El engranaje es uno de los componentes que tienen un uso abrumador en casi todo tipo de máquinas. Aquí, en este artículo, vamos a hablar sobre los engranajes y sus diferentes tipos. Entonces, procedamos.
¿Qué es un engranaje?
Podemos decir que el engranaje es un componente de máquina con dientes cortados alrededor de una superficie cilíndrica o con forma de cono con el mismo espacio. Por lo general, se engranan dos engranajes y se utilizan para transmitir fuerzas y rotaciones al eje impulsado desde el eje impulsor. Los engranajes se pueden segregar en función de sus formas, como engranajes cicloidales, envolventes y trocoidales.
Además, los engranajes también se pueden clasificar en función de la posición de su eje, como engranajes de ejes de intersección, engranajes de ejes paralelos, engranajes de ejes no intersecantes y no paralelos. Según Arquímedes, el uso de engranajes había sido el centro de atención en la antigua Grecia en B.C. Sin embargo, con el tiempo sus nuevos tipos siguieron surgiendo.
tipos de engranajes
Los engranajes se pueden clasificar en diferentes tipos, como engranajes rectos, engranajes helicoidales, engranajes helicoidales, engranajes de cremallera, engranajes cónicos, etc. Por lo general, su clasificación se puede hacer considerando la posición de sus ejes, como ejes que se cruzan, ejes que no se cruzan y ejes paralelos. ejes.
Para la transmisión obligatoria de fuerza en diseños mecánicos, es inevitable entender diferentes tipos de engranajes. Incluso si ha elegido un tipo general de engranaje, aún se recomienda considerar factores como el estándar de grado de precisión, las dimensiones, la necesidad de tratamiento térmico o rectificado de dientes, la eficiencia y el par permitido.
A continuación, daremos una descripción general de los diferentes engranajes. Mientras tanto, puede consultar sus aspectos técnicos para tener información más profunda y técnica sobre este tipo de engranajes.
Entonces, comencemos con estos diferentes tipos de engranajes:
Engranaje recto
Los engranajes que tienen superficies de paso cilíndricas se denominan engranajes cilíndricos. Técnicamente, los engranajes rectos pertenecen al grupo de engranajes de ejes paralelos. En estos engranajes, hay una línea de dientes que es paralela y recta al eje.
Por tener una mayor precisión y una transmisión suave de la potencia, los engranajes rectos son ampliamente utilizados en industrias diversificadas. El segundo factor que los convierte en una opción adecuada es su fácil proceso de fabricación que incluye costos más bajos. Estos engranajes no soportan cargas en su dirección axial. La transmisión de potencia se hace posible con el engrane de dos engranajes: uno es un poco más grande, que se llama engranaje, y el segundo es algo más pequeño, que se llama piñón.
Engranaje helicoidal
Al igual que los engranajes rectos, los engranajes helicoidales también se utilizan con ejes paralelos. Estos son engranajes cilíndricos que poseen líneas de dientes sinuosas. En comparación con los engranajes rectos, los engranajes helicoidales tienen un mejor engrane de dientes que funcionan con un silencio más increíble que los engranajes rectos. Como los engranajes helicoidales pueden transmitir cargas mayores de manera conveniente, generalmente se prefieren para aplicaciones de alta velocidad.
A diferencia de los engranajes rectos, los engranajes helicoidales tienen cargas en una dirección axial que genera la necesidad de un cojinete de empuje. Los engranajes helicoidales vienen con opciones de torsión tanto a la izquierda como a la derecha, y para el par engranado, debe haber un engranaje de la mano opuesta.
Mecanismo de engranaje
La cremallera se refiere a dientes del mismo tamaño y forma cortados a la misma distancia a lo largo de una barra recta o una superficie plana. Nuevamente, un engranaje cilíndrico tiene un radio igual al cilindro de paso y transmite potencia engranando con un piñón de engranaje cilíndrico. Convierte el movimiento de rotación en movimiento lineal.
Mientras tanto, también se puede desarrollar una cremallera para cremalleras de dientes helicoidales y cremalleras de dientes rectos, pero con la misma línea de dientes recta. Cuando se trata de conectar cremalleras de extremo a extremo, se realiza mecanizando los extremos de la cremallera.
