Transmisión mecánica

Transmisión con correa en una instalación industrial.

Se denomina transmisión mecánica a un mecanismo encargado de transmitir potencia entre dos o más elementos dentro de una máquina. Son parte fundamental de los elementos u órganos de una máquina, muchas veces clasificados como uno de los dos subgrupos fundamentales de estos, a) elementos de transmisión y b) elementos de sujeción. En la gran mayoría de los casos, estas transmisiones se realizan a través de elementos rotantes, ya que la transmisión de energía por rotación ocupa mucho menos espacio que aquella por traslación. Una transmisión mecánica es una forma de intercambiar energía mecánica distinta a las transmisiones neumáticas o hidráulicas, ya que para ejercer su función emplea el movimiento de cuerpos sólidos, como lo son los engranajes y las correas de transmisión. Típicamente, la transmisión cambia la velocidad de rotación de un eje de entrada, lo que resulta en una velocidad de salida diferente. En la vida diaria se asocian habitualmente las transmisiones con los automóviles. Sin embargo, las transmisiones se emplean en una gran variedad de aplicaciones, algunas de ellas estacionarias. Las transmisiones primitivas comprenden, por ejemplo, reductores y engranajes en ángulo recto en molinos de viento o agua y máquinas de vapor, especialmente para tareas de bombeo, molienda o elevación (norias). En general, las transmisiones reducen una rotación inadecuada, de alta velocidad y bajo par motor, del eje de salida del impulsor primario a una velocidad más baja con par de giro más alto, o a la inversa. Muchos sistemas, como las transmisiones empleadas en los automóviles, incluyen la capacidad de seleccionar alguna de varias relaciones diferentes. En estos casos, la mayoría de las relaciones (llamadas usualmente "marchas" o "cambios") se emplean para reducir la velocidad de salida del motor e incrementar el par de giro; sin embargo, las relaciones más altas pueden ser sobremarchas que aumentan la velocidad de salida. También se emplean transmisiones en equipamiento naval, aeronáutico, agrícola, industrial, de construcciones y de minería. Adicionalmente a las transmisiones convencionales basadas en engranajes, estos dispositivos suelen emplear transmisiones hidrostáticas y accionadores eléctricos de velocidad ajustable.

Engranaje

Se denomina engranaje o ruedas dentadas al mecanismo utilizado para transmitir potencia de un componente a otro dentro de una máquina. Los engranajes están formados por dos ruedas dentadas, de las cuales la mayor se 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. De manera que una de las ruedas está conectada por la fuente de energía y es conocida como engranaje motor y la otra está conectada al eje que debe recibir el movimiento del eje motor

y que se denomina engranaje conducido.[] Si el sistema está compuesto de más de un par de ruedas dentadas, se denomina 'tren”.

La principal ventaja que tienen las transmisiones por engranaje respecto de la transmisión por poleas es que no patinan, con lo que se obtiene exactitud en la relación de transmisión.

Tipos de engranajes

La principal clasificación de los engranajes se efectúa según la disposición de sus ejes de rotación y los tipos de dentado. Siguiendo estos criterios existen los siguientes tipos de engranajes:

Engranajes especiales.

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. Tren de engranajes

Transmisión mediante cadena o polea dentada

Mecanismo piñón cadena Polea dentada

Características que definen un engranaje de dientes rectos

Representación del desplazamiento del punto de engrane enun engranaje recto.

Los engranajes cilíndricos rectos son el tipo de engranaje más simple y corriente que existe. Se utilizan generalmente para velocidades pequeñas y medias; a grandes velocidades, si no son rectificados, o corregido su tallado, producen ruido cuyo nivel depende de la velocidad de giro que tengan.

Diente de un engranaje: son los que realizan el esfuerzo de empuje y transmiten la potencia desde los ejes motrices a los ejes conducidos. El perfil del diente, o sea la forma de sus flancos, está constituido por dos curvas evolventes de círculo, simétricas respecto al eje que pasa por el centro del mismo.

