engranaje
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ENGRANAJE
Los engranajes son mecanismos destinados a transmitir potencia y
movimiento entre los diferentes elementos de una máquina.
Un engranaje es un conjunto de dos ruedas dentadas cuyos dientes encajan
entre sí, de tal manera que al girar una de ellas arrastra a la otra. Ahora bien, en el
lenguaje corriente el término engranaje también se emplea para denominar las ruedas
dentadas individualmente.
Desde tiempos muy antiguos, los engranajes se han utilizado como sistema de
transmisión, aunque su forma y los materiales empleados en su construcción han
evolucionado. En la antigüedad fueron muy conocidos los inventos de Hero, un sabio
griego de la escuela de Alejandría, que construyó muchos aparatos que funcionaban
mediante engranajes. Al principio, los engranajes se construían de madera pero, en la
actualidad, los materiales que se emplean en su fabricación son principalmente los
metales y los plásticos.
La transmisión de movimiento y fuerza mediante engranajes tiene importantes
ventajas mayor solidez de los mecanismos reducción del espacio ocupado, relación de
transmisión más estable (no hay posibilidad de resbalamiento), posibilidad de
cambios de velocidad automáticos, reducción del ruido y mayor capacidad de
transmitir potencia.
Los engranajes, debido a las ventajas que comporta su utilización, tienen un
amplio campo de aplicación y se utilizan en todo tipo de máquinas y aparatos:
automóviles batidoras, relojes, juegos, etc.
Características de los engranajes
En la transmisión por engranajes no hay elementos intermedios, como correas
o cadenas, para transmitir el movimiento. Las ruedas tienen dientes en su periferia
que se acoplan entre ellos, de modo que una rueda arrastra a la otra.
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Para transmitir movimiento y fuerza mediante engranajes es necesario
emplear como mínimo dos ruedas dentadas, cuyos dientes tengan la misma forma y
tamaño, de manera que puedan encajar (engranar) entre ellos.
El sentido de giro en los sistemas de engranajes se invierte, es decir, si uno de
ellos gira en sentido horario (en el sentido de las agujas del reloj), el conectado a él
girará en sentido antihorario (en el sentido contrario al de las agujas del reloj).
En un sistema complejo de engranajes, los engranajes impares (tomando como
engranaje 1 el conectado al elemento motriz) giran en el mismo sentido, mientras que
los pares, contando a partir del mismo girarán en sentido contrario.
En un sistema de engranajes se llama rueda al engranaje de mayor diámetro y piñón
al más pequeño.
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Cuando el piñón mueve la rueda, tenemos un sistema reductor de velocidad.
En caso contrario, es decir, si la rueda mueve el piñón, el sistema será multiplicador
de velocidad.
Los sistemas de engranajes suelen utilizarse más como reductores que como
multiplicadores ya que generalmente la velocidad de los motores es una velocidad
elevada que se transforma en velocidades menores mediante sistemas de engranajes
complejos llamados cajas de cambios.
Clasificación según la forma de los dientes.
Según la forma de los dientes, los engranajes se clasifican en engranajes de
dientes rectos y de dientes helicoidales.
Los engranajes de dientes rectos, como su nombre indica, son de forma
rectilínea y van colocados paralelos al eje de giro de la rueda dentada.
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Los engranajes helicoidales son aquellos cuyos dientes están dispuestos
siguiendo la trayectoria (le hélices paralelas alrededor de un cilindro. Si
tenemos un cilindro de una cierta longitud, y tallamos en su periferia hélices
paralelas entre sí, al seccionar el cilindro en rodajas obtendremos engranajes
helicoidales.
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Clasificación según la forma del engrane
Según la forma del engranaje, éstos se clasifican en engranajes cilíndricos,
engranajes cónicos, engranajes de tornillo sinfín y engranajes de cremallera.
Engranajes cilíndricos
Los engranajes cilíndricos son discos con dientes tallados en su periferia.
Existen diferentes tipos de engranajes cilíndricos: de dientes rectos, de dientes
helicoidales y de dientes en forma de V a Los engranajes cilíndricos de dientes rectos
llevan dientes rectos, paralelos al eje de rotación del engranaje, tallados en su
periferia. Son los más utilizados y los más económicos, aunque también los más
ruidosos, y no se pueden utilizar para trabajar a grandes velocidades.
Los engranajes cilíndricos de dientes helicoidales son discos cilíndricos que
llevan tallados en su periferia dientes en forma de hélice. El sistema de engranaje de
sus dientes les proporciona una marcha más suave que la de los engranajes rectos;
además, esto los hace relativamente silenciosos, con una transmisión de fuerza y
movimiento más uniforme y seguro.
Los engranajes cilíndricos de dientes en forma de V son un caso particular dentro de
los engranajes helicoidales. Se emplean para compensar el empuje lateral a que están
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sometidos los engranajes helicoidales, ya que al tener sus dientes inclinados hacia
ambos lados, el empuje lateral queda equilibrado.
Engranajes cónicos
Los engranajes cónicos tienen como finalidad la transmisión del movimiento
entre árboles que se cruzan formando un ángulo determinado. Se trata de troncos de
cono con dientes tallados en su superficie lateral. Los dientes pueden ser rectos o bien
curvos ( hipoides).
Engranajes de tornillo sinfín
Los engranajes de tornillo sinfín son un caso particular dentro de los
engranajes helicoidales, en los que el piñón es un tornillo con una rosca helicoidal
que tiene una o varias entradas.
Al número de hélices se denomina número de entradas y es equivalente al
número de dientes que tendría el piñón. El tornillo sería, pues, un piñón con tantos
dientes como hélices o entradas tenga el tornillo, normalmente 1, 2 o 3.
El tornillo sinfín puede engranar exteriormente con una rueda dentada,
formando lo que se conoce como mecanismo de sinfín-corona. La corona es una
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rueda con un dentado especial, sus dientes cóncavos logran un mejor acoplamiento
con el tornillo. El sinfín también puede engranar en el interior de una tuerca dando
lugar al mecanismo llamado husillo-tuerca.
Engranajes de cremallera
La cremallera es un caso particular dentro de los engranajes rectos. Se trata de
una barra prismática dentada. Los dientes pueden ser rectos u oblicuos en función de
que engranen con una rueda de dientes rectos o con una rueda de dientes helicoidales.
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Características que definen un engranaje de dientes rectos
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 ha sido corregido su tallado, producen ruido
cuyo nivel depende de la velocidad de giro que tengan.
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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 (Z). 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.
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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).
Angulo 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.
Representación grafica.
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