Engranaje cónico
Los engranajes cónicos con forma de cono se utilizan para transmitir fuerza entre dos ejes que se cruzan en un punto, lo que se conoce como eje de intersección. Tiene forma de cono porque sus dientes y la superficie de paso están cortados a lo largo de la forma del cono.
Además, el engranaje cónico se puede dividir en diferentes tipos:
- Engranajes cónicos helicoidales
- Engranajes cónicos rectos
- Engranajes cónicos angulares
- Engranajes cónicos espirales
- Engranajes hipoides
- Engranajes cónicos Zerol, y
- Engranajes de inglete
Engranaje cónico espiral
Como es evidente con el nombre, el engranaje cónico en espiral es el tipo de engranaje cónico, pero con líneas de dientes curvas. La relación de contacto de los dientes para el engranaje cónico en espiral es mayor que la de los engranajes cónicos rectos. Es por eso que los engranajes cónicos helicoidales ofrecen mayor resistencia y mejor eficiencia en comparación con los engranajes cónicos rectos. Pero, debido a la mayor relación de contacto de los dientes, los engranajes cónicos en espiral crean más ruido y vibración.
Por otro lado, la fabricación de engranajes cónicos en espiral es más complicada que la de los engranajes cónicos rectos. Como los dientes están curvados, las fuerzas de empuje tienen una dirección axial.
Además, si el ángulo de torsión es cero para el engranaje cónico en espiral, se denominará engranaje cónico cero.
Engranaje de tornillo
Dos engranajes helicoidales de la misma mano forman un engranaje helicoidal, mientras que el ángulo de giro entre ellos es de 45 grados en el eje que no se cruza ni es paralelo. La capacidad de carga de transporte es baja para engranajes de tornillo, ya que el punto de contacto entre dos engranajes también es muy pequeño. Por lo tanto, los engranajes helicoidales ciertamente no son adecuados para la transmisión de mayor potencia.
En los engranajes helicoidales, la potencia se transmite por el deslizamiento de las superficies de los dientes, lo que requiere lubricación para un servicio adecuado fuera de estos engranajes. Mientras tanto, no hay limitación en la cantidad de engranajes que desea colocar y puede formar la combinación que desee de varios dientes.
Engranaje de inglete
Los engranajes cónicos con una relación de velocidad de 1 se denominan engranajes de inglete. Los engranajes de inglete generalmente se usan para cambiar la dirección de transmisión de potencia sin afectar la velocidad. Principalmente, hay dos tipos de engranajes de inglete: engranaje de inglete recto y engranaje de inglete en espiral.
Los engranajes de inglete en espiral provocan una fuerza de empuje en la dirección axial, y esta es la razón detrás del uso de rodamientos de empuje con engranajes de inglete en espiral.
Además, los engranajes de inglete distintos del ángulo del eje de 90 grados se conocen como engranajes de inglete angular.
Engranaje de tornillo
El engranaje helicoidal se compone de dos componentes diferentes, el primero es el tornillo sin fin formado por el corte en forma de tornillo en el eje, y el segundo componente es un engranaje de acoplamiento que es una rueda helicoidal. Ambos componentes en un eje que no se cruza se denominan engranaje helicoidal. En el boceto dado, tanto el tornillo sin fin como la rueda de tornillo sin fin son cilíndricos, pero también podrían tener alguna otra forma.
La relación de contacto entre el tornillo sinfín y la rueda helicoidal es relativamente menor, lo que frena la transmisión de cargas mayores. Sin embargo, con la ayuda del tipo de reloj de arena, la relación de contacto puede aumentar.
Además, el contacto entre el gusano y la rueda helicoidal es deslizante, por lo que se necesita lubricación para reducir la fricción. En segundo lugar, el tornillo sin fin está hecho de un material rígido y la rueda helicoidal está hecha de un material blando para reducir la fricción. Aunque este ensamblaje solo es adecuado para una transmisión de carga más pequeña, es bastante suave.
Además, cuando el ángulo de avance entre el tornillo sinfín y la rueda helicoidal es pequeño, puede experimentar una característica de autobloqueo.