Módulo: el módulo de un engranaje es una característica de magnitud que se define como la relación entre la medida del diámetro primitivo expresado en milímetros y el número de dientes. En los países anglosajones se emplea otra característica llamada Diametral Pitch, que es inversamente proporcional al módulo. El valor del módulo se fija mediante cálculo de resistencia de materiales en virtud de la potencia a transmitir y en función de la relación de transmisión que se establezca. El tamaño de los dientes está normalizado. El módulo está indicado por números. Dos engranajes que engranen tienen que tener el mismo módulo.

Circunferencia primitiva: es la circunferencia a lo largo de la cual engranan los dientes. Con relación a la circunferencia primitiva se determinan todas las características que definen los diferentes elementos de los dientes de los engranajes.

Paso circular: es la longitud de la circunferencia primitiva correspondiente a un diente y un vano consecutivos.

Espesor del diente: es el grosor del diente en la zona de contacto, o sea, del diámetro primitivo.

Número de dientes: es el número de dientes que tiene el engranaje. Se simboliza como . Es fundamental para calcular la relación de transmisión. El número de dientes de un engranaje no debe estar por debajo de 18 dientes cuando el ángulo de presión es 20º ni por debajo de 12 dientes cuando el ángulo de presión es de 25º.

Diámetro exterior: es el diámetro de la circunferencia que limita la parte exterior del engranaje. Diámetro interior: es el diámetro de la circunferencia que limita el pie del diente. Pie del diente: también se conoce con el nombre de dedendum. Es la parte del diente comprendida entre la

circunferencia interior y la circunferencia primitiva. Cabeza del diente: también se conoce con el nombre de adendum. 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. Altura del diente: es la suma de la altura de la cabeza (adendum) más la altura del pie (dedendum). Ángulo de presión: el que forma la línea de acción con la tangente a la circunferencia de paso, φ (20º ó 25º

son los ángulos normalizados). Largo del diente: es la longitud que tiene el diente del engranaje Distancia entre centro de dos engranajes: es la distancia que hay entre los centros de las circunferencias de

los engranajes. Relación de transmisión: es la relación de giro que existe entre el piñón conductor y la rueda conducida. La Rt

puede ser reductora de velocidad o multiplicadora de velocidad. La relación de transmisión recomendada tanto en caso de reducción como de multiplicación depende de la velocidad que tenga la transmisión con los datos orientativos que se indican:

Velocidad lenta:

Velocidad normal :

Velocidad elevada:

Ecuación general de transmisión':

Involuta del círculo base

Para el movimiento que se transmite entre un par de engranes, se suponen dos rodillos en contacto, en donde no hay deslizamiento, al diámetro de estos rodillos se les conoce como diámetro primitivo dp y al círculo que se construye con dp se le conoce como círculo primitivo. Con un diente de engrane se pretende prolongar la acción de los rodillos, y es por esa razón que el perfil que los describe es una involuta. Para el dibujado de la involuta es necesario definir primero el círculo base (ver sig. fig.).

1.- A partir del círculo primitivo Cp, en el cuadrante superior se traza una recta horizontal tangente al círculo obteniéndose el punto A. 2.- Luego, pasando por el punto A se traza la recta de línea de contacto de ángulo Ψ (de presión). 3.- Seguidamente se construye el círculo base concéntrico al círculo primitivo tangente a la línea de contacto, la cual fue dibujada empleando el ángulo de presión Ψ, obteniéndose así el punto B y el radio base rb (segmento OB).

Dibujado de la involuta del círculo base

Para dibujar la involuta (ver sig. fig.) debe trazarse un radio del círculo base a un ángulo θ respecto al eje x, obteniéndose así el punto B, luego dibujamos una recta tangente a círculo base a partir del punto B y de longitud igual al arco AB, en donde A es el punto de intersección del círculo base con el eje x. obtendremos entonces un punto (x, y) que pertenece al lugar geométrico de la involuta del círculo base. Si repetimos el procedimiento anterior tres veces para distintos θ y unimos los puntos (x, y) obtenidos empleando plantillas curvas, apreciaremos un bosquejo similar al mostrado en la siguiente figura.

