Los engranes

ENGRANES

Los engranes

Los engranes se emplean comúnmente para transmitir fuerza de una flecha que gira a otra. En comparación con las transmisión por ficción o bandas, se diferencian en que se adaptan especialmente donde se requiere una relación exacta de velocidad, o donde la relación entre los miembros motriz y movido accionado deben de conservar una relación definida de fase. Como la acción enclavada de los dientes logra una transmisión positiva, y no se depende de la ficción para evitar el resbalamiento, la fuerza necesaria para mantener los engranes en posición cuando se esta transmitiéndola fuerza es mucho menor que en una trasmisión equivalente de fricción. Esta da por resultado menores presiones en los puntos de apoyo, menor desgaste en la superficies de los cojinetes, y una mayor eficiencia.

Superficie primitiva: La superficie primitiva de los engranes se define como una superficie imaginaria que gira conjuntamente con otra sin resbalamientos, semejante a los cuerpos circulares con rodamiento friccional. Para cualquier tipo de engrane se debe conocer la forma y dimensión de la superficie primitiva antes de que se puedan diseñar los dientes apropiados.

Elementos del diente: El diente de un engrane se puede considerar compuesto de superficies cursadas por una línea que se mueve a través del espacio. No siempre la línea es una recta o ni siquiera de forma regular.

Estas superficies generatrices en cualquiera de sus posiciones consecutivas son conocidas como los elementos del diente. Los elementos del diente siempre conectan puntos correspondientes, sobre secciones del diente de un engrane, que son líneas rectas paralelas unas a las otras.

Las ruedas dentadas son ilustraciones de pares superiores, porque se obtiene únicamente contacto en una línea o un punto.

Clasificación de los engranes

Los engranes pueden ser clasificados de diferentes formas. Una manera de clasificar los engranes es de acuerdo con la posición relativa de los ejes de revolución. Los ejes pueden ser

a) paralelos (engranes común, helicoidal y en ángulo)

b) que se intersectan (engranes cónico recto y en espiral)

c) que no se intersectan ni son paralelos o ejes que se cruzan (engranes helicoidal, tornillo sinfín e hipoides)

a) Engranes para conectar flechas paralelas

El engrane helicoidal trabaja con mucho menos ruido que el otro tipo y la diferencia a este respecto es particularmente notable a alta velocidad. La desventaja del engrane helicoidal consiste en el empuje final producido cuando el engrane esta transmitiendo la potencia. Con los engranes en ángulo el empuje final producido a un lado, es balanceado por otro empuje igual y opuesto ocasionado por la acción del otro lado. Estos engranes se pueden considerar como si fueran compuesto de los engranes helicoidales de dimensiones semejantes, uno teniendo una hélice derecha y el otro una izquierda.

b) Engranes para ejes que se intersectan: En este caso se emplean los engranes cónicos rectos.

En el caso de los engranes cónicos rectos, los elementos del diente son líneas rectas, mientras que en los engranes cónicos en espiral los dientes son inclinados al eje y curvos. Los engranes cónicos en espiral tienen decididamente una ventaja sobre los engranes cónicos rectos por ser de operación silenciosa, similarmente a la ventaja que tienen los engranes helicoidales sobre los engranes comunes.

Un par de engranes cónicos que son del mismo tamaño y sus flechas ser intersectan a un ángulo recto se conoces como engranes a escuadra. Su uso principal es el retransmitir el movimiento alrededor de una esquina sin alterar la velocidad angular.

c) Engranes para conectar flechas que no se intersectan ni son paralelas: Aquí los engranes helicoidales con ejes que se cruzan, los tornillos sinfín o los engranes hipoides son los apropiados.

Los engranes helicoidales con ejes que se cruzan se emplean para conectar flechas que no son paralelas ni se intersectan. Sus superficies primitivas son cilindros . Se tocan en un punto y tienen contacto con deslizamiento ; por esto los dientes también hacen contacto en un punto y tiene una componente en deslizamiento a lo largo de la hélice del diente.

El tornillo sinfín, El sinfín, comparado con un engrane helicoidal tienen un gran distancia alrededor de la circunferencia. Es una costumbre denominar los dientes del tornillo sinfín “hilos” por su semejanza con un perno encordado. Por esto nos referimos a un “tornillo sinfín de un hilo” , “un sinfín de dos hilos”, etc., dependiendo del número de dientes formados en la superficie cilíndrica.