Engranaje interno
Los engranajes internos poseen dientes en el lado interior del cono o cilindro, y cada engranaje interno está emparejado con un engranaje externo. El propósito principal del uso de engranajes internos es el acoplamiento del eje del tipo engranaje y las transmisiones por engranajes planetarios. Cuando se trata de engranajes internos y externos, existen ciertas limitaciones en la cantidad de dientes, y estas limitaciones se deben a la interferencia involuta, problemas de recorte e interferencia trocoide.
Cuando los engranajes internos y externos están engranados, la dirección de rotación de ambos engranajes es idéntica. Pero, cuando los engranajes internos y externos están engranados, el enfoque de su rotación es el opuesto.
En consecuencia, estos son algunos de los tipos de engranajes comúnmente utilizados. Ahora, echemos un vistazo a las terminologías esenciales utilizadas en los engranajes y su nomenclatura:
Terminologías y Nomenclatura de Engranajes
Conocer las terminologías utilizadas para los engranajes se vuelve inevitable para tener una visión más profunda de los intrincados conceptos de los engranajes.
Esta representación visual lo ayudará a comprender mejor el mecanismo de trabajo de los engranajes. Mientras tanto, comprender la terminología de los engranajes también será fácil de entender:
- Gusano
- Rueda helicoidal
- Piñón
- Engranaje de inglete
- Engranaje cónico en espiral
- Engranaje interno
- Acoplamiento de engranajes
- Engranaje de tornillo
- Engranaje cónico recto
- engranaje recto
- Trinquete
- Trinquete
- Estante
- Bujes y ejes estriados involuntarios
- Engranaje helicoidal
Según la orientación de los ejes de los engranajes, se pueden clasificar en las siguientes categorías:
- Para engranajes rectos, engranajes internos, cremalleras y engranajes helicoidales, los ejes de orientación son paralelos.
- Los ejes que se cruzan soportan engranajes de inglete, engranajes cónicos rectos y engranajes cónicos especiales.
- El tornillo sin fin, la rueda helicoidal, el engranaje helicoidal y el engranaje helicoidal tienen ejes no paralelos y que no se cruzan.
- El acoplamiento de engranajes, el eje estriado involuntario y el buje, el trinquete y el trinquete poseen otros ejes.
¿Cuál es la diferencia entre piñón y engranaje?
Sabemos que el engranaje funciona en ensamblaje y engrana con otro engrane, pero la rueda dentada engrana con una cadena en lugar de un engranaje. Muy anidado a la rueda dentada, hay un elemento que de alguna manera se parece al engranaje, pero es un trinquete y solo se le permite moverse en una dirección.
Clasificación de diferentes engranajes desde el punto de relaciones posicionales hasta el eje adjunto
- Los engranajes rectos, los engranajes helicoidales, los engranajes de cremallera y los engranajes internos utilizan ejes paralelos. Por lo general, estos engranajes son para transmitir una mayor potencia.
- Si los dos ejes de los engranajes se cruzan, el tipo de engranaje será un engranaje cónico. Los engranajes cónicos también tienen una alta eficiencia de transmisión.
- Si los ejes de dos engranajes no son paralelos ni se cruzan, el tipo de engranaje puede ser de tornillo sin fin o de tornillo sinfín. Como hay un contacto deslizante entre estos, solo se prefiere la menor transmisión de potencia utilizando estos engranajes.
Clase de precisión de engranajes
La clase de precisión se utiliza cuando se agrupan diferentes tipos de engranajes en función de su precisión. La clase de precisión generalmente se establece según varios estándares como JIS, AGMA, DIN, ISO, etc.
Por ejemplo, JIS define la desviación de la hélice, el error del perfil del diente, el error de descentramiento y el error de paso.
Existencia de rechinar los dientes
La existencia de rechinar los dientes tiene un efecto significativo en el rendimiento del engranaje. Por lo tanto, cuando se consideran los tipos de engranajes, se le da una parte importante al rechinamiento de los dientes. El pulido del engranaje dentado mejora la calidad del engranaje para que su funcionamiento sea más silencioso y suave, aumenta la capacidad de transmisión de fuerza y afecta el vidrio de precisión. Pero el esmerilado aumenta el costo del engranaje, lo que no es preferible para todos los engranes, por lo que utilizamos otra técnica rentable para aumentar la precisión llamada afeitado con desordenes de afeitado.