Engranajes cilíndricos de dientes helicoidales

Engranaje 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 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.

Como consecuencia de la hélice que tienen los engranajes helicoidales su proceso de tallado es diferente al de un engranaje recto, porque se necesita de una transmisión cinemática que haga posible conseguir la hélice requerida. Algunos datos dimensionales de estos engranajes son diferentes de los rectos.

Juego de engranajes helicoidales.

Los demás datos tales como adendum, dedendum y distancia entre centros, son los mismos valores que los engranajes rectos.

Engranajes helicoidales dobles

Engranajes helicoidales dobles. Vehículo Citroën con el logotipo de . rodadura de 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 a 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 cónicos

. Engranaje cónico.

Los engranajes cónicos tienen forma de tronco de cono y permiten transmitir movimiento entre ejes que se cortan[.] Sus datos de cálculo se encuentran en prontuarios específicos de mecanizado.

Engranajes cónicos de dientes 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 cónico 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. [11]

Engranaje cónico hipoide

Engranaje cónico 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

Tornillo sin fin y corona

Tornillo sin fin de montacargas. Mecanismo reductor básico.

Es un mecanismo diseñado para transmitir grandes esfuerzos, que también se utiliza como reductor de velocidad aumentando la potencia de 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.[

Tornillo sin fin y corona glóbica (rueda helicoidal)

Tornillo sin fin y corona glóbica.

Todos los mecanismos rotatorios descritos hasta ahora transmiten movimiento entre ejes paralelos. Sin embargo, el tornillo sin fin de la rueda helicoidal transmite movimiento entre ejes que están en ángulos rectos.Normalmente el contacto entre los dientes del tornillo sin fin y los de la corona ocurre en un solo punto, es decir, en una superficie muy reducida de metal. Por tanto, cuando la fuerza a transmitir es elevada se genera una fuerte presión en el punto de contacto. Para reducir la presión se puede aumentar la superficie de contacto entre el tornillo sin fin y la corona, aplicando una de las tres formas siguientes de acoplamiento:[]

1. corona glóbica y tornillo sin fin convencional2. tornillo sin fin glóbico y corona convencional3. tornillo sin fin glóbico y corona también glóbica

 Explicación del tornillo sin fin y. corona glóbica.

                                 

El tornillo sin fin tiene sólo un diente con forma de hilo de rosca, o helicoidal y cada vez que da una vuelta completa, sólo un diente de la corona glóbica pasa el punto X del diagrama. Por tanto, para hacer que la rueda (corona glóbica) dé una vuelta completa, el tornillo sin fin tiene que girar 60 veces.

 Ahora bien, como el tornillo sin fin tiene que girar 60 veces por cada vuelta completa de la rueda helicoidal. La relación de velocidades (y la relación de transmisión) del sistema anterior es de 60:1.

Cálculo de la relación de transmisión (rueda helicoidal).

 Para calcular la relación de transmisión de un tornillo sin fin y una rueda helicoidal, utiliza la siguiente ecuación: Relación de transmisión = nº de dientes corona glóbica / nº de dientes del tornillo sin fin.  En el ejemplo anterior:

                                                             Relación de transmisión = 60/1     60:1

 Características del sistema de transmisión del tornillo sin fin y corona glóbica .

 Probablemente la característica más importante de un tornillo sin fin y una rueda helicoidal son las relaciones de transmisión tan altas posibles. También son importantes la capacidad de transmitir movimiento a través de los ángulos rectos, y el funcionamiento tan silencioso de los engranajes.                                                                                         La principal desventaja (de engranajes metálicos) es su alto coste. Los engranajes de plástico se pueden hacer con más facilidad, especialmente si se moldean por inyección y en grandes cantidades. 

Engranajes planetarios

Mecanismo de engranajes interiores.

