Engranaje

Se denominaengranajealmecanismoutilizado para transmitir potencia de un componente a otro dentro de unamquina. Los engranajes estn formados por dos ruedas dentadas, de las cuales la mayor se denominacoronay la menorpin. Un engranaje sirve para transmitirmovimiento circularmediante el contacto de ruedas dentadas.

Historia

Desde pocas muy remotas se han utilizado cuerdas y elementos fabricados en madera para solucionar los problemas detransporte,impulsin, elevacinymovimiento. Nadie sabe a ciencia cierta dnde ni cundo se inventaron los engranajes. La literatura de la antiguaChina,Grecia,Turqua yDamascomencionan engranajes pero no aportan muchos detalles de los mismos.

Moldechinopara fabricar engranajes debronce(siglos IIa.C. a IIId.C.).

El mecanismo de engranajes ms antiguo de cuyos restos disponemos es elmecanismo de Anticitera.2Se trata de una calculadora astronmica datada entre el 150 y el 100a. C.y compuesta por al menos 30 engranajes debroncecon dientes triangulares.

En China tambin se han conservado ejemplos muy antiguos de mquinas con engranajes. Un ejemplo es el llamado "carro que apunta hacia el Sur" (120-250d.C.), un ingenioso mecanismo que mantena el brazo de una figura humana apuntando siempre hacia el Sur gracias al uso de engranajes diferenciales epicicloidales.

El inventor de los engranajes en todas sus formas fue Leonardo da Vinci, quien a su muerte en la Francia de 1519, dej para nosotros sus valiosos dibujos y esquemas de muchas de los mecanismos que hoy utilizamos diariamente.

La forma ms bsica de un engrane es una pareja de ruedas, una de ellas provistas de barras cilndricas y la otra formada por dos ruedas unidas por barras cilndricas.

En la figura se aprecia un mecanismo para repeler ataques enemigos, consiste de aspas al nivel del techo movidas por un eje vertical, unido a un "engranaje, el movimiento lo producen soldados que giran una rueda a nivel del piso y provocando que los enemigos que han alcanzado el techo sean expulsados. En este mecanismo se muestra la transmisin entre dos ejes paralelos, uno de ellos es el eje motor y el otro el eje conducido.

Leonardo se dedica mucho a la creacin de mquinas de guerra para la defensa y el ataque, sus materiales son madera, hierro y cuerdas las que se elaboran en forma rudimentaria, pero sus esquemas e invenciones trascienden el tiempo y nos ensean las mltiples alternativas que nos brindan mecanismos bsicos de palancas, engranes y poleas unidas entre s en una mquina cuyo diseo geomtrico es notable.

En la segunda figura se puede apreciar la transmisin trasera para un carro, el eje vertical mueve el "engrane" que impulsa las ruedas hacia adelante o atrs. En este mecanismo los ejes estnperpendiculares entre s.

Usos

Utilizar engranajes rectos para potencia

Los engranajes de dientes rectos se pueden utilizar para aumentar o disminuir el par, o la potencia, de un objeto dado. stos se utilizan para este efecto en las lavadoras, licuadoras, secadoras de ropa, equipos de construccin, bombas de combustible y molinos. En las centrales elctricas, los llamados "trenes" de engranajes rectos se utilizan para convertir una forma de energa, como la elica o la energa hidroelctrica, en energa elctrica.

Utilizar engranajes rectos para velocidad

Los engranajes de dientes rectos se utilizan tambin para aumentar o disminuir la velocidad de un objeto. Por ejemplo, se utilizan en los relojes mecnicos para ajustar las velocidades relativas de las manillas de segundos, minutos y horas. En los batidores de mano, los engranajes de dientes rectos se utilizan para aumentar la velocidad del mismo para que pueda ser usado ms eficazmente.

