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Fundamentos de las Transmisiones por Engranajes

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Las transmisiones por engranajes est谩n presentes en sectores tan diversos como el automovil铆stico, el aeron谩utico, el minero o el sider煤rgico, entre otros muchos.

A continuaci贸n conoceremos en qu茅 consisten las transmisiones por engranajes, cu谩les son los par谩metros de su dise帽o o qu茅 materiales se emplean para su fabricaci贸n.

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Qu茅 son las transmisiones por engranajes: definici贸n

Las transmisiones por engranajes son mecanismos formados por dos ruedas dentadas que se acoplan diente a diente y reciben el nombre de corona (en el caso de la mayor) y pi帽贸n (en el caso de la peque帽a). Una ejerce de motriz o conductora, y la otra de conducida.

Son ampliamente utilizadas en maquinaria de precisi贸n debido a la exactitud, en comparaci贸n con otros engranajes, que logran en la relaci贸n de transmisi贸n.

Los pares elevados de fuerza a altas velocidades de giro se obtienen gracias a la rigidez y la gran dureza superficial de diversos materiales, destacando el acero templado, bajo un un tratamiento de cementaci贸n superficial.

Las transmisiones por engranajes destacan por su exactitud en la relaci贸n de transmisi贸n, lo que las hace id贸neas para maquinaria de precisi贸n

La relaci贸n de transmisi贸n en una transmisi贸n por engranajes se puede establecer mediante la f贸rmula rt=蠅2/蠅1, donde:

  • 蠅1 es la velocidad de giro la rueda conductora
  • 蠅2 es la velocidad a la que gira la rueda conducida.
  • Se denomina eje motor o 鈥榠nput鈥 a la rueda conductora solidaria al eje de entrada y 鈥榦utput鈥 a la rueda solidaria al eje de salida y conducida

Ventajas de las transmisiones por engranajes

Las transmisiones por engranajes reemplazan a las correas y poleas en numerosos usos, sobre todo industriales, debido a las ventajas que representan:

  • Evitan la posibilidad de que se produzcan deslizamientos. Incluso a velocidades elevadas, las transmisiones por engranajes pueden funcionar sin que exista el riesgo de que se produzcan deslizamientos o de que 鈥榩atinen鈥 debido a la tensi贸n que se genera en el mecanismo. Esto evita aver铆as y accidentes, adem谩s de hacer m谩s precisa la transmisi贸n de fuerzas.
  • Tienen gran capacidad de transmisi贸n de potencia. No s贸lo trasladan la potencia con gran eficiencia, sino que pueden hacerlo desde el eje de una fuente de energ铆a hasta otro eje que se encuentre lejano. Esto ocurre, por ejemplo, en los motores de combusti贸n interna.
  • Larga vida 煤til con escaso mantenimiento. Las transmisiones por engranajes requieren de una lubricaci贸n peri贸dica con aceites para que el calor que se genera por el rozamiento entre los dientes de ambas coronas no cause deterioro en el mecanismo. Con este mantenimiento es suficiente para obtener un rendimiento 贸ptimo y prolongado.
  • Utilizables en espacios reducidos. A diferencia de otros mecanismos de transmisi贸n, los engranajes no requieren de un gran espacio y pueden utilizarse en lugares peque帽os o de acceso complicado. Esto es especialmente 煤til en  industrias como la automovil铆stica o el vending.

Las transmisiones por engranajes evitan los deslizamientos, tienen gran capacidad de transmisi贸n de potencia, una larga vida 煤til con escaso mantenimiento y se pueden emplear en espacios reducidos

Elementos de las transmisiones por engranajes: la geometr铆a del diente

La geometr铆a del diente de la rueda de un engranaje est谩 determinada por una serie de variables, entre las que destacan:

1. Paso circular

En la circunferencia primitiva, es la distancia entre puntos hom贸logos correspondiente a dos dientes que se encuentren uno a continuaci贸n del anterior.