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%(por 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 momento (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. La selección de reductores planetarios se hace como la de cualquier reductor, en función del momento (Newton-metro). Como cualquier engranaje, los engranajes del reductor planetario son afectos a la fricción y agotamiento de los dientes, (en inglés "pitting" y "bending").Debido a que los fabricantes utilizan diferentes formas de presentación del tiempo de operación para sus engranajes y del momento máximo que soportan, la ISO tiene estándares para regular esto: ISO 6636 para los engranajes, ISO 281 para los rodamientos e UNI 7670 para los ejes. De esta forma se pueden comparar realmente las especificaciones técnicas de los engranajes / reductores y se puede proyectar un tiempo de operación antes de fallo de cualquiera de los mismos, (ya sean engranajes para reductores planetarios o flechas paralelas).

Mecanismo de cremallera

Cremallera. n:velocidad angular. z:número de dientes de la rueda dentada. p:paso.

Este sistema de transmisión es utilizado, por ejemplo, en los tornos para realizar el movimiento del carro principal. Convierte el movimiento circular de la rueda dentada en movimiento lineal.

Engranaje loco o intermedio

Detalle de engranaje intermedio loco.

En un engrane simple de un par de ruedas dentadas, el eje impulsor que se llama eje motor tiene un sentido de giro contrario al que tiene el eje conducido. Muchas veces, en las máquinas, esto no es conveniente, porque es necesario que los dos ejes giren en el mismo sentido. Para conseguir este objetivo se intercalan entre los dos engranajes un tercer engranaje que gira libre en un eje, y que lo único que hace es invertir el sentido de giro del eje conducido, porque la relación de transmisión no se altera en absoluto. Esta rueda intermedia hace las veces de motora y conducida y por lo tanto no altera la relación de transmisión. Un ejemplo de rueda o piñón intermedio lo constituye el mecanismo de marcha atrás de los vehículos impulsados por motores de combustión interna, también montan engranajes locos los trenes de laminación de acero. Los piñones planetarios de los mecanismos diferenciales también actúan como engranajes locos intermedios.

Mecanismo piñón cadena

Eslabón de una cadena. Juego de piñones de bicicleta.

El mecanismo piñón cadena es un método de transmisión muy utilizado para transmitir un movimiento giratorio entre dos ejes paralelos que estén bastante separados. Es el mecanismo de transmisión que utilizan las bicicletas, motos y muchas máquinas e instalaciones industriales. También se emplea en sustitución de los reductores de velocidad por poleas cuando es importante evitar el deslizamiento entre la rueda conductora y el mecanismo de transmisión (en este caso una cadena). Este mecanismo se compone de tres elementos: dos piñones, uno en cada uno de los ejes, y una cadena cerrada. Los dientes de los piñones engranan de manera muy precisa en los eslabones de la cadena, transmitiéndose así el movimiento.[] Comparado con el sistema correa-polea, el mecanismo piñón-cadena presenta la ventaja de poder transmitir grandes potencias con un buen rendimiento energético si bien es más ruidoso y necesita lubricantes. Para calcular la relación de transmisión valen las ecuaciones de las ruedas dentadas.

Poleas dentadas

Transmisión por poleas dentadas.

Para la transmisión entre dos ejes que estén separados a una distancia donde no sea económico o técnicamente imposible montar una transmisión por engranajes se recurre a un montaje con poleas dentadas que mantienen las mismas propiedades que los engranajes es decir, que evitan el patinamiento y mantienen exactitud en la relación de transmisión. Los datos más importantes de las poleas dentadas son: Número de dientes, paso, y ancho de la polea . El paso es la distancia entre los centros de las ranuras y se mide en el círculo de paso de la polea. El círculo de paso de la polea dentada coincide con la línea de paso de la banda correspondiente. Las poleas dentadas se fabrican en diversos materiales tales como aluminio, acero y fundición.

Las poleas dentadas normalizadas se fabrican en los siguientes pasos en pulgadas: MXL: Mini Extra Ligero (0.080"), XL: Extra Ligero (0.200"), L: Ligero (0.375"), H: Pesado (0.500"), XH: Extra Pesado (0.875") y XXH: Doble Extra Pesado (1.250").

