Engranes

·         TRANSMISION del movimiento POR ENGRANAJES Y SUS APLICACIONES

  TRANSMISION POR ENGRANAJES

La potencia puede transmitirse desde un árbol a otro por medio de correas, ruedas de fricción engranajes o cadenas. Cuando la razón entre las velocidades tiene que ser constante se aplica ruedas de engrane. Es evidente que cualquier par de superficies que rueden juntas con un movimiento de rodadura pura, de manera a dar la relación de velocidades deseada, puede servir de base para el diseño de un para de ruedas dentadas. El movimiento transmitido por un par de ruedas dentadas bien diseñadas es idéntico al de las curvas o superficies básicas rodando una sobre otra. Para que un par de curvas puedan moverse una sobre otra con un movimiento de rodadura pura, el punto de tangencia de las curvas tiene que hallarse siempre sobre la recta que une los centros de rotación de las curvas.

Los primeros datos que existen sobre la transmisión de rotaciones con velocidad angular uniforme por medio de engranajes, corresponden al año 1674, cuando el famoso astrónomo danés Olaf Roemer propuso la forma o perfil del diente en epicicloide. Del profesor Camus fue la idea de la intercambiabilidad de las ruedas dentadas y Robert Willis, profesor de Cambridge, fue el que obtuvo la primera aplicación práctica de la epicicloide al emplearla en la construcción de una serie de engranajes intercambiables. De la misma manera, de los primeros matemáticos fue la idea del empleo de la evolvente de círculo en el perfil del diente, pero también se deben a Willis las realizaciones prácticas. Es muy posible que fuera el francés Phillipe de Lahire el primero en concebir el diente de perfil en evolvente en 1695, muy poco tiempo después de que Roemer concibiera el epicicioidal. La primera aplicación práctica del diente en evolvente fue debida al suizo Leonard Euler (1707). A Willis se le debe la creación del odontógrafo de su nombre para el trazado simplificado del perfil del diente de evolvente.

En 1856, Christian Schiele descubrió el sistema de fresado de engra­najes rectos por medio de la fresa-madre, pero el procedimiento no se lleva a la práctica hasta 1887, a base de la patente Grant. En 1897, Hermann Pfauter, alemán, inventa y patenta una máquina universal de dentar engranajes rectos y helicoidales por fresa-madre con mecanismo diferencial. Por último, en 1905, M. Chambon, de Lyon, fue el creador de la máquina para el dentado de engranajes cónicos por procedimiento de fresa.madre.

  CAMPO DE APLICACIÓN DE LOS ENGRANAJES

Existe una gran variedad de formas y tamaños de engranajes, desde los más pequeños usados en relojería e instrumentos científicos (se alcanza el módulo 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 fábricas de cemento, etc. El campo de aplicación de los engranajes es prácticamente ilimitado. Los encontramos en las centrales de producción de energía eléctrica, hidroeléc­trica y en los elementos de transporte terrestre: locomotoras, automotores, camiones, automóviles, transporte marítimo en toques de todas clases, aviones, en la industria siderúrgica: laminadores, transpor­tadores, etc., minas y astilleros, fábricas de cemento, grúas, montacargas, máquinas-herramientas, maquinaria textil, de alimentación, de vestir y calzar, industria química y farmacéutica, etc., hasta los más simples mo­vimientos de accionamiento manual. Toda esta gran variedad de aplica­ciones del engranaje puede decirse que tiene por única finalidad la trans­misión de la rotación 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”.

2.- VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA TRANSMISIÓN POR ENGRANES

·         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.

·         Además la relación de rotaciones con velocidad angular de la transmisión engranajes, es uniforme. Por esta razón se aplica como reductor o multiplicador de velocidades en máquinas en las que se requiere una velocidad específica y que no tenga alteraciones o fluctuaciones de velocidad.

·         Los engranes proporcionan a las máquinas una gradación utilizable de relaciones de velocidad.

