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¿Qué es un engranaje cónico y cómo funciona?

¿Qué es un engranaje cónico y cómo funciona?
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Los engranajes o cremalleras son dispositivos formados por ruedas dentadas que sirven para trasladar la potencia mecánica entre dos elementos. Son de uso habitual en las máquinas que se emplean en numerosos procesos industriales, como cadenas de producción y sistemas de automoción, pero también en sectores tan diversos como la minería, la aeronaútica, la industria farmacéutica o la textil. Las necesidades para las que se fabrican son las que determinan el diseño de los engranajes (engranajes cónicos, engranajes de dientes rectos, helicoidales…) y también su materiales.

Los engranajes se emplean de manera masiva porque cuentan con grandes ventajas:

  • Ocupan mucho menos espacio
  • Ofrecen una alta capacidad para transmitir potencia
  • Presentan un elevado rendimiento
  • El mantenimiento que requieren es muy básico
  • Eliminan cualquier posibilidad de deslizamiento

En este artículo nos centraremos en qué es un engranaje cónico y cómo es su funcionamiento, para que entendamos sus funciones y aprendamos a escoger los más adecuados para nuestro proyecto.

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Características de un engranaje cónico

Los engranajes cónicos son aquellos que utilizan dos ruedas dentadas con forma cónica para transmitir la potencia entre ejes que se cortan dentro del mismo espacio; aunque los engranajes conocidos como hipoidales son capaces de transmitir potencia entre dos ejes que se cruzan.

La forma de los dientes de un engranaje cónico puede ser recta o helicoidal, a la que se conoce también como hélice cónica. Los distintos tipos de engranajes pueden clasificarse en función de las características del ancho de sus dientes, pero también del ancho de la cara o del paso circular central.

En el siguiente gráfico se observa la nomenclatura de los engranajes y sus partes:

Tipos de engranajes cónicos

Existen distintos tipos de engranajes cónicos, según la forma de los dientes, que vamos a conocer a continuación:

Engranaje cónico de forma helicoidal

Mediante la combinación de hélice derecha e izquierda, este tipo de engranajes se emplea para transmitir un movimiento entre ejes que se cortan en el mismo plano. Por lo tanto, reducen la velocidad que alcanza un eje a 90 grados.

Se emplean de manera habitual en las transmisiones del eje trasero para vehículos a motor y destacan porque no generan apenas sonido.

La principal diferencia en comparación con los engranajes rectos es que los bordes de los dientes no son paralelos al eje de rotación, sino que se encuentran posicionados en un ángulo.

Engranaje cónico de tipo hipoide

Es menos común y puede considerado como un tipo de engranaje cónico helicoidal, aunque la diferencia estriba en que estos dispositivos están formados por un piñón reductor, con pocos dientes, y una rueda que presenta un número de dientes numeroso.

Se utilizan para situaciones en las que los ejes son perpendiculares, pero no se encuentran dentro del mismo plano.

Además de en maquinaria industrial, su uso es común en la industria automovilística, que lo usa en los vehículos de tracción trasera para establecer la conexión entre el árbol de la transmisión y las ruedas. Utilizan un tipo de aceite que se caracteriza por su elevada presión.

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Engranaje cónico de dientes rectos

Sus dientes rectos se presentan sobre superficies de características cónicas gracias a un fresado en su superficie exterior.

Son útiles para verificar la transmisión del movimiento que se produce entre aquellos ejes que se cortan dentro de un mismo plano, casi siempre en un ángulo de 90 grados.

Aunque solo se emplean para obtener una reducción de velocidad en los ejes de 90 grados, también es posible que trabajen a escalas de 45, 60 o 70 grados. A diferencia de los engranajes cónicos de forma helicoidal, utilizan poca superficie de contacto.

Engranaje cónico espiroidales

La particularidad de estos engranajes cónicos es que operan en planos muy pronunciados y distintos.

Destacan por su acoplamiento, ya que los dientes del piñón son más anchos que los de la corona.

Esto facilita que puedan transmitir torques muy altos sin que llegue a generarse un desgaste, puesto que los dientes del piñón se acoplan a los distintos dientes de la corona.