Los pasos métricos son los siguientes:

T2,5 (Paso 2,5 mm), T5 (Paso 5 mm), T10 (Paso 10mm) y T20 (Paso 20 mm).[18]

Ejes estriado

Transmisión por ejes estriados.

Se denominan ejes estriados (splined shaft) a los ejes que se les mecanizan unas ranuras en la zona que tiene para acoplarse con un engranaje u otros componentes para dar mayor rigidez al acoplamiento que la que produce un simple chavetero. Estos ejes estriados no son en sí un engranaje pero la forma de mecanizarlos es similar a la que se utilizan para mecanizar engranajes y por eso forman parte de este artículo. Los ejes estriados se acoplan a los agujeros de engranajes u otros componentes que han sido mecanizados en brochadoras para que el acoplamiento sea adecuado. Este sistema de fijación es muy robusto. Se utiliza en engranajes de cajas de velocidades y en palieres de transmisión. Hay una norma que regula las dimensiones y formato de los ejes estriados que es la norma DIN-5643.[20]

Reductores de velocidadLos 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.

Características de los reductores

Potencia, en Kw o en Hp, de entrada y de salida. Velocidad, en RPM, de entrada y de salida. Velocidad a la salida.(RPM) Relación de transmisión[24]

Factor de seguridad o de servicio (Fs) Par transmitido (Mn1- Eje rápido) (Mn2-Eje lento)

Relaciones de transmisión

Transmisión compuesta. Transmisión reductora en una grúa antigua

Hay tres tipos de transmisiones posibles que se establecen mediante engranajes:

1. Transmisión simple2. Transmisión con piñón intermedio o loco3. Transmisión compuesta por varios engranajes conocidos como tren de engranajes.

En los engranajes de distintos tamaños, el engranaje más pequeño se llama piñón, y el más grande se llama rueda.

Dos o más engranajes unidos o engranados de esta forma se denominan tren de engranaje.

                                                                              

Explicación del tren de engranaj                                                                                                                                                          En e! diagrama podemos ver un tren de engranaje simple en el que A es el engranaje motriz, y B el engranaje arrastrado.

 

Cuando A da una vuelta completa, sus 15 dientes pasan el punto X del diagrama. Como los engranajes se engranan (y no se pueden desprender), 15 dientes del engranaje arrastrado también pasan el punto X. Por tanto, por cada vuelta completa del engranaje motriz, el engranaje arrastrado solamente girará un cuarto de vuelta. Ahora bien, como el engranaje arrastrado solamente gira un cuarto de vuelta por cada vuelta completa del engranaje motriz, el engranaje arrastrado solamente girará aun cuarto de la velocidad del engranaje motriz. Por tanto, la relación de velocidades del sistema anterior (y relación de transmisión) es de 4: 1.

Cálculo de la relación de transmisión (tren de engranaje simple).

 Para calcular la relación de transmisión de un tren de engranaje simple, usa la siguiente ecuación: . Z arrastrado                                                                                                                        Relación de transmisión                                                                                                                                                                         .                                                           Z  motriz

Donde Z es  número de dientes del engranaje.

Para el ejemplo anterior:                          Relación de transmisión: 60/15 = 4/1     4:1

 La relación entre las velocidades de giro de las ruedas depende del nº de dientes de cada una y se expresa mediante las siguientes ecuaciones:

 

 V1. Z1 = V2. Z2

 

V1 Z2 con relación al diámetro V1. D1 = V2. D2 V1 D2

    V2 Z1 V2 D1

 

Tren de engranajes compuesto.

En el diagrama puede verse el tren de engranajes compuesto. Observa que se usan cuatro engranajes y que los engranajes B y C están sujetos al mismo eje. Cuando el engranaje motriz A da una vuelta completa, el engranaje B girará un cuarto de una vuelta. Ahora bien, como el engranaje C está sujeto al mismo eje que el engranaje B, también da un cuarto de vuelta.