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

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

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

3.- FORMAS DE LA SUPERFICIE PRIMITIVA PARA DIENTES COMUNES, HELICOIDALES, CÓNICOS Y SIN FIN

PERFIL DEL DIENTE

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.

Como se sabe, existe también el perfil cicloidal, aunque casi no se emplea, excepto en relojería.

1.- LA EVOLVENTE DE CIRCULO. Se llama “evolvente de círculo” a la curva descrita por un punto de una recta (generatriz) que gira sin deslizar sobre una circunferencia (circunferencia-base). La parte del perfil del diente que está debajo de la circunferencia-base no es ya “evolvente”.

TRAZADO DE LA EVOLVENTE. SE divide la circunferencia-base en un número entero de partes iguales. En la figura, doce partes iguales, cosa que facilita el trazado, por coincidir con los 30° y los 60° de las es­cuadras de dibujo. Desde P se traza la tangente horizontal PC, igual a la longitud de la circunferencia-base. Se divide PC en el mismo número de partes iguales anterior. Desde el extremo de cada radio se traza una tangente (que siempre es normal al radio en dicho punto). Empleando PC como escala, se toma sobre cada tangente la longitud correspondiente de la tangente PC. Así, 1—P1 = 1/12 PC, 2— P2=2/12 PC, 3— P= 3/12 PC, etc. Nótese que las longitudes de las tangentes crecen en progresión aritmética. La curva que pasa por los puntos P1, P2, P3,... es una evolvente.

TRAZADO APROXIMADO DE LA EVOLVENTE. Se divide la cir­cunferencia-base en un número cualquiera de partes iguales, AB, BC, CD, etcétera. Por cada uno de los puntos A, B, C e trazan las tangentes BB1, CC1.., perpendiculares a los radios respectivos en dichos puntos. Con centro en B, y radio igual a BA se traza el arco AB1. Luego, el pró­ximo arco B1C1, con centro en C y radio CB1. Se traza el arco siguiente C1D1 con centro en D y radio DC1. La curva determinada por la sucesión de arcos trazados es, con aproximación suficiente, una evolvente, Naturalmente, cuanto más pequeñas sean las divisiones efectuadas en la circunferencia-base, mayor será la aproximación de la curva obtenida a la evolvente.

CIRCUNFERENCIA BASE Y ANGULO DE PRESION. Conforme queda dicho, el origen de las evolventes que constituyen los flancos de los dientes está en la “circunferencia-base”.

El ángulo que forma la línea de acción y la tangente horizontal a la circunferencia primitiva en el punto primitivo, es el “ángulo de presión”. Se designa por `

---

'.

La fórmula que nos da el diámetro de la circunferencia-base o diá­metro-base, es la siguiente:

db= d cos

---

d = diámetro primitivo (de generación) = z.m

CIRCUNFERENCIAS PRIMITIVAS DE FUNCIONAMIENTO. La circunferencia primitiva o la circunferencia base se refieren a una rueda o piñón indepen­diente. En el momento que esta pieza pasa a formar parte de un engranaje (o sea, engranando con otra) nace el concepto de circunferencias “primi­tivas de funcionamiento”, que son las circunferencias (distintas de las “de generación” en los engranajes corregidos), que son tangentes y ruedan sobre otra sin deslizar. Tienen importancia en los engranajes corregidos al funcionar el engranaje con distancia entre centros distinta de la normal. En los normales, las primitivas de generación y las de funciona­miento son las mismas. 

PERFIL CICLOIDAL DE DIENTE
Se forman cuando un círculo rueda sobre el exterior y el interior de los círculos de rodadura o círculos primitivos C y D . En la figura que sigue a continuación se ilustra una porción de dos ruedas con dientes cicloidales. El contacto acaba de empezar en a, y a medida que las ruedas giren el punto de contacto se desplazará a lo largo de la trayectoria curvilínea aOb, cesando en b. Se ha trazado la normal al primer punto de contacto y es evidente que la inclinación de la normal con respecto a la tangente común de los dos círculos primitivos es máxima en este punto, y varía constantemente de dirección, aunque pasando siempre por O. Puede demostrarse que en el sistema evolvente la relación de las velocidades angulares permanece constante, dentro de los limites dc actuación, sean o no tangentes los círculos primitivos; pero para la transmisión de una rela­ción constante de velocidades con engranajes cicloidales los círculos pri­mitivos tienen que permanecer tangentes.

