a su aplicación en condiciones severas. A pesar de su fragilidad, funcionan bien en condiciones extremas.
Compuestos de matriz metálica
Estos compuestos combinan la resistencia de los metales con la dureza y la resistencia a la corrosión de la cerámica. Son ideales para aplicaciones que necesitan la dureza del metal. También necesitan conocer mejor las propiedades de la cerámica. Estas propiedades ayudan a los materiales a soportar duras exigencias operativas.
Consideraciones para el diseño y la elección de engranajes.
Presupuesto económico
El coste de la personalización siempre ha sido alto en la selección de engranajes. Los fabricantes suelen necesitar engranajes con diseños personalizados. Deben ajustarse a los planos de ingeniería y a las recomendaciones. Es necesario ajustar estas necesidades a los presupuestos disponibles.
Diseño y normas
Los engranajes tienen muchas especificaciones, normas y tolerancias. No existe un enfoque único que se adapte a todas las situaciones. Por tanto, las empresas deben identificar sus propias normas específicas. Esto puede implicar considerar otros países, como EE.UU. o Japón, si la normativa local es inadecuada.
Configuración del espacio
Aunque los engranajes suelen ocupar el centro de los ejes, las necesidades de fabricación pueden dictar lo contrario. Tales cambios podrían implicar modificar la forma y el grosor del diente u optar por engranajes internos que encajen herméticamente.
Necesidades de transmisión
Los engranajes son esenciales para la transmisión de movimiento y par entre las piezas de una máquina. Cada pieza tiene unos requisitos únicos, por lo que los fabricantes optan por los engranajes adecuados. Modifican el tipo y el diseño de los engranajes en función de los requisitos de movimiento y par.
Condiciones de servicio
Hay muchos factores que influyen en la elección de un engranaje, como el peso, la fricción, el ruido, la vibración y la tensión. También hay factores ambientales como la temperatura, la limpieza y la humedad. Estos factores se tienen en cuenta a la hora de decidir los materiales, tratamientos o lubricación de los engranajes.
Selección de materiales
La selección del equipo depende de su resistencia a diversas condiciones. Por ejemplo, temperaturas extremas, polvo, etc. Algunos materiales son el acero inoxidable (SUS304), el acero al carbono (S45C), el nailon, etc. Garantizan la durabilidad en determinadas condiciones.
Detalles de la configuración del engranaje
- Módulo y número de dientes : Elección en función de la relación de transmisión deseada y del espacio disponible,
- Tamaño del engranaje：Seleccione en función de los requisitos de espacio para las ubicaciones de instalación,
- Requisitos de par：La capacidad de par de carga del sistema debe tenerse en cuenta antes de seleccionar una marcha,
- Forma del orificio interior: Elija un chavetero para posicionamiento o fijación. De lo contrario, elija un orificio redondo en función de las necesidades de instalación o conectividad.
Aplicaciones de los tipos de engranajes
| Tipo de engranaje | Aplicaciones |
|---|---|
| engranaje recto | Relojes, trenes, aviones, lavadoras, centrales eléctricas, procesamiento de alimentos, automoción, equipos forestales, pequeños transportadores |
| engranaje helicoidal | Sistemas de automoción, Relojes, Herramientas domésticas, Producción de cemento, Minería, Aplicaciones marinas, Grandes transportadores |
| Doble engranaje helicoidal | Minería, industria naval, maquinaria pesada, turbinas de vapor |
| Trajes de espiga | Industrias pesadas, propulsión naval |
| engranaje cónico | Bombas, trenes, aviones, centrales eléctricas, producción de cemento, explotaciones mineras |
| Gusanos | Ascensores, aplicaciones de automoción, maquinaria alimentaria |
| Rack Gear | Sistemas de pesaje, trenes |
| Granaje hipoide | Producción de cemento, minería, sistemas de tratamiento de aguas |
Ventajas y desventajas de las marchas
Ventajas de los engranajes
- Transmisión de potencia eficiente: Permiten elevadas relaciones de velocidad en un espacio reducido con un mínimo derroche de energía.
- Control preciso de velocidad y par: Permite un control preciso, por lo que es aplicable a diferentes necesidades mecánicas.
- Diversas aplicaciones: Existen numerosos tipos y tamaños disponibles para su selección en función de la demanda de cada engranaje.
