Descubre cómo funcionan los engranajes guía completa paso a paso
Se ha mencionado anteriormente la importancia que tiene el proceso de mecanizado en la industria en general. Entre las piezas más relevantes en este ámbito se encuentran los engranajes, los cuales son utilizados en gran cantidad de maquinarias. Estos componentes mecánicos dentados cumplen la función de reducir la velocidad de rotación entre dos ruedas, con el fin de lograr una detención completa en un momento específico. Para una comprensión más profunda del tema, explicaremos a continuación el funcionamiento de un engranaje.
Funcionalidad de los engranajes
Ya desde la antigüedad se ha hecho uso de los engranajes en varias partes del mundo, como lo atestiguan textos antiguos de China, Damasco, Turquía y Grecia. Incluso en el año 150 a.C., se creó una especie de calculadora astronómica llamada Anticitera que ya utilizaba un sistema de engranajes.
Un engranaje es un mecanismo utilizado para transmitir potencia mecánica a otro mecanismo similar. Ambos componentes deben contar con bordes dentados y se utilizan en conjunto para aumentar la velocidad o la fuerza, e incluso cambiar la dirección del movimiento.
Además de su uso en otros mecanismos, los engranajes desempeñan una función clave en motores de combustión interna. En este caso, el engranaje conectado al eje de la fuente de energía se conoce como "rueda motriz" y el que se conecta al mecanismo a una distancia se llama "rueda conducida". Cuando se utiliza más de un par de engranajes en una estructura compleja, se le llama "tren".
Tipos de engranajeseditar
Los engranajes pueden ser clasificados según la posición de sus ejes de rotación y el tipo de dentado. Esto se traduce en distintas categorías, las cuales son:
- ¿Cómo se clasifican los engranajes?
- ¿Qué criterios se utilizan para clasificarlos?
Algunas marcas destacadas en el mercado, como Winsmith, presentan un rendimiento del 80 % al 90 % en sus engranajes, mientras que otras como Brook Hansen y Stöber alcanzan un porcentaje entre el 95 % y el 98 % en los helicoidales. En el caso de los planetarios, se puede encontrar un rendimiento del 98 %, e incluso más en aquéllos con múltiples etapas.
¿Cuáles son las diferencias entre las marcas de engranajes en términos de rendimiento? A continuación, se enumeran algunos ejemplos de marcas y su correspondiente porcentaje de eficiencia:
- Winsmith: entre el 80 % y el 90 %
- Brook Hansen y Stöber: entre el 95 % y el 98 %
- Planetarios: alrededor del 98 %, o incluso más en aquellos con múltiples etapas.
El rendimiento de los engranajes se ve afectado por diversos factores, entre ellos la marca y el tipo de engranaje utilizado. Algunos ejemplos de marcas con altos niveles de eficiencia son Winsmith, Brook Hansen y Stöber, quienes alcanzan porcentajes entre el 95 % y el 98 %. Además, los engranajes planetarios suelen presentar un rendimiento del 98 % o superior, especialmente en aquellos con múltiples etapas.
¿Qué factores influyen en el rendimiento de los engranajes? Algunos de ellos son la marca y el tipo de engranaje utilizado. Por ejemplo, marcas como Winsmith, Brook Hansen y Stöber son reconocidas por su alto porcentaje de eficiencia, entre el 95 % y el 98 %. En el caso de los engranajes planetarios, su rendimiento puede alcanzar o superar el 98 %, especialmente en aquellos con varias etapas.
Generación de dentaduras de engranajeseditar
Existen diversas técnicas para crear los dientes de engranajes:
- Fundición en arena
- Moldeo en cáscara
- Fundición por revestimiento
- Fundición en molde permanente
- Fundición en matriz
- Fundición centrífuga
También es posible formar los dientes mediante procesos como:
- Metalurgia de polvos
- Extrusión
En el caso de engranajes sometidos a grandes cargas, se prefiere utilizar acero y se corta mediante:
- Cortadoras formadoras
- Cortadoras generadoras
En el corte de formado, el espacio del diente se adapta a la forma de la cortadora, mientras que en el corte de generación, se emplea una herramienta con un perfil diferente al del diente y se mueve en relación al disco del engranaje para lograr la forma deseada.