.- VENTAJAS Y DES VENTAJAS DE LOS PERFILES DE EVOLVENTES SOBRE LOS CICLOIDALES
LAS VENTAJAS DEL SISTEMA DE ENGRANAJES CON PERFIL EVOLVENTE
Las ventajas del sistema de engranajes con perfil evolvente son las siguientes:
  Economía del procedimiento de tallado. Número de útiles reducido.
  Curva continua en todo cl flanco (recta, en la cremallera). En el sistema cicloidal, el flanco está formado por dos curvas y, por tanto, la ventaja del primero, en cuanto a facilidad de mecanizado, es indudable.
  Los engranajes con dientes en evolvente, son los únicos que pueden funcionar con distancias entre centros variables, conservando uniforme la velocidad angular. La variación de distancia entre centros hace variar el “ángulo de presión de funcionamiento”. (Cuando dicho ángulo aumenta, aumenta también la presión sobre los cojinetes de apoyo de los ejes.).
  El diente con perfil de evolvente es más sólido, a igualdad de paso, que el cicloidal.
  En los engranes de perfil cicloidal el contacto se efectúa entre superficies convexas y cóncavas, en tanto que en los de evolvente el contacto se realiza entre superficies convexas o entre superficies convexas y planas.
  Puede demostrarse que en el sistema evolvente la relación de las velocidades angulares permanece constante, dentro de los limites dc actuación, sean o no tangentes los círculos primitivos; pero para la transmisión de una rela­ción constante de velocidades con engranajes cicloidales los círculos pri­mitivos tienen que permanecer tangentes.
DESVENTAJAS DEL PERFIL EVOLVENTE
Y como desventajas del perfil en evolvente, cabe señalar:
  Presión sobre los cojinetes, que tiende a separar los dos elementos, rueda y piñón. De todos modos, esto también ocurre en el perfil cicloidal, excepto cuando el contacto entre dientes conjugados tiene lugar en el primitivo.
  Las superficies conjugadas son, en ambos dientes, convexas, excepto en las ruedas de dentado interior.
  La lubricación de los dientes cicloidales es, pues, algo más eficaz que la de los dientes de evolvente, y esta propiedad es útil en las transmisiones por tornillo sin fin que transmiten cargas importantes.

5.- ESQUEMA DE ENGRANES PARA TRANSMISIÓN DE MOVIMIENTO ENTRE EJES PARALELOS, QUE SE CRUZAN, QUE SE CORTAN
CLASIFICACIÓN DE LOS ENGRANAJES
Según la situación relativa de los árboles
La más empleada es la que se basa en la situación relativa de los árboles o ejes donde van montados los engranajes, y cuyo movimiento de rotación transmiten.

·         Ejes paralelos en un mismo plano.

·         Engranajes cónico-rectos, cónico-helicoidales o espirales.

·         Ejes que se cortan en un mismo plano.

·         Engranajes cónico-rectos, y helicoidales y cónico-espirales.

·         Ejes que se cruzan perpendicularmente.

·         Engranajes de tornillo-sin-fin, helicoidales, cónico-hipoides

·         Ejes que se cruzan a cualquier ángulo.

·         Helicoidales.

  Clases de engranajes
Todos los tipos de engranajes citados, se resumen en las tres clases o tipos siguientes:
  ENGRANAJES CILINDRICOS.
  Rectos exteriores o simplemente rectos. Es el tipo de engranaje más simple y corriente, generalmente, para velocidades medias.

Fig.1

A grandes velocidades si no son rectificados, producen ruido más o menos importante según la velocidad y la corrección de su tallado.