Tipos de forma de diente
Los engranajes se clasifican por forma de diente en categorías como
- forma de diente involuta
- forma de diente cicloide
- forma de diente trocoide
En los engranajes dentados mencionados anteriormente, se utilizan principalmente engranajes involucionados. Su calidad de ser producidos sin esfuerzo y correctamente engranados, incluso si la distancia entre centros está ligeramente desviada, los hace deseables para ser utilizados ampliamente. Las formas de dientes cicloides se consumen principalmente en la producción de relojes, mientras que las formas de dientes trocoides se utilizan en bombas.
Creación de Engranajes
Se dice acerca de los engranajes que “Los engranajes son las ruedas con dientes y a veces se les llama ruedas dentadas”. Los componentes mecánicos que se usan para transmitir la rotación y la potencia de un eje al otro se llaman engranajes. Si un eje contiene dientes de forma perfecta en la circunferencia del mismo de manera que cuando gira, estos dientes encajan perfectamente entre los espacios de los dientes de otro eje. Por lo tanto, es un componente mecánico que transmite potencia según el principio del eje impulsor, empujando el eje impulsado en movimiento. Es un caso raro cuando un lado experimenta un movimiento lineal (también llamado movimiento de rotación alrededor de un punto infinito); se denomina estante.
La potencia y la rotación se pueden transmitir de un eje a otro de muchas maneras, por ejemplo, fricción de rodadura y transmisión envolvente. A pesar de ser de tamaño pequeño y de estructura muy simple, los engranajes nos sirven de muchas maneras ventajosas, como la transmisión de potencia, la velocidad angular muy precisa y la relación con una pérdida mínima de potencia con un servicio duradero.
Los engranajes se utilizan ampliamente, desde relojes, relojes y pequeños instrumentos de medición de precisión hasta sistemas de transmisión de aviones y barcos. Se consideran uno de los componentes mecánicos más importantes con diversas aplicaciones y se enumeran con tornillos y cojinetes por su importancia.
Hay numerosos engranajes, pero los más comunes son los que se utilizan para transmitir la relación de velocidad entre dos ejes paralelos colocados a una distancia definida. Los engranajes que se muestran en la figura tienen los dientes paralelos al eje y se denominan engranajes rectos. Estos son el tipo más popular de engranajes.
Hay otros tipos de engranajes llamados impulsores de fricción. Estos son los componentes más sencillos y ampliamente utilizados para transmitir la relación de velocidad angular entre dos ejes paralelos. Este proceso se lleva a cabo con dos cilindros con diámetros inversamente relacionados con su velocidad. Uno está conduciendo al otro sin problemas y sin ningún deslizamiento. Para la transmisión de velocidad en la dirección opuesta, el contacto de los cilindros es desde el lado exterior. Y para la misma dirección, la conexión es desde el lado interior. La transmisión ocurre debido a la fricción entre las superficies de dos cilindros.
Sin embargo, no podemos evitar deslizarnos entre estos dos debido a la naturaleza del contacto, por lo que no se obtiene la transmisión deseable. Para la transmisión de una gran cantidad de potencia, se requieren grandes fuerzas de contacto, lo que lleva a grandes cargas sobre los cojinetes. Este tipo de sistema no es adecuado para transmitir una cantidad significativa de energía debido a las razones anteriores. Entonces, para evitar tales problemas, funciona la idea de crear dientes en la superficie de los cilindros, de los cuales un par o más siempre permanecerán en contacto entre sí, brindando más fricción y un agarre sólido para conducir.
Los dientes del eje impulsor empujan los dientes del eje conducido poniéndolo en movimiento, asegurando la transmisión de potencia. Se le conoce como engranaje cilíndrico, mientras que el otro en el que se tallan los dientes se denomina cilindro de paso. Los engranajes rectos son un desarrollo posterior de los engranajes cilíndricos.
Cuando dos ejes se cruzan, la referencia para los dientes tallados son los conos en contacto. Estos engranajes se denominan engranajes cónicos, como se muestra en la figura. La base donde se tallan los dientes se llama cono de brea.
En el caso de dos ejes no paralelos que no se cortan, no hay puntos de contacto rodante en superficies curvas. Según el tipo de engranaje que estemos fabricando, los dientes se tallan en las superficies que giran y están en contacto. En todos los sistemas de engranajes, es importante tener en cuenta los perfiles de los dientes para que se produzca el movimiento relativo de las superficies de referencia de rotación y contacto y hacer que coincidan entre sí.