 

 

Por tanto, el engranaje D solamente girará 1/4 de 1/4 de una vuelta, es decir, 1/16 de una vuelta. Por tanto, la relación de transmisión de este tren de engranajes compuesto es de 16: 1.

 Cálculo de la relación de transmisión ( tren de engranajes compuesto).

 Para calcular la relación de transmisión de un tren de engranajes compuesto, emplea la ecuación siguiente:

                                                            Z B Z DRelación de transmisión =  Z A Z C

En el ejemplo anterior:                   Relación de transmisión = 60/15 x 60/15 = 4/1 x 4/1 = 16/1        16:1

 La relación entre las velocidades de giro de las ruedas motriz (A) y conducida (D) depende del nº de dientes de los engranajes del sistema y se expresa mediante la siguiente ecuación:

 

VA ZB. ZD . VD ZA. ZC                                

Ej: VA 60 . 60 VA 16 VA = 16 . VD ; VA = 16 .100 Rpm ; VA = 1600 Rpm . . . VD 15 . 15 VD 1

VD VA ; VD 1600 ; VD = 100 Rpm . 16 16

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Radián. Es la unidad de ángulo plano en el Sistema Internacional de Unidades. Representa el ángulo central en una circunferencia y abarca un arco cuya longitud es igual a la del radio. Su símbolo es rad. Hasta 1995 tuvo la categoría de unidad suplementaria en el Sistema Internacional de Unidades, junto con el estereorradián. A partir de ese año, y hasta el momento presente, ambas unidades figuran en la categoría de unidades derivadas. Esta unidad se utiliza primordialmente en física, cálculo infinitesimal, trigonometría, goniometría, etc.

El ángulo formado por dos radios de una circunferencia, medido en radianes, es igual a la longitud del arco que delimitan los radios; es decir, θ = s/r, donde θ es ángulo, s es la longitud del arco, y r es el radio. Por tanto, el ángulo completo, , que subtiende una circunferencia de radio r, medido en radianes, es:

El radián es una unidad sumamente útil para medir ángulos, puesto que simplifica los cálculos, ya que los más comunes se expresan mediante sencillos múltiplos o divisores de π.

Equivalencias

La equivalencia entre grados sexagesimales y radianes es: π rad = 180° La equivalencia entre grados centesimales y radianes es: π rad = 200g

La tabla muestra la conversión de los ángulos más comunes.

Grados 0° 30° 45° 60° 90° 120° 135° 150° 180° 210° 225° 240° 270° 300° 315° 330° 360°Radianes 0 π/6 π/4 π/3 π/2 2π/3 3π/4 5π/6 π 7π/6 5π/4 4π/3 3π/2 5π/3 7π/4 11π/6 2π

Otras unidades de medida de ángulos convencionales son el grado sexagesimal, el grado centesimal y, en astronomía, la hora.

El Radián tiene una unidad derivada llamada π Radian por segundo (πRad/s). Esta tiene una equivalencia con las R.p.m Las equivalencias se pueden calcular fácilmente con la ecuación que sigue:

De Rpm a πRad

Que con la ecuación simplificada:

De πRad a Rpm

Que con la ecuación simplificada:

Conversiones entre grados y radianes Ángulos de los polígonos más comunes medidos en radianes, expresados como fracciones de π.

Tabla de conversión entre grados sexagesimales y radianes. Los grados y los radianes son dos diferentes sistemas para medir ángulos. Un ángulo de 360° equivale a 2π radianes; un ángulo de 180° equivale a π radianes (recordemos que el número π ≈ 3,14159265359…). Las equivalencias de los principales ángulos se muestran en las siguientes figuras:

Para convertir grados en radianes o viceversa, partimos de que 180° equivalen a π radianes; luego planteamos una regla de tres y resolvemos. Ejemplo A: Convertir 38° a radianes. Primero planteamos la regla de tres. 180°……………………… π rad. . 38°………………… 38° x π rad. . 180° Nótese que la x va arriba, en la posición de los radianes.

Despejamos x, también simplificamos.

Por último obtenemos el equivalente decimal:

x = 0,6632 radianes.