En este acoplamiento de engranes el sistema que forma es el de dar precisión al movimiento todo esto para llevar una perfecta precisión al accionamiento de unos sensores de a proximidad que a su vez dan la debidaprecisión al movimiento de maquinaria pesada.

Interiores (Fig. 2).- Pueden ser con dentado recto, helicoidal o doble-helicoidal. Engranajes de gran aplicación en los llamados “trenes epicicloidales o planetarios”.

En estas fotografías nos muestra como puede ser al acoplamiento de este tipo de engranes para realizar una función de movimiento y precisión con algunos engranes internos.

Helicoidales (Fig. 3).- Más silenciosos que los rectos. Se emplean siempre que se trata de velocidades elevadas. Necesitan cojinetes de em­puje para contrarrestar la presión axial que originan.

En esta imagen no se muestra el funcionamiento pero nos da una idea específica de cómo va su unión y con que precisión engranan uno con otro.

Doble-helicoidales (Fig. 4).- Para las mismas aplicaciones que los helicoidales, con la ventaja sobre éstos de no producir empuje axial, debido a la inclinación doble en sentido contrario de sus dientes. Se les denomina también por el galicismo “á chevron”, que debe evitarse.

Helicoidales para ejes cruzados (Fig. 5).- Pueden transmitir rota­ciones de ejes a cualquier ángulo, generalmente a 90°, para los cuales se emplean con ventaja los de tornillo-sin-fin, ya que los helicoidales tienen una capacidad de resistencia muy limitada y su aplicación se ciñe casi exclusivamente a transmisiones muy ligeras (reguladores, etc.).

Este ejemplo nos muestra el ejemplo de uno de los engranes elicoides o ejes crusados que de igual manera nos transmite precisión y fuerza

Este viéndole desde un perfil de su composición

Cremallera (Fig. 6).- Rueda cilíndrica de diámetro infinito con dentado recto o helicoidal, Generalmente de sección rectangular.

Este es un ejemplo de este tipo de engranes que se encarga de generar fuerza y precisión a la hora de su funcionamiento esto se utiliza particularmente en aparatos industriales de con gran peso.

Este es otro de los aspectos de su funcionamiento en el área industrial

  ENGRANAJES CONICOS

Cónico-rectos (Fig. 7). - Efectúan la transmisión de movimiento de ejes que se cortan en un mismo plano, generalmente en ángulo recto, por medio de superficies cónicas dentadas. Los dientes convergen en el punto de intersección de los ejes.

Cónico-helicoidales (Fig. 8).- Engranajes cónicos con dientes no rectos.

En esta fotografía nos muestra una unión de un engrane conocehelicoides que es muy raro encontrárselo en maquinarias ya que existe poca precisión en su funcionamiento y se utiliza solamente en trabajos de poca exigencia.

Cónico-espirales (Fig. 9). - En los cónico-espirales, la curva del diente en la rueda-plana, depende del procedimiento o máquina de dentar, apli­cándose en los casos de velocidades elevadas para evitar el ruido que pro­ducirían los cónico-reetos.

Cónico-hipoides (Fig. 10). — Para ejes que se cruzan, generalmente en ángulo recto, empleados principalmente en el puente trasero del auto­móvil y cuya situación de ejes permite la colocación de cojinetes en ambos lados del piñón.

De tornillo-sin-fin (Fig. 11). — Generalmente cilíndricos. Pueden considerarse derivados de los helicoidales para ejes cruzados, siendo el tornillo una rueda helicoidal de un solo diente (tornillo de un filete) o de varios (dos o más). La rueda puede ser helicoidal simple o especial para tornillo-sin-fin, en la que la superficie exterior y la de fondo del diente son concéntricas con las cilíndricas del tornillo. Generalmente, el ángulo de ejes es de 900.