Por circunferencia primitiva se entiende la  circunferencia por la que rodar铆a el engranaje sin deslizar. Recibe la denominaci贸n de p, y se puede calcular sumando el grosor del diente y el ancho que hay entre dos dientes de la rueda que se encuentren dispuestos de manera consecutiva.

2. M贸dulo

De esta variable, m, depende el buen engranaje de la corona y el pi帽贸n.

Responde a la f贸rmula m=d/Z, en la que m es el resultado de dividir el di谩metro primitivo por el n煤mero de dientes.

m = d/Z

3. Paso diametral o dp

Expresado en pulgadas, es el cociente entre el n煤mero de dientes y el di谩metro primitivo.

4. Circunferencia de cabeza o Ra

Es el contorno exterior que alcanzan los dientes.

5. Circunferencia de pie o Rf

Es el contorno que limita el espacio existente entre los dientes por la parte inferior.

6. Adendo o ha

Es la distancia radial que existe entre la cabeza del diente y la circunferencia primitiva. Tambi茅n recibe la denominaci贸n de 鈥榓ltura de cabeza鈥.

7. Dedendo o hf

Es la distancia radial que existe entre la circunferencia primitiva y la ra铆z del diente. Es llamada tambi茅n 鈥altura de pie鈥.

8. Altura total o h

Es el total de las alturas de pie y de cabeza.

9. Juego lateral

Cuando dos dientes se engranan, permanece un espacio libre que recibe la denominaci贸n de holgura o juego lateral.

Otras variables relevantes de la geometr铆a del diente son la tolerancia (c); la altura de trabajo (hw); el hueco (e); el espesor del diente (s); la cara del diente; el flanco del diente; la anchura de flanco (b) o el 谩ngulo de presi贸n (伪)

Par谩metros de dise帽o en los engranajes

Los principales par谩metros que definen la relaci贸n de transmisi贸n son:

– Condici贸n de engrane

La condici贸n de engrane se cumple cuando la l铆nea de presi贸n, que es la superficie en la que entran en contacto los dientes, pasa en todo momento por un punto fijo dentro de la l铆nea definida de centros.  En concreto:

  • Es la situaci贸n en la que la l铆nea imaginaria que une los dos centros de rotaci贸n de los engranajes pasa en todo momento por el punto O.
  • Este punto 0 es el punto de contacto entre los dos dientes que se engranan en una trazada normal.
  • Debe producirse, adem谩s, una coincidencia de longitud entre los radios primitivos de los engranajes y la distancias que va del punto O a los centros respectivos.

– Coeficiente de recubrimiento

La relaci贸n de contacto () refleja la media de dientes que se mantienen en contacto en todo momento.

Para obtener un funcionamiento eficaz y poco ruidoso, lo habitual es que 蔚 > 1,2

El coeficiente de recubrimiento es el resultado de dividir el arco de acci贸n por el paso base, siendo el arco de acci贸n la suma del arco de aproximaci贸n (qa) con el arco de retroceso (qb), y el paso base.

– Relaci贸n de transmisi贸n

La relaci贸n de transmisi贸n (rt) es el resultado de la divisi贸n entre la velocidad de salida y la velocidad de entrada (rt = 蠅2 / 蠅1).

Dicho de otro modo, es la relaci贸n entre las velocidades de rotaci贸n de ambos engranajes.

Te puede interesar: Pasos para calcular la relaci贸n de transmisi贸n de engranajes

En ocasiones se emplean transmisiones por engranajes con varias etapas. Seg煤n sea la relaci贸n entre los dos ejes que se quiera obtener, se utilizar谩 un n煤mero concreto de etapas.

驴C贸mo se fabrican los engranajes?