Durante el movimiento, los engranajes se consideran cuerpos rígidos. Los componentes de velocidad típicos de los dos engranajes deben ser iguales para mantener la relación de velocidad angular en el punto de contacto de las superficies de los dientes de los engranajes sin chocar entre sí o separarse. También podemos decir esto para que el movimiento relativo en la dirección esperada y el movimiento solo ocurra en el punto de contacto de las superficies de los dientes.
Para que las formas de dientes cumplan con los requisitos mencionados anteriormente, un método general de envolver superficies puede darnos la forma de dientes deseada.
Elija un lado del engranaje A y considérelo una superficie curva FA. Y ponga ambos engranajes en movimiento relativo. Luego dibuje las posiciones sucesivas de la superficie curva FA en el sistema de coordenadas unido al engranaje B. Conciba su superficie FB del engranaje B considerando la envolvente de este grupo de curvas. Se puede inferir de la teoría de la envolvente que los dos engranajes están en movimiento relativo estando en contacto lineal entre sí.
Las formas de dientes también se pueden obtener mediante el siguiente método. Además de los engranajes A y B, considere un engranaje C en el engrane con movimiento relativo. Este engranaje imaginario C en la malla tiene una superficie FC y un movimiento relativo apropiado. Utilizando el primer método, envolveremos las posiciones sucesivas en la superficie FC en movimiento relativo con FA con línea de contacto IAC. Repita el proceso con superficie FB con FC. Ahora las superficies dentales de FA y FB se pueden conocer utilizando la superficie imaginaria FC.
Formas de utilización de engranajes en sistemas mecánicos
El propósito principal de los engranajes es transmitir potencia, pero dependiendo de las ideas, también se pueden usar como elementos de máquinas de múltiples maneras. A continuación se presenta una breve descripción de algunos de los métodos:
Mecanismo de agarre:
Se pueden usar dos engranajes rectos para hacer un mecanismo de agarre para sujetar la pieza de trabajo en diferentes situaciones. Funciona según el principio de que ambos engranajes tienen el mismo diámetro y se mueven de manera incoherente, de modo que si un conductor retrocede, el impulsado también retrocede. Podemos agarrar firmemente las piezas de trabajo de diferentes tamaños en garras conectadas con estos engranajes ajustando el ángulo de apertura. De esta manera, se puede hacer una máquina de agarre versátil con ellos.
Mecanismo de movimiento intermitente
El Mecanismo de Ginebra también se conoce como mecanismo de movimiento intermitente. Debido a los componentes mecánicos altamente especializados que se utilizan en él, es costoso. También se puede obtener un mecanismo intermitente simple y de bajo costo utilizando engranajes de dientes faltantes. Los dientes faltantes aquí significan que se extrajo cualquier número de dientes de la raíz de la superficie del engranaje. Un engranaje acoplado al que le faltan dientes girará mientras esté en contacto con los dientes presentes, y el movimiento se detendrá cuando se enfrente al espacio en blanco del engranaje impulsor. Al mismo tiempo, tiene un efecto funesto de cambio si es empujado por alguna fuerza externa cuando los engranajes están desengranados. Es inminente mantener su posición, lo que puede hacer un freno de fricción.
Mecanismo de transmisión de energía especial:
El embrague unidireccional es un mecanismo que permite el movimiento de giro en un solo sentido. Si se monta en una etapa de engranajes reductores de velocidad, se puede crear un mecanismo para transmitir un movimiento de rotación unidireccional.
Este mecanismo puede crear un sistema que funcionará bien con un motor cuando la energía eléctrica está encendida, pero es impulsado por la fuerza del resorte cuando está apagado.
El reductor de velocidad se opera montando internamente un resorte, ya sea un resorte helicoidal de torsión o un resorte espiral, ajustado de manera que el eje accionado se mueva en la dirección opuesta. Después de enrollar completamente el resorte, el motor dejó de girar y el sistema de freno electromagnético entró en juego. Cuando se apaga el motor y se aplica el freno, la fuerza del resorte impulsa el eje de salida en la dirección opuesta a la que está trabajando el motor. Este tipo de máquina se utiliza principalmente para cerrar las válvulas en caso de corte de energía y se pronuncia como cierre de emergencia de retorno por resorte.