CAMPO DE APLICACIN DE LOS ENGRANAJES

Existe una gran variedad de formas y tamaos de engranajes, desde los ms pequeos usados en relojera e instrumentos cientficos (se alcanza el mdulo 0,05) a los de grandes dimensiones, empleados, por ejemplo, en las reducciones de velocidad de las turbinas de vapor de los buques, en el accionamiento de los hornos y molinos de las fbricas de cemento, etc. El campo de aplicacin de los engranajes es prcticamente ilimitado. Los encontramos en las centrales de produccin de energa elctrica, hidroelctrica y en los elementos de transporte terrestre: locomotoras, automotores, camiones, automviles, transporte martimo en toques de todas clases, aviones, en la industria siderrgica: laminadores, transportadores, etc., minas y astilleros, fbricas de cemento, gras, montacargas, mquinas-herramientas, maquinaria textil, de alimentacin, de vestir y calzar, industria qumica y farmacutica, etc., hasta los ms simples movimientos de accionamiento manual. Toda esta gran variedad de aplicaciones del engranaje puede decirse que tiene por nica finalidad la transmisin de la rotacin o giro de un eje a otro distinto, reduciendo o aumentando la velocidad del primero, constituyendo los llamados reductores o multiplicadores de velocidad y los cambios de velocidades. Una variedad muy interesante de todos estos mecanismos la constituyen los llamados trenes epicicloidales y los diferenciales.

Caractersticas

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA TRANSMISIN POR ENGRANES

1. Debido a la forma curva de los perfiles de los dientes es de evolvente o cicloidal el movimiento transmitido por un par de ruedas dentadas es de rodadura pura.

1. Transmiten grandes esfuerzos

1. Las ruedas no se pueden resbalar una con respecto a la otra

1. Adems la relacin de rotaciones con velocidad angular de la transmisin engranajes, es uniforme. Por esta razn se aplica como reductor o multiplicador de velocidades en mquinas en las que se requiere una velocidad especfica y que no tenga alteraciones o fluctuaciones de velocidad.

1. Presentan uncomportamientoms silencioso que el de los dientes rectos usndolos entre ejes paralelos.

1. Poseen una mayor relacin de contacto debido al efecto de traslape de los dientes.

1. Pueden transmitir mayores cargas a mayores velocidades debido al embonado gradual que poseen.

1. Los engranes proporcionan a las mquinas una gradacin utilizable de relaciones de velocidad.

1. Los engranes permiten grandes transmisiones de potencia desde el eje de una fuente de energa hasta otro eje situado a cierta distancia y que ha de realizar un trabajo sin perdidas de energa.

1. Los engranes tienen como desventaja que no pueden transmitir potencia entre distancias grandes entre centros para estos casos se utiliza poleas o cadenas.

1. Los engranes tienen un costo elevado comparado con los otros tipos de transmisin por cadenas y las poleas.

Tipos de engranajes

La principal clasificacin de los engranajes se efecta segn la disposicin de sus ejes de rotacin y segn los tipos de dentado. Segn estos criterios existen los siguientes tipos de engranajes:

Ejes paralelos

Cilndricos de dientes rectos

Cilndricos de dientes helicoidales

Doble helicoidales

Ejes perpendiculares

Helicoidales cruzados

Cnicos de dientes rectos

Cnicos de dientes helicoidales

Cnicos 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

Transmisin simple

Transmisin con engranaje loco

Transmisin compuesta. Tren de engranajes

Transmisin mediante cadena o polea dentada

Mecanismo pin cadena

Polea dentada

PROCESO DE FABRICACION:

El proceso de fabricacin esta basado en la generacin del diente del engranaje a partir del dimetro exterior del mismo.

El formado de los dientes del engranaje se realiza por variosprocedimientos, entre los cuales se encuentran: colado en arena, moldeo en cscara, fundicin por revestimiento, colada en molde permanente, colada enmatriz, fundicin centrfuga.

Tambin puede fabricarse por Pulvimetalurgia (metalurgiade polvos) o bien formarse primero por extrusin y luego rebanar son cortadores formadores y generadores.

Unos de losmtodosms usados es el "formado en fro" en el que unasmatriceso dados ruedan sobre cuerpos de engranajes para formar los dientes, en este caso las propiedades del metal mejoran grandemente, adems generan un perfil de buenacalidad.

Los dientes de los engranajes se mquina por fresado, cepillado o formado con sinfn y pueden ser acabados por cepillado, bruido, esmerilado o pulido con rueda.

Aplicaciones

Engranaje cilndrico

Los engranajes cilndricos rectos son el tipo de engranaje ms simple y corriente que existe. Se utilizan generalmente para velocidades pequeas y medias; a grandes velocidades, si no son rectificados, o ha sido corregido su tallado, producen ruido cuyo nivel depende de la velocidad de giro que tengan. Transmiten el movimiento entre ejes paralelos.

Engranajes cilndricos de dientes helicoidales

Los engranajes cilndricos de dentado helicoidal estn caracterizados por su dentado oblicuo con relacin al eje de rotacin. En estos engranajes el movimiento se transmite de modo igual que en los cilndricos de dentado recto, pero con mayores ventajas. Los ejes de los engranajes helicoidales pueden ser paralelos o cruzarse, generalmente a 90. Para eliminar el empuje axial el dentado puede hacerse doble helicoidal.