6.- CONSTRUCCIÓN Y CALCULO DE LOS DIENTES DE ENGRANAJES RECTOS, HELICOIDALES Y CÓNICOS.
ENGRANAJES RECTOS
  Diente normal (UNE 18016)

ENGRANAJES HELICOIDALES

Los engranajes helicoidales pueden para utilizarse para ejes paralelos o para ejes cruzados, generalmente, estos a, 90°.

ENGRANAJES PARALELOS

El contacto entre flancos conjugados, en un engranaje recto, es una línea recta paralela al eje, que se desplaza radialmente desde la circunferencia exterior a la de fondo de trabajo. En los engranajes helicoidales dicho con­tacto lo realizan más de un solo par de dientes conjugados en pequeñas diagonales que van sucediéndose a lo largo del diente.

Con los engranajes helicoidales, se tiene una marcha silenciosa, particularmente a elevadas velocidades, para las cuáles son insustituibles, al mismo tiempo que puede conseguirse, a igualdad de dimensiones exteriores de los rectos, una mayor capacidad de carga. El único inconveniente que presentan es el empuje axial que originan, pero ello puede ser fácilmente contrarrestado con el empleo de cojinetes apropiados, o, si éstos no pueden emplearse, con los doble helicoidales.

Sentido de inclinación y ángulo de hélice

El sentido de inclinación de piñón y rueda de un engranaje es contrario y su ángulo el mismo en ambos elementos, o sea, que con un piñón de inclinación a derecha engrana una rueda de inclinación a izquierda o viceversa.

El ángulo de hélice puede ser cualquiera, limitado solamente por capacidad de las máquinas de dentar. Ahora bien; de conformidad con lo indicado anteriormente, es decir, reducir al máximo las presiones axiales, conviene que este ángulo sealo menor posible, y, por tanto, lo fijaremos de acuerdo con un “recubrimiento mínimo”, con lo cual lograremos la continuidad de acción propia del engranaje helicoidal, no se presentarán dificultades en el tallado y no tendremos presiones axiales excesivas. Prácticamente podemos decir que no conviene pasar nunca de los 25°.

Las máquinas de dentar doble-0helicoidal, con útil-piñón (Fellows, Sykes, Lorenz, etc.), con cuchilla-cremallera (Sunderlaud, Maag, etc.) se cons­truyen para ángulos de inclinación fijos y constantes debido al sistema constructivo de tales máquinas. Los ángulos más corrientemente empleados son: 15°, 23° y 30°.

La especialización, cada día más acusada, de la maquinaria obligará a fijar así mismo un ángulo de inclinación universal normalizado para los engranajes helicoidales simples, con lo que se facilitará c

MECANISMO PIÑON Y CADENA

Este mecanismo es un método de transmisión muy utilizado porque permite transmitir un movimiento

Giratorio entre dos ejes paralelos, que estén bastante separados. Es el mecanismo de transmisión que

Utilizan las bicicletas, motos, y en muchas máquinas e instalaciones industriales. También se emplea en

Sustitución de los reductores de velocidad por poleas cuando lo importante sea evitar el deslizamiento

Entre la rueda conductora y el mecanismo de transmisión (en este caso una cadena).

El mecanismo consta de una cadena sin fin (cerrada)

Cuyos eslabones engranan con ruedas dentadas (piñones) que están unidas a los ejes de los

Mecanismos conductor y conducido. Las cadenas empleadas en esta transmisión suelen

Tener libertad de movimiento solo en una dirección y tienen que engranar de manera muy precisa con los

Dientes de los piñones. Las partes básicas de las cadenas son: placa lateral, rodillo y pasador. Las

Ruedas dentadas suelen ser una placa de acero sin cubo (aunque también las hay de materialesplásticos).

Poleas dentadas

Para la transmisión entre dos ejes que esténseparados a una distancia donde no sea económico o

Técnicamente imposible montar una transmisión porengranajes se recurre a un montaje con poleas

Dentadas que mantienen las mismas propiedadesque los engranajes es decir, que evitan elpatina miento y mantienen exactitud en la relaciónde transmisión.Los datos más importantes de las poleas dentadasson:Número de dientes, paso, y ancho de la poleaEl paso es la distancia entre los centros de lasranuras y se mide en el círculo de paso de la polea.

