Introducción
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.
¿Para qué sirven?
Un engranaje sirve para transmitir movimiento circular mediante contacto de ruedas dentadas.
Características que los definen
Las principales características para identificar los distintos tipos de engranajes son: Ancho de diente, circunferencia de cabeza, ancho de cara y el paso circular.
Aplicaciones de los engranajes
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 buques 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.
Tipos de engranes
- Existen muchos tipos de engranes, algunos hasta especiales en su forma misma, como en su aplicación. Estos son los más comunes:
- Engrane cilíndrico de dientes rectos
- Engrane cilíndrico de dientes helicoidales
- Engrane cónico de dientes rectos
- Engrane cónico de dientes helicoidales
- Algunos tipos de engranes menos comunes
Engranes cilíndrico 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.
Engranes cilíndricos de dientes helicoidales
Los engranajes cilíndricos de dentado helicoidal se caracterizan 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 cilíndricos de dientes helicoidales tienen la ventaja que transmiten más potencia que los rectos, y también pueden transmitir más velocidad, son más silenciosos y más duraderos.
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
Engrane cónico de dientes rectos
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. Son utilizados generalmente para efectuar reducción de velocidad con ejes en 90°. Estos engranajes generan más ruido que los engranajes cónicos helicoidales. Se utilizan en transmisiones antiguas y lentas. En la actualidad se usan muy poco.
Engrane cónico de dientes helicoidales
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.
Algunos tipos de engranes menos comunes
- Estos son algunos de los tipos de engranes menos comunes en el mercado:
- Engranaje cónico hipoide
- Engranajes interiores
- Mecanismo de cremallera
- Engranaje loco o intermedio
- Mecanismo piñón cadena
- Poleas dentadas
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.
Engranajes interiores
Los engranajes 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, un engranaje pequeño con pocos dientes. Este tipo de engrane mantiene el sentido de la velocidad angular.
Mecanismo de cremallera
El mecanismo de cremallera aplicado a los engranajes lo constituyen una barra con dientes la cual es considerada como un engranaje de diámetro infinito y un engranaje de diente recto de menor diámetro, y sirve para transformar un movimiento de rotación del piñón en un movimiento lineal de la cremallera.
Engranaje loco o intermedio
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.
Mecanismo piñón cadena
El mecanismo piñón cadena, 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).
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 una exactitud en la relación de transmisión.
Los datos más importantes de las poleas dentadas son:
- Número de dientes, paso, y ancho de la polea.
Cuando se requiere transmitir elevados régimen de potencia, en transmisiones que son compactas, lo cual va a suponer el empleo de poleas de reducido diámetro y elevadas velocidades de giro, lo normal es utilizar poleas dentadas o síncronas.
Las poleas dentadas garantizan una relación de transmisión constante al disminuir el riesgo de deslizamiento sobre la polea.
Por otro lado, la incorporación del dentado a la correa le confiere de una mayor flexibilidad longitudinal lo que le permite poder adaptarse a poleas de diámetros más pequeños.
En definitiva, para aplicaciones donde se requiera exactitud en la relación de transmisión, unido a exigencias de altas velocidades de giro, o que por consideraciones de diseño no sea posible el engrase o lubricación de los componentes de la transmisión, entonces el empleo de correas dentadas o síncronas es la mejor opción.
Por último indicar que los requerimientos de un tensado inicial de la correa, como ocurre con las correas trapezoidales, no son tan exigentes para el caso de las dentadas.
- Constitución
La siguiente figura muestra la sección tipo de una correa síncrona, así como de las partes principales que la compone:
1, es el núcleo de la correa,
2, indica las fibras de refuerzo,
3, es el recubrimiento exterior de la correa.
a) Núcleo: El núcleo de este tipo de correa está compuesto de un caucho de altas prestaciones reforzado con fibras sintéticas orientadas de tal modo que le proporciona una gran rigidez en sentido transversal.
De igual manera, el cojín que es la parte del núcleo que queda por encima de los tensores de refuerzo consta de fibras sintéticas orientadas que le proporcionan del mismo modo una elevada rigidez transversal.
En el caso de las correas síncronas, el núcleo de los dientes ofrece una gran rigidez y es la parte de la correa que absorbe la mayor parte de los esfuerzos, como ya se vio en una figura anterior, descargando de tensiones el resto de la correa.
Por otro lado, en las correas síncronas se distinguen dos tipos de perfiles de dientes normalizados: trapezoidal y curvilíneos.
La gran ventaja conseguida con los perfiles curvilíneos es que la zona de alta concentración de tensiones se sitúa en el centro del diente, frente a las correas dentadas de perfil trapezoidal, donde los mayores niveles de tensión se concentran en la esquina de la base del diente del lado que arrastra la polea, reduciendo su duración.
En la figura anterior se aprecia que el perfil curvilíneo se adapta mejor a la dentadura de la polea y redistribuye mejor las tensiones.
b) Tensores o fibras resistentes: Fibras sintéticas, generalmente fibra de vidrio, de alta resistencia y elevada estabilidad dimensional que evita la deformación longitudinal de la correa.
c) Recubrimiento: Envolvente textil que recubre a la correa y proporciona protección de los agentes nocivos exteriores. De igual forma que para las correas trapezoidales, el recubrimiento debe tener buenas propiedades de conductividad para eliminar la electricidad estática que se vaya acumulando, así como de comportarse adecuadamente para un amplio rango de temperaturas de trabajo (generalmente, de -10 ºC a 90 ºC), y de ofrecer buena resistencia a los aceites.
Conclusiones
- Las transmisiones por engranaje son un sistema muy exacto, que nos sirve para transmitir potencia de un componente de una máquina a otro.
- Después de la variedad de tipos de engranes y sus aplicaciones queda claro que son elementos muy importantes en los motores y así mismo en la industria. Siendo estos la fuente de la fuerza de los motores eléctricos o de combustión interna.
- Sin ellos no seriamos capaces de echar a andar cualquier tipo de motor, hasta el más pequeño y sencillo los utiliza. Un ejemplo muy claro seria los relojes de manecillas.
- Son de gran utilidad y han revolucionado la industria.