La rueda serpentina puede tener la superficie de los dientes cóncavos con el propósito de obtener un contacto lineal de los dientes en vez de que este sea un punto

Los engranes hipoides se parecen un poco a los engranes cónicos en espiral en su apariencia general. El contacto entre las dos superficies primitivas ocurre sobre una línea común a las dos rotaciones.

Relación de velocidad

Una regla para un par de ruedas dentadas es que la relación de velocidad angular es inversamente proporcional al número de dientes. Esta regla es aplicable a todas las clases comunes de ruedas dentadas, tales como engranes comunes, cónicos y engranes helicoidales.

Cuando dos engranes se encuentran en movimiento, es evidente que el mismo número de dientes en cada engrane pasa por cualquier punto fijo durante un intervalo definido de tiempo, en vista de que los dientes de un engrane embonan en orden consecutivo con los huecos o espacios entre los dientes del otro engrane. Un engrane que tiene N2 dientes efectúa una revolución mientras N2 dientes que pasan por un punto fijo. Un engrane con N3 dientes engranado con el anterior harán consecuentemente N2/N3 revoluciones durante el mismo intervalo.

Si ω2 y ω3 son las velocidades angulares respectivas de dos engranes, entonces

Lo que comprueba la regla anterior.

Terminología de los engranes

Diámetro primitivo o diámetro de paso: El diámetro del cilindro que es la superficie primitiva de un engrane se conoce como diámetro primitivo o diámetro de paso. Ya que las superficies primitivas de dos engranes giran juntas sin resbalamiento, constituyen superficies con contacto de rodamiento puro y la relación de velocidad angular es en proporción inversa a los diámetros primitivos. Un par de engranes correlativos tiene el número de dientes proporcional a sus superficies primitivas, porque ambos deben tener el mismo paso de los dientes en orden de obtener rodamiento puro de las superficies primitivas. Entonces para estos engranes, 2 y 3,

donde N, D y ω representan, respectivamente, el número de dientes, el diámetro primitivo o de paso y la velocidad angular.

Punto de contacto primitivo: Aquel punto sobre la línea que une los centros de dos engranes en donde los círculos primitivos son tangentes se denomina punto de contacto primitivo.

Addendun o altura de la cabeza del diente: La distancia desde el circulo primitivo hasta el extremo exterior del diente, medido radialmente, se conoce como addendum o altura de la cabeza del diente.

Dedendum o altura del pie del diente: La altura del pie del diente es la distancia radial desde el circulo primitivo hasta la circunferencia del fondo del pie del diente.

La altura total: Es la suma de la altura de la cabeza del diente más la altura del pie del diente, o sea la suma del addendum y dedendum.

Juego de fondo: El juego de fondo es el espacio muerto que libran las puntas de los dientes de un engrane entre los hechos correspondientes de otro engrane, es decir la holgura entre la punta de un diente y la circunferencia de fondo. Y esta se mide sobre la línea de centros.

La altura activa: Es la altura total menos el juego de fondo.

Juego lateral: La distancia mínima entre el lado no motriz de un diente y el lado opuesto del diente en el engrane adjunto se denomina juego lateral o sea la diferencia entre el hueco y el espesor del diente. Esto se mide sobre el círculo primitivo.

La cara del diente: Es la superficie de un diente entre el círculo primitivo y el círculo formado a la altura de la cabeza del diente.

El espesor de la cara: es el ancho del engrane medido sobre la superficie primitiva en un plano conteniendo el eje de rotación. La cara de un diente no debe confundirse con el espesor de la cara, ya que son dos cosas enteramente dientes. La primera es una superficie y la última una dimensión.

El flanco del diente: Es la superficie de un diente entre el círculo primitivo y la circunferencia de fondo.

La superficie superior: es la superficie plana de un diente entre las caras del mismo diente.

La superficie inferior: es la superficie de un engrane entre los flancos de dientes adjuntos de un mismo engrane.

El filete: es la superficie curva que une el flanco de un diente con la superficie inferior. Coincide entre el juego de fondo y la circunferencia de fondo.

El Angulo de presión de un diente: es el ángulo que se forman entre el perfil del diente y una línea radial que se intersecta con la circunferencia primitiva.

Engrane y Piñón: Cuando dos ruedas dentadas se encuentran engranadas una a la otra, comúnmente se refiere uno a la mayor como “el engrane” y la menor como “el

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