Ejemplo B

Convertir 2,4 radianes a grados.

Primero planteamos la regla de tres. Nótese que la x va abajo, en la posición de los grados.

Despejamos x.

Por último obtenemos el equivalente decimal: x = 137.5099°

Qué es y cómo se interpretan el Torque y la Potencia de un motor?

Estos conceptos los vemos con frecuencia en las tablas de especificaciones del motor de un automóvil o camión. Pero, ¿qué significan?, ¿Cómo los interpretamos?

Empecemos con una analogía:

Al sentirnos enfermos visitamos al médico para consultarle sobre nuestro malestar. Luego de escuchar nuestra narración, nos realiza algunas pruebas sencillas: nos toma el pulso y la presión sanguínea. Estas pruebas le permiten conocer el estado de funcionamiento del corazón. Es decir con qué rapidez y fuerza está trabajando nuestro motor.

El torque y la potencia son dos indicadores del funcionamiento del motor, nos dicen qué tanta fuerza puede producir y con qué rapidez puede trabajar.

El torque es la fuerza que producen los cuerpos en rotación, recordemos que el motor produce fuerza en un eje que se encuentra girando. Para medirlo, los ingenieros utilizan un banco ó freno dinamométrico que no es más que una instalación en la que el motor puede girar a toda su capacidad conectado mediante un eje a un freno o balanza que lo frena en forma gradual y mide la fuerza con que se está frenando.

Mientras observa la figura superior, tome un lápiz por los extremos con la punta de los dedos de ambas manos. Con los dedos de la mano izquierda trate de hacerlo girar (motor) y con la mano derecha trate de impedir que gire. Mientras más fuerza haga para impedir que gire, mayor será el esfuerzo que debe hacer para hacerlo que girar. Se llama Torque máximo a la mayor cantidad de fuerza de giro que puede hacer el motor. Esto sucede a cierto número de revoluciones. Siguiendo el ejemplo de la gráfica en la figura inferior: Un motor con un torque máximo de 125 Nm a 2500rpm significa que el motor es capaz de producir una fuerza de giro (Técnicamente conocido como “momento” o “par” torsional) de hasta 125 newton metro cuando está acelerado al máximo y gira a 2500 revoluciones por minuto. Recuerde que el motor esta acelerado al máximo (Técnicamente conocido como WOT ó wide open throttle) y no gira a las máximas revoluciones ya que se encuentra frenado por el freno dinamométrico.

Mientras mayor sea el torque máximo de un motor, más fuerte este es. Esto es interesante al momento de comparar motores ya que sin importar el tamaño, el tipo, el sistema de encendido ó el de inyección, un motor tendrá más fuerza que otro cuando su torque máximo sea mayor. La tendencia mundial es lograr motores con el torque más alto posible en todas las revoluciones y principalmente al arrancar. Este efecto se conoce como “motor plano”¿Qué pasó con la potencia?

La potencia indica la rapidez con que puede trabajar el motor. La potencia máxima es el mayor número obtenido de multiplicar el torque del motor por la velocidad de giro en que lo genera. En el caso de la figura, el motor tiene una potencia máxima de 38 kW @ 3000 rpm.

Potencia = Torque x velocidad angular

Donde:

es la potencia (en W) es el par motor (en N·m) es la velocidad angular (en rad/s)

Veamos las unidades:

En el sistema internacional el torque se expresa en Nm (Newton metro)La potencia se expresa en W (Vatios)Debido a que los motores usados en la industria automotriz, tienen muchos vatios se acostumbra usar el kW (Kilovatio) 1kW = 1000 W

Relaciones útiles:

Potencia (en kW) = (Torque (Nm) . Revoluciones por minuto del motor (rpm)) / 95501kW = 1,34 hp (Horsepower ó caballo de potencia)El PS es el caballo en el sistema métrico. 1kW = 1,359 PS1Nm = 0,73756 lbf ft

Para concluir, es bueno recordar que:

El torque y la potencia son indicadores de lo que el motor puede hacer Los valores de torque y potencia que publican los fabricantes cumplen normas internacionales las

cuales pueden variar según el origen del motor, y lo que leemos en las especificaciones se trata de los valores máximos.