Para qué se utilizan los engranajes cónicos

Cada tipo de engranaje cónico suele emplearse para realizar operaciones específicas:

Engranajes cónicos dientes rectos

Aunque se encuentran en cierto desuso ante otro tipo de engranajes, en parte debido al ruido que originan durante su puesta en marcha, los engranajes cónicos de dientes rectos siguen teniendo muchos usos en relojes, taladros de dentista, taladros de mano o  máquinas de venta expendedoras.

Aún se usan, también, en ciertos sectores como el de manipulación de materiales, etc. Es común verlos en equipos de envasado y enlatado de alimentos, equipamientos para el césped y el jardín, máquinas como tornos y fresas, sistemas de compresión para los mercados de petróleo y gas y válvulas de control de fluidos.

Engranajes cónicos espirales

Estos engranajes tienen un diseño de dientes modificado. Las ruedas dentadas cónicas se utilizan en situaciones en las que es importante cambiar la dirección de rotación de los ejes.

En las ruedas dentadas cónicas en espiral, los dientes se curvan para proporcionar un engranaje más gradual y un mayor contacto diente a diente que en una rueda dentada cónica recta.

De esta forma se rebaja la vibración y el ruido al que suele dar lugar el movimiento tanto de los engranajes cónicos rectos como de otros engranajes rectos a altas velocidades.

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Las ruedas dentadas cónicas en espiral proporcionan un alto nivel de control sobre el contacto de los dientes, y su diseño permite ciertas deflexiones de montaje sin poner una tensión de carga excesiva en cualquiera de los extremos de los dientes.

Como se pueden utilizar a altas velocidades, se suelen usar en engranajes de motocicletas y bicicletas.

Engranajes hipoidales cónicos

Los engranajes hipoidales cónicos se emplean, en muchos casos, en el que momento en el que las velocidades sobrepasan las 1.000 revoluciones por minuto.

A pesar de ello, también son útiles para aplicaciones de baja velocidad que requieren una suavidad de movimiento extremo o un funcionamiento silencioso.

En las cajas de engranajes multietapa, los engranajes hipoides se utilizan a menudo para la etapa de salida, en la que se requieren velocidades más bajas y pares de giro más elevados.

La aplicación más común de las cajas de cambios hipoides es en la industria automotriz, donde se utilizan en ejes traseros, especialmente para camiones grandes.

Sus ángulos, en espiral a la derecha en la corona y a la izquierda en el piñón, hacen que se logre un desplazamiento «por debajo del centro». Esto favorece que el eje de transmisión se pueda colocar en un espacio inferior, lo que a su vez repercute en un descenso del centro de gravedad del vehículo y no interfiere tanto en el habitáculo destinado a los pasajeros.

Aplicaciones reales de los engranajes cónicos

Los engranajes cónicos se emplean en una enorme variedad de aplicaciones, que van desde las que se utilizan en el sector de la minería (excavadoras de rueda, accionamientos de apiladoras y recogedoras, dragado, accionamientos para molinos, transportadores de cinta, etc.) hasta el sector aeroespacial (engranajes cónicos rectos y espirales de alta velocidad, aceros especiales y procesos, precalentador de aire, etc.).

Son comunes también en trituradoras de cono y mezcladoras de arena, montacargas, torres de enfriamiento, accionamientos y propulsores para barcos, impresión offset de alta velocidad, máquinas de envasado farmacéutico, producción de láminas de polietileno o transmisiones automovilísticas y ferroviarias.

En el ámbito de la robótica se emplean engranajes cónicos angulares para espacios reducidos, mientras que en el ámbito siderúrgico se utilizan en molinos de encolado angular o soportes verticales de laminadores.

En cuanto al procesado de alimentos, los engranajes cónicos juegan un papel fundamental en el envasado y procesamiento de alimentos y los equipos de fabicración de latas.

Ahora que ya conoces todos los usos y características de los engranajes cónicos quizás quieras dar un paso más allá y comenzar a aplicarlos en tus propios proyectos.

¿Necesitas más información a la hora de escoger el tipo o tipos de engranajes cónicos para tus proyectos? Contacta con nosotros y nuestro equipo de expertos te asesorará para que escojas los mejores engranes para tus planes.

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