- Diseño compacto: Ayuda a ahorrar espacio y a integrarse perfectamente en distintos montajes.
- Bajo mantenimiento: Debido a su durabilidad y larga vida útil, sólo requieren una lubricación sencilla.
- Relación de velocidad fija: El movimiento a través de ejes no paralelos se cruza perfectamente, garantizando un rendimiento uniforme.
Desventajas de las marchas
- Sistemas complejos: Instalar con precisión este tipo de sistemas puede ser todo un reto, al igual que su mantenimiento,
- Ruido y vibraciones: La alta velocidad o la desalineación causan este problema, que dificulta el uso cómodo de un sistema,
- Capacidad limitada a larga distancia: No es capaz de transferir movimiento a largas distancias,
- Riesgo de daños bajo carga elevada： El peor daño puede ocurrir si hay algún error con los engranajes dentados,
- Falta de flexibilidad： En muchos casos, la rigidez operativa limita su aplicación en situaciones variables,
- Altos costes de fabricación： Los procesos de producción y montaje son económicamente gravosos para los compradores.
¿Cuál es la diferencia entre engranajes y ruedas dentadas?
Los engranajes y las ruedas dentadas lo mueven todo, desde bicicletas hasta máquinas. Son una parte importante de nuestra vida cotidiana. Facilitan una transmisión suave de la potencia, dirigiendo así un movimiento preciso. Tanto los engranajes como las ruedas dentadas accionan máquinas. Pero sus diseños separados los hacen mejores para funciones diferentes, como ocurre con un destornillador y una llave inglesa.
Forma y diseño
Los engranajes tienen dientes. Los dientes tienen forma de piezas de puzzle irregulares. Encajan entre sí. Esto hace que engranen bien con otros engranajes. Por el contrario, las ruedas dentadas tienen los dientes separados para que se agarren bien a una cadena o correa.
Mecanismo de transmisión de potencia
Al engranar sus dientes, los engranajes permiten la transmisión de potencia, lo que se traduce en un movimiento continuo. Las ruedas dentadas transfieren energía agarrando los eslabones de la cadena. Esto es similar a una cadena de bicicleta que gira alrededor de los dientes para girar.
Aplicaciones
Los engranajes se utilizan para obtener velocidad, par y posicionamiento precisos. Se encuentran en coches, maquinaria, relojes y cajas de cambios. Los piñones aparecen principalmente en sistemas con cadenas o correas. Por ejemplo, en bicicletas, motocicletas, cintas transportadoras y otras máquinas.
Distribución de la carga
Distribuyen la carga entre muchos dientes para que la transmisión de potencia sea suave y eficaz. Esto significa que la tensión en los dientes individuales es mínima. Los piñones reparten la carga entre los distintos eslabones de una cadena o correa, lo que aumenta la tensión en determinados puntos de contacto.
Tamaño y construcción
Existen engranajes de distintos tamaños y estructuras. Los hay de engranajes rectos, helicoidales, cónicos, de tornillo sin fin, de cremallera y planetarios. En cambio, los diseños de las ruedas dentadas están más estandarizados. También tienen una construcción más sencilla, por lo que funcionan mejor con cadenas y correas.
Conclusión
Conocer los engranajes es esencial para optimizar los sistemas mecánicos. Esta guía explora los tipos de engranajes y su diseño. Explica cómo contribuyen al buen funcionamiento de la transmisión de potencia. Un mayor conocimiento facilita una mejor toma de decisiones en la selección y el mantenimiento de los engranajes.
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Preguntas frecuentes
¿Qué técnicas de tratamiento utilizan los maquinistas en los engranajes?
Los engranajes pueden rectificarse para un funcionamiento silencioso. Se someten a tratamiento térmico porque aumenta su resistencia y durabilidad. Calentar los engranajes después de tallarlos los hace mucho más resistentes. Este proceso se utiliza sobre todo con ruedas o ejes en cajas de engranajes de transmisión superior paralela.
¿Qué son las fórmulas de cálculo de mecanizado de engranajes?
Los tamaños de los engranajes se calculan mediante fórmulas, especialmente las aplicables a piñones y engranajes grandes. Estas fórmulas se basan en aspectos como el ángulo de presión del módulo, el número de dientes, etc., el diámetro del círculo primitivo, etc.