Por qué la adquisición de engranajes es difícil
Sin equipo estándar
Los engranajes se utilizan ampliamente en todo el mundo en casi todos los sistemas mecánicos complejos desde la antigüedad y son cruciales, pero no existen estándares establecidos para diseñar el engranaje. Con respecto a la clase y la precisión de los engranajes, diferentes países utilizan diferentes estándares de la industria, como AGMA (EE. UU.), JIS (Japón), DIN (Alemania), etc. Pero no existen estándares específicos para los factores centrales que definen el engranaje como diámetro, tamaño, diámetro interior, resistencia del material, formación de dientes. No se aplica un enfoque unificado, sino que cada uno diseña el equipo de acuerdo con sus requisitos específicos.
Diversas especificaciones de engranajes
Como se discutió en el párrafo anterior, hay muchas especificaciones de engranajes. Con los engranajes simples como caso excepcional, no es exagerado afirmar que “hay tantos tipos como lugares donde se utilizan engranajes”. Es común entre los engranajes que cuando se combinan especificaciones como el paso de los dientes, la cantidad de dientes y el ángulo de presión, varias otras especificaciones determinan un engranaje, como el ancho de la cara, el tratamiento térmico, el tamaño del orificio, la rugosidad de la superficie después del rectificado y la dureza final. Es por eso que el engranaje es casi imposible de reemplazar por otro. La posibilidad de que un equipo sea compatible con otros es muy baja.
No se pueden obtener los engranajes deseados
El engranaje de la máquina podría estar desgastado o roto, y buscamos ese engranaje en el mercado, pero fue en vano. Este problema se puede resolver fácilmente si hay un dibujo del engranaje en el manual de usuario de la máquina. Puedes volver a fabricar ese equipo. O la otra posibilidad es que puede ponerse en contacto con el fabricante de la máquina y él aceptará fabricar un nuevo engranaje de este tipo para usted. Pero, ¿qué sucederá si, desafortunadamente, ambas formas no están disponibles? ¿No hay ningún dibujo en el manual del usuario y el fabricante tampoco está disponible?
Puede obtener un plano de fabricación del engranaje dibujado, pero requiere un conocimiento especializado del engranaje y no es una tarea fácil. Los fabricantes de engranajes también pueden enfrentar este problema debido a la falta de conocimiento sobre las especificaciones de los engranajes. Se requiere una gran cantidad de trabajo de ingeniería para reconstruir engranajes desgastados o rotos.
El costo de producción es alto en el caso de One Gear
Cuando una máquina que usa engranajes se produce a gran escala, los engranajes también se producen a granel con las especificaciones exactas y el costo se mantiene dentro de un límite. Una producción más significativa utiliza la misma cantidad de trabajo con menos costo por pieza, lo que, cuando se suma a una gran cantidad, reduce drásticamente los costos de equipo. Pero, ¿y si necesitamos fabricar uno o dos engranajes para nuestra máquina? Es una tarea bastante costosa. La producción de engranajes de una sola vez para 500 máquinas en comparación con la producción de una o dos piezas muestra una diferencia de costos considerable. Esta situación también se enfrenta cuando alguien está produciendo un nuevo prototipo de máquina y tiene que fabricar una cantidad nominal de equipo.
Posibilidad de utilizar estándares de engranajes
Si está diseñando una nueva máquina y las especificaciones de sus engranajes coinciden con algunos de los engranajes del fabricante, los problemas discutidos anteriormente se pueden resolver de esta manera.
- Durante el diseño de la máquina, puede evitar crear engranajes nuevos y específicos para la máquina.
- Se pueden utilizar modelos CAD 2D y 3D, cálculos de resistencia y dibujos de piezas imprimibles proporcionados por el engranaje fabricado.
- Si solo necesita un engranaje para la prueba de la máquina, los fabricantes producen engranajes estándar que puede usar.
Cuando esté usando engranajes en la máquina y necesite reemplazarlos, puede hacerlo con algunos de los engranajes estándar del fabricante o engranajes con la operación secundaria. Puede evitar el inconveniente de seguir las tareas de la manera mencionada anteriormente.
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