Tienen la ventaja que transmiten ms potencia que los rectos, y tambin pueden transmitir ms velocidad, son ms silenciosos y ms duraderos; adems, pueden transmitir el movimiento de ejes que se corten. De sus inconvenientes se puede decir que se desgastan ms que los rectos, son ms caros de fabricar y necesitan generalmente ms engrase que los rectos.

Engranajes helicoidales dobles

Este tipo de engranajes fueron inventados por el fabricante de automviles francs Andr Citron, 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 combinacin de hlice derecha e izquierda. El empuje axial que absorben los apoyos o cojinetes de los engranajes helicoidales es una desventaja de ellos y sta se elimina por la reaccin del empuje igual y opuesto de una rama simtrica de un engrane helicoidal doble.

Un engrane de doble hlice sufre nicamente la mitad del error de deslizamiento que el de una sola hlice o del engranaje recto. Toda discusin relacionada a los engranes helicoidales sencillos (de ejes paralelos) es aplicable a los engranajes helicoidales dobles, exceptuando que el ngulo de la hlice es generalmente mayor para los helicoidales dobles, puesto que no hay empuje axial.

Aplicaciones de engranajes helicoidales dobles

Con el mtodo inicial de fabricacin, los engranajes dobles, conocidos como engranajes de espina, tenan un canal central para separar los dientes opuestos, lo que facilitaba su mecanizado. El desarrollo de las mquinas talladoras mortajadoras por generacin, tipo Sykes, hace posible tener dientes continuos, sin el hueco central. Como curiosidad, la empresa Citron ha adaptado en su logotipo la huella que produce la rodadura de los engranajes helicoidales dobles.

Aplicaciones de los engranajes cilndricos

Los encontramos en las centrales de produccin de energa elctrica, hidroelctrica y en los elementos de transporte terrestre: locomotoras, automotores, camiones, automviles, transporte martimo en buques de todas clases, aviones, en la industria siderrgica: laminadores, transportadores, etc., minas y astilleros, fbricas de cemento, gras, montacargas, mquinas-herramientas, maquinaria textil, de alimentacin, de vestir y calzar, industria qumica y farmacutica, etc., hasta los ms simples movimientos de accionamiento manual.

Engranaje cnico

Se fabrican a partir de un tronco de cono, formndose los dientes por fresado de su superficie exterior. Estos dientes pueden ser rectos, helicoidales o curvos. Esta familia de engranajes soluciona la transmisin entre ejes que se cortan y que se cruzan. Los datos de clculos de estos engranajes estn en prontuarios especficos de mecanizado.

Engranaje cnico hipoide

Un engranaje hipoide es un grupo de engranajes cnicos helicoidales formados por un pin reductor de pocos dientes y una rueda de muchos dientes, que se instala principalmente en los vehculos industriales que tienen la traccin en los ejes traseros. Tiene la ventaja de ser muy adecuado para las carroceras de tipo bajo, ganando as mucha estabilidad el vehculo. Por otra parte la disposicin helicoidal del dentado permite un mayor contacto de los dientes del pin con los de la corona, obtenindose mayor robustez en la transmisin. Su mecanizado es muy complicado y se utilizan para ello mquinas talladoras especiales (Gleason)

Engranaje cnico helicoidal

Se utilizan para reducir la velocidad en un eje de 90. La diferencia con el cnico recto es que posee una mayor superficie de contacto. Es de un funcionamiento relativamente silencioso. Adems pueden transmitir el movimiento de ejes que se corten. Los datos constructivos de estos engranajes se encuentran en prontuarios tcnicos de mecanizado. Se mecanizan en fresadoras especiales.

Aplicaciones de los engranajes cnicos

Existe una gran variedad de formas y tamaos de engranajes, desde los ms pequeos usados en relojera e instrumentos cientficos (se alcanza el mdulo 0,05) a los de grandes dimensiones, empleados, por ejemplo, en las reducciones de velocidad de las turbinas de vapor de los buques, en el accionamiento de los hornos y molinos de las fbricas de cemento, etc.

Los engranajes son, en general, cilindros con resaltos denominados dientes, conformando ruedas dentadas, las que permiten, cuando giran, transmitir el movimiento de rotacin entre sus rboles o ejes colocados a una distancia relativamente reducida entre s