El círculo de paso de la polea dentada coincide conla línea de paso de la banda correspondiente.

Las poleas dentadas se fabrican en diversosmateriales tales como aluminio, acero y fundición.

Las poleas dentadas normalizadas se fabrican en lossiguientes 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 2,5mm), T5 (Paso 5 mm), T10 (Paso 10mm) y T20 (Paso20 mm).

Estos son solo algunos de los aspectos de una unión de engranes por cadena ya que existen otros como el de los pedales de una bicicleta el sistema de cambios de velocidades de la misma etc.

ENGRANES RECTOS

Ya todos conocemos el sistema de velocidades de una bicicleta y como ya sabemos su funcionamiento entre mas pequeña es el engrane más liviano es el trabajo de fuerza que se debe de ejercer en los pedales pero por lo tanto será menor la velocidad a ejercer en el vehículo.

ENGRANES PLÁSTICOS O SPROKCETS

Este tipo de engranes se utilizan para mover bandas transportadoras sin fin que son utilizadas para transmitir fuerza y precisión en su movimiento ya que la banda montada en ellos debe de engranar en su eslabón con cada diente del mismo y a diferencia de los engranes normales este su estructura forma una fusión de dientes entrelazados. El material del que comúnmente son fabricados es un plástico de alta resistencia a temperaturas llamado laynami.

ENGRANES PLASTICOS PARA USO GRADO ALIMENTICIO

Estos engranes se utilizan como impulsores de líquidos, pulpas, sólidos etc. Y están fabricados de un material plástico no toxico que son más efectivos para este tipo de condensados a diferencia de otros utilizados.

Estos son utilizados como impulsores de sólidos en bombas positivas industriales y son de gran eficiencia pero alto costo debido a sus materiales de composición.

Diente corto (STUB) (UNE 18016)

5. Addendum

6. Dedendum

7. Espacio libre de fondo

No habiendo parecido todavía la Recomendación ISO correspondiente a la Cremallera-Tipo de este diente corto (STUB), cada país, cada firma constructora de útiles o máquina y cada usuario de engranajes, proyectan sus útiles de acuerdo con el taller de dentado para que le informen del addendum a prever para el torneado del diámetro exterior de la rueda.

CONCLUSION DE MI INFORMACION

En esta información se trato de incluir algunos de los topos de engranes que se conocen, pero esta es solo una pequeña porción de la extensa variedad de engranes que existen en el mundo y la diferente utilidad que se les puede dar ya que es una pequeña parte pero muy importante para el tipo de maquinaria que se le va a adaptar ya que un acoplamiento de precisión como este lo podemos encontrar en un reloj, una cortadora automática, un impulsor, en el techo de algún estadio, en el torniquete de un taller de herrería etc.

Estos engranes y su gran variedad nos hacen muchísimo más fácil la transmisión de energía en fuerza ya que con un poco de potencia que se ejerza en algún mecanismo que los contenga se puede transmitir hasta 100 veces su valor la única diferencia es que son de un valor un poco elevado pero la utilidad y ventaja que se le puede sacar es muy extensa.

Otro de los puntos un poco críticos de trabajar con estos engranes o equipos para trabajo de fuerza es que al expulsar su fuerza es tan grande que si llegara a atrapar algo o a alguien que se pueda romper en dos lo aria con facilidad por eso es necesario trabajarlo con algún sistema de seguridad para al este sentir cierto torque ejercido o la presencia de algún cuerpo extraño activarse y parar el dispositivo de movimiento ya que de lo contrario esto se convertiría en una desgracia o en algo irremplazable.

Bueno esto es lo que yo aprendí acerca de la información que les estoy exponiendo espero les sea de gran utilidad las pocas evidencias que en mi trabajo les presento gracias.