El proceso de fabricaci贸n de los engranajes se desarrolla en varias fases. En funci贸n del tipo de dispositivo que se desee obtener, se seguir谩n una serie de pautas:

  • Mecanizado. El mecanizado de engranajes es el proceso mediante el cual se obtienen las ruedas dentadas, ya sean en materiales met谩licos, polim茅ricos u otros. Las fresadoras y los tornos preparan previamente, en funci贸n del uso que vayan a recibir, los engranajes.
  • Inyecci贸n. La inyecci贸n se utiliza para los engranajes de pl谩stico, que se encuentran en un momento de crecimiento debido a las ventajas que ofrece este material. Es un tipo de fabricaci贸n que proporciona una alta calidad y la mayor precisi贸n en los par谩metros geom茅tricos.

Formas de lubricaci贸n de los engranajes

Durante el funcionamiento de un engranaje, la fuerza de choque entre los dientes que se engranan debe ser reducida para asegurar la durabilidad del mecanismo. Por otra parte, esta fuerza produce un rozamiento constante y suele presentar irregularidades en las superficies de esos dientes.

Para que todo ello no reduzca la vida 煤til de los engranajes y estos se mantengan operativos en 贸ptimas condiciones el m谩ximo tiempo posible se recurre a la lubricaci贸n.

Adem谩s de para evitar la corrosi贸n de los dientes, la lubricaci贸n se emplea para sustraer el calor y disminuir las tensiones por contacto

Las principales formas de lubricaci贸n de las transmisiones por engranajes son:

  • La inmersi贸n en aceite lubricante
  • La lubricaci贸n a presi贸n
  • La lubricaci贸n peri贸dica de acuerdo con un plan de mantenimiento establecido

Tanto la lubricaci贸n por inmersi贸n como la lubricaci贸n a presi贸n se efect煤an en transmisiones cerradas, mientras que la lubricaci贸n peri贸dica se reserva para transmisiones abiertas.

驴Cu谩les son los materiales de fabricaci贸n de los engranajes?

Aceros, pl谩sticos, fundici贸n gris, aluminio鈥, existen numerosos materiales que se emplean para la fabricaci贸n de engranajes.

Dentro de los aceros, podemos diferenciar entre:

  • Aceros inoxidables forjados
  • Aceros de alta resistencia
  • Aleaciones de aluminio fundidas o forjadas
  • Otras alternativas son las aleaciones base cobre y las aleaciones de magnesio

Los engranajes fabricados en acero, sometidos posteriormente a un tratamiento de templado y otro de cementaci贸n, se emplean cuando se necesitan transmitir grandes fuerzas y en circunstancias de especial exigencia en cuanto a la durabilidad.  

El acero sometido a un tratamiento templado es uno de los materiales m谩s empleados en la fabricaci贸n de engranajes

Por otro lado, el uso de pl谩sticos ign铆fugos est谩 cada vez m谩s extendido,  destacando el policarbonato (PC), la poliamida o el PVC, as铆 como las resinas acet谩licas. Entre los no combustibles, los m谩s utilizados son la polieteretercetona PEEK, el politetrafluoroetileno (PTFE) y los pol铆meros de cristal l铆quido (LCP).  

Adem谩s, ya empiezan a existir pol铆meros de altas prestaciones, como:

  • PPS – Sulfuro de polifenileno
  • PEI – Polieterimida
  • PVDF – Fluoruro de polivinilideno
  • PES – Polietersulfona
  • PI – Poliimida
  • PPSU – Polifenilsulfona
  • PSU – Polisulfona

Para saber m谩s: Por qu茅 mejorar tus mecanismos de seguridad con pl谩sticos ign铆fugos

C贸mo elegir el proveedor y las transmisiones adecuadas

La elecci贸n de la transmisi贸n m谩s adecuada determina el 茅xito de su funcionamiento. Pero no solo eso, sino que el rendimiento de la maquinaria estar谩 condicionado por cu谩l es el tipo de mecanismo con el que trabaja.

Tambi茅n la precisi贸n y la durabilidad de la propia transmisi贸n depender谩 de si el material en el que ha sido fabricado es el id贸neo para las condiciones de exigencia en las que va a trabajar.

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