Se dice caballo de potencia y no “caballo de fuerza” El torque es la fuerza del motor ya que la entrega en forma de giro La potencia se obtiene a partir del torque y las revoluciones Un motor tiene torque máximo y potencia máxima y en los motores de combustión interna estos no

se presentan a las mismas revoluciones.

Otras consideraciones

El par motor viene determinado en los motores de combustión interna alternativos , por la presión media efectiva de la expansión de los gases sobre la cabeza del pistón. Esta presión la define la masa de mezcla que se expande, cuanto mayor sea esta masa, a igual volumen de cilindro, más par. El control sobre esta masa de mezcla la tiene el mando del acelerador, que regula la entrada de más o menos aire (motor Otto) o de más o menos combustible (motor diesel). Esto quiere decir que a un régimen de revoluciones determinado, el motor puede estar produciendo más o menos par. Imaginemos por ejemplo un vehículo que sube una cuesta a 3000 rpm, y baja la misma cuesta al mismo régimen. En un caso el par necesario para moverlo será mayor que en el otro, este par es el que obtenemos regulando con el mando de acelerador. Esto es lo que se denomina carga motor.

En los motores eléctricos, sin embargo el par motor es máximo al inicio del arranque, disminuyendo luego paulatinamente con el régimen. Por este motivo es el tipo de motor idóneo para tracción ferroviaria. Si se mantiene constante la tensión, cuando la resistencia al giro aumenta, el par deberá aumentar para mantener las revoluciones, mediante el aumento de la corriente eléctrica consumida.

En los motores de combustión interna , la zona del régimen de revoluciones en las que el par es aprovechable es bastante reducido. Esto viene determinado sobre todo por el tipo de combustión que es muy corta en duración, especialmente en el de ciclo Otto.

En las turbinas de gas la curva que dibuja el par máximo a lo largo del régimen de revoluciones es más abrupta. Por este motivo, y por su "pereza" a la hora de cambiar de régimen, las turbinas de gas se utilizan casi siempre a régimen constante fijo.

Es interesante resaltar que el máximo aprovechamiento del combustible (consumo específico), se consigue alrededor del régimen de par máximo y con el motor casi a la máxima carga, es decir dando el par máximo.

Como normalmente es deseable que el par sea lo más regular posible en todo el régimen de giro, se han ideado métodos para conseguirlo: turbocompresor de baja carga, distribución variable, admisión variable, etc.

Bibliografía

MILLÁN GÓMEZ, Simón (2006). Procedimientos de Mecanizado. Madrid: Editorial Paraninfo. ISBN 84-9732-428-5.

MAQUINAS, Cálculos de taller ; A.L. CASILLAS. LARBURU 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. PÉREZ, Alonso y JULIO, Jacinto (1992). Ajustes y tolerancias: mecanismos y engranajes. Universidad

Politécnica de Madrid. Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Aeronáutica. ISBN 84-87051-18-9. COMAS, A.. Tecnología resumida sobre engranajes. Ediciones Cedel. ISBN 84-352-0310-7. Instituto Nacional de Racionalización y Normalización (España) (1977). Transmisiones. Rodamientos.

Engranajes. Tuberías. Consejo Superior de Investigaciones Científicas. ISBN 84-00-03530-5. MONTOYA MORENO, Felipe (1993). Fundamentos de la geometría de los engranajes. Universidad de

Valladolid. Secretariado de Publicaciones e Intercambio Editorial. ISBN 84-7762-367-8. RAMÓN MOLINER, Pedro (1980). Engranajes. AUTOR-EDITOR 1116. ISBN 84-300-2212-0. TULIO PIOVAN, Marcelo (2004). «Trenes de engranajes, reductores planetarios y diferenciales». Notas para

la asignatura de Elementos de Máquinas. Universidad Tecnológica Nacional (Facultad Regional de Bahía Blanca): Cátedra de Elementos de Máquinas.