Otra técnica prometedora es el formado en frío o laminado en frío, en el que unos dados ruedan contra discos de acero para formar los dientes. Este proceso no solo mejora las propiedades mecánicas del metal, sino que también produce un perfil generado de alta calidad.
Los dientes de los engranajes pueden ser maquinados a través de:
- Fresado
- Cepillado
- Fresa madre
Para obtener la forma y acabado deseados, es común utilizar técnicas de acabado como:
- Cepillado
- Bruñido
- Esmerilado
- Pulido
Ruedas helicoidales con dientes cilíndricoseditar
Los engranajes cilíndricos de dentado helicoidal se distinguen por su dentado oblicuo con respecto al eje de rotación. En estos engranajes, el movimiento se transmite de manera similar a los cilíndricos de dentado recto, aunque con algunas ventajas adicionales. Los ejes de los engranajes helicoidales pueden ser paralelos o cruzados, por lo general en un ángulo de 90°. Para eliminar el empuje axial, el dentado puede ser doble helicoidal.
Una de las principales ventajas de los engranajes helicoidales es su capacidad de transmitir mayor potencia y velocidad en comparación con los rectos. Además, son más silenciosos y duraderos, y pueden transferir el movimiento entre ejes que se cruzan. Por otro lado, tienen algunos inconvenientes, como un mayor desgaste, un precio de fabricación más elevado y una necesidad frecuente de engrase en comparación con los engranajes rectos.
La característica más distintiva de los engranajes cilíndricos helicoidales es la hélice que forman, considerando esta hélice como el avance de una vuelta completa del diámetro primitivo del engranaje. Esta hélice determina el ángulo β que forma el dentado con respecto al eje axial. Este ángulo debe ser el mismo en ambas ruedas en contacto, pero con orientaciones opuestas: uno a la derecha y el otro a la izquierda. El valor de este ángulo se determina previamente en función de la velocidad de transmisión, y algunos valores de referencia son los siguientes:
- Ángulo β: determinado por la hélice y el ángulo de inclinación del dentado.
- Ángulo de inclinación: ángulo formado por el dentado con respecto al eje axial.
- Velocidad de transmisión: velocidad a la que se transmite el movimiento.
Engranajes planetarioseditar
Los engranajes planetarios, también conocidos como engranajes interiores o anulares, son una variante del engranaje recto en la que los dientes se encuentran en la parte interior de un anillo o rueda con reborde. En comparación con los engranajes externos, estos presentan una disposición más compacta y eficiente. En lugar de ser impulsados por un engranaje grande con muchos dientes, los engranajes planetarios suelen ser impulsados por un piñón, también llamado piñón Sol, que es un engranaje pequeño con pocos dientes. Esto permite una mayor eficiencia en la transferencia de velocidad angular.
El tallado de estos engranajes se realiza mediante talladoras mortajadoras de generación, lo que garantiza una alta precisión y confiabilidad en su funcionamiento. En términos de eficiencia, este sistema de reductores planetarios presenta una eficiencia de 0.98^(#etapas), es decir, si cuenta con 5 etapas de reducción, su eficiencia sería de 0,904 o aproximadamente un 90,4 %. Esto lo convierte en una opción altamente eficiente en la transmisión y reducción de velocidad en diferentes aplicaciones.
Debido a su diseño, los engranajes planetarios son capaces de soportar y transferir mayores niveles de par (o torque, en inglés) en comparación con otros tipos de reductores. Por esta razón, su uso en la industria se ha ido extendiendo cada vez más. En aplicaciones que requieren una alta transferencia de fuerza, un reductor planetario suele ser la opción ideal, ya que puede cumplir con estas demandas sin la necesidad de recurrir a arreglos externos como coronas o cadenas. Esto no solo reduce el tamaño necesario para el mecanismo, sino que también elimina la necesidad de utilizar lubricantes adicionales para estos componentes externos.
