Los mecanismos de engranaje son esenciales para el funcionamiento de las máquinas y los motores. Estos hacen que el par de salida aumente y pueden ajustar la velocidad o el sentido del giro. Son utilizados casi siempre para la transición de movimientos giratorios. Pero si se emplean los engranajes adecuados y piezas planas dentadas, también pueden cambiar el movimiento alternativo en uno giratorio o viceversa.
Qué son los engranajes?
Cuando se habla de engranaje, se hace referencia a un mecanismo que está conformado por ruedas dentadas. Los dientes de cada rueda hacen contacto entre sí con el propósito de pasar la velocidad rotatoria de una rueda a otra. Con estos componentes se logra transmitir el movimiento giratorio que hay entre dos ejes (paralelos, oblicuos o perpendiculares).
Para qué sirven los engranajes?
Hay una variedad amplia de tamaños y formas de engranajes. Desde los pequeños que se usan en relojería y los instrumentos científicos hasta los de mayor tamaño que se usan para reducir la velocidad en las turbinas de los buques, el accionamiento de hornos y molinos en fábricas de cemento, etc.
Las aplicaciones que tiene el sistema de engranajes son casi ilimitadas. Se encuentran en centrales de producción de electricidad, transportes terrestres (locomotoras, camiones, automóviles); transporte marítimo, aviones, grúas, montacargas. También se encuentran en maquinaria textil, de vestir, alimentación y calzado; en la industria farmacéutica y química, etc.
Todas las aplicaciones del engranaje tienen la finalidad de transmitir la rotación de un eje a otro diferente, aumentando o reduciendo la velocidad del primero. Incluso se encuentran engranajes coloridos en plástico que se usan en juguetes educativos.
Cómo funcionan los engranajes?
Para que un par de ruedas dentadas formen un mecanismo de engranaje es necesario que ambas tengan la misma clase de dientes. Lo que va a modificarse es la cantidad de dientes de una y de otra. También deben presentar el mismo módulo y paso.
La rueda que lleva el movimiento se le conoce como rueda motriz y la que está engranada y arrastra la motriz es la rueda conducida.
Rueda dentada, pieza fundamental de los engranajes
Antes de continuar con el tema de engranajes es importante conocer la rueda dentada. Esta es una rueda que gira y en su periferia tiene dientes con el objetivo de encajar con otra rueda por sus dientes y así transmitir el movimiento.
Las ruedas dentadas varían de acuerdo a como tengan los dientes. Hay otros mecanismos utilizados para formar engranajes, ejemplo de esto son: La cremallera, el engranaje en cadena y el tornillo sin fin.
Partes de la rueda dentada
- Eje: Es donde gira la rueda o el eje de revolución.
- Circunferencia de Primitiva: En un engranaje compuesto por dos ruedas, las circunferencias primitivas son tangentes entre sí. Por otro lado, el diámetro primitivo es el que corresponde a la circunferencia primitiva.
- Diámetro: Es el diámetro de la rueda y de acuerdo a este valor la rueda debe tener menos o más dientes. Al dividir el diámetro primitivo entre la cantidad de dientes de la rueda resulta el Módulo. Si dos ruedas van a formar un engranaje requieren el mismo módulo.
- Paso Circular: Trayecto desde un punto de un diente hasta el mismo punto, pero en el diente adyacente. Las ruedas engranan si tienen el mismo paso circular.
- Ángulo de Presión: Ángulo en el que el engranaje gira desde el momento en que el par de dientes se pone en contacto.
Tipos de engranaje
Para diferenciar los engranajes, estos se pueden dividir en cuatro tipos. Cada clasificación corresponde al material, la forma del engranaje, posición y forma de los dientes.
Engranajes de acuerdo al material utilizado: Son los metálicos y los plásticos.
Engranaje de acuerdo a la forma: Con respecto a la forma del engranaje, se clasifican en cilíndricos, cónicos y tornillos sin fin. Por su parte, los engranajes cilíndricos pueden presentarse de diferentes formas.
- De dientes rectos: Son los más baratos y empleados en el mercado, pero también son más ruidosos y no se usan al trabajar con velocidades altas.
- Helicoidales: Silenciosos y con una transmisión de fuerza uniforme y más segura.
- Cónicos: Transmiten el movimiento entre los árboles de levas que se cruzan creado un ángulo especifico. Son troncos de cono que poseen dientes hacia los lados, estos pueden ser curvos o rectos.
- Tornillo sin fin: Son un particular caso de los helicoidales, donde el piñón es una especie de tornillo con rosca helicoidal que presenta una o varias entradas. En la parte extrema este tornillo se puede engranar una rueda dentada, creándose el mecanismo sinfin-corona. La corona es una rueda que tiene dentado especial, su forma cóncava logra acoplarse mejor al tornillo.
Posición de sus dientes
De acuerdo a la posición que presentan los dientes, el sistema de engranaje puede ser exterior o interior.
- Engranajes interiores: Los dientes se encentran tallados en la parte interna del cilindro.
- Engranajes exteriores: Poseen los dientes tallados en la parte externa del cilindro.
Forma de sus dientes
Tomando en cuenta la forma de los dientes, los engranajes pueden clasificarse en dientes rectos y helicoidales.
- Dientes rectos: Tienen forma lineal y se colocan en forma paralela al eje de giro. Es el tipo más común, se emplean para reducciones grandes de engranaje, velocidades medias y velocidades pequeñas. Se usan cuando se quiere transmitir movimiento desde un eje a otro en paralelo y cercano.
- Cilíndricos con dentado helicoidal: Tienen un dentado oblicuo con respecto al eje rotatorio. Por esta forma oblicua, los ejes helicoidales son más suaves y silenciosos. Estos pueden ser de ejes cruzados, ejes paralelos o de espina de pescado.
Subdivisión de los engranajes helicoidales
- Ejes cruzados: Son sencillos y tiene una acción de cuña o tornillo, resultado de un grado alto de deslizamiento en los laterales de los dientes.
- Ejes paralelos: Compuestos por una cantidad finita de engranajes rectos, escalonados y de poco espesor.
- Espina de pescado o dobles: Es una mezcla de hélice izquierda y derecha.
Cálculo de los engranajes
Para conocer cómo se calculan los engranajes, se debe comenzar aprendiendo los cálculos sobre el engranaje simple y después sobre el tren de engranajes. Este último se refiere al mecanismo que presenta más de 2 ruedas dentadas.
Cálculo de engranaje simple
El cálculo de este mecanismo es sencillo, la fórmula que se usa es:
(Nº de dientes en Rueda 1 x la Velocidad de la Rueda 1) = (Nº de dientes de la Rueda 2 x la Velocidad de la Rueda 2).
De los cuatro datos en esta fórmula, sólo se conocen tres, por lo que se despeja el que haga falta o la incógnita.
Cálculo de un tren de engranaje
Cuando se presentan más de dos ruedas en un engranaje, se conoce como tren de engranajes. Para el esquema de un tren de engranaje se usa una línea vertical para una rueda dentada y dos líneas verticales separadas cuando son dos ruedas en el mismo eje.
Para el cálculo de un tren de engranajes es necesario descomponer el sistema en dos simples. Se calcula cada uno independientemente.
