Un engranaje es una parte de una máquina circular giratoria que tiene dientes cortados o, en el caso de una rueda dentada o rueda dentada , dientes insertados (llamados engranajes ), que engranan con otra parte dentada para transmitir el par . Un engranaje también puede conocerse informalmente como un engranaje . Los dispositivos con engranajes pueden cambiar la velocidad, el par y la dirección de una fuente de energía . Los engranajes de diferentes tamaños producen un cambio en el par, creando una ventaja mecánica , a través de su relación de transmisión , y por lo tanto pueden considerarse una máquina simple . Las velocidades de rotación, y los pares, de dos engranajes difieren en proporción a sus diámetros. Los dientes de los dos engranajes tienen la misma forma. [1]
Dos o más engranajes engranados, que trabajan en secuencia, se denominan tren de engranajes o transmisión . Los engranajes de una transmisión son análogos a las ruedas de un sistema de polea de correa cruzada . Una ventaja de los engranajes es que los dientes de un engranaje evitan el deslizamiento. En transmisiones con múltiples relaciones de transmisión, como bicicletas, motocicletas y automóviles, el término "marcha" (por ejemplo, "primera marcha") se refiere a una relación de transmisión en lugar de una marcha física real. El término describe dispositivos similares, incluso cuando la relación de transmisión es continua en lugar de discreta, o cuando el dispositivo en realidad no contiene engranajes, como en una transmisión continuamente variable . [2]
Además, un engranaje puede engranar con una parte dentada lineal, llamada cremallera , produciendo traslación en lugar de rotación.
Los primeros ejemplos de engranajes datan del siglo IV a. C. en China [3] (época de Zhan Guo - dinastía Zhou del Este tardío ), que se han conservado en el Museo Luoyang de la provincia de Henan, China . Los primeros engranajes conservados en Europa se encontraron en el mecanismo de Antikythera , un ejemplo de un dispositivo de engranajes muy temprano e intrincado, diseñado para calcular posiciones astronómicas . Su tiempo de construcción se estima en la actualidad entre el 150 y el 100 a. C. [4] Los engranajes aparecen en obras relacionadas con Héroe de Alejandría , en el Egipto romano alrededor del año 50 d. C., [5] pero se remonta a la mecánica delEscuela alejandrina en el Egipto ptolemaico del siglo III a. C. , y fueron desarrollados en gran medida por el erudito griego Arquímedes (287-212 a. C.). [6]
El engranaje segmentario, que recibe / comunica movimiento alternativo desde / hacia una rueda dentada, que consiste en un sector de un engranaje / anillo circular que tiene engranajes en la periferia, [7] fue inventado por el ingeniero árabe Al-Jazari en 1206. [8] El El engranaje de gusano se inventó en el subcontinente indio , para su uso en desmotadoras de algodón , en algún momento durante los siglos XIII-XIV. [9] Es posible que se hayan utilizado engranajes diferenciales en algunos de los carros chinos que apuntan al sur , [10] pero el primer uso verificable de engranajes diferenciales fue el fabricante de relojes británico Joseph Williamson en 1720.
Ejemplos de aplicaciones de engranajes tempranos incluyen:
La palabra engranaje es probablemente del nórdico antiguo gørvi (plural gørvar ) 'ropa, engranaje', relacionado con gøra , gørva 'hacer, construir, construir; poner en orden, preparar ', un verbo común en nórdico antiguo, "utilizado en una amplia gama de situaciones, desde escribir un libro hasta aderezar carne". En este contexto, el significado de 'rueda dentada en maquinaria' atestiguó por primera vez la década de 1520; el sentido mecánico específico de "partes mediante las cuales un motor comunica movimiento" es de 1814; específicamente de un vehículo (bicicleta, automóvil, etc.) en 1888. [12]
Un engranaje es un diente en una rueda. Del inglés medio cogge, del nórdico antiguo (compárese con el noruego kugg ('cog'), el sueco kugg , kugge ('cog, tooth')), del protogermánico * kuggō (compárese con el holandés kogge (' cogboat '), el alemán Kock ) , del protoindoeuropeo * gugā ('joroba, bola') (compárese con gugà lituano ('pomo, joroba, colina'), de PIE * gēw- ('doblar, arco'). [13]Utilizado por primera vez c. 1300 en el sentido de 'una rueda que tiene dientes o piñones; finales del 14c., 'diente en una rueda'; rueda dentada, principios del 15c. [14]
Históricamente, las ruedas dentadas eran dientes de madera en lugar de metal, y una rueda dentada consistía técnicamente en una serie de dientes de madera ubicados alrededor de una rueda de mortaja, cada diente formando un tipo de junta de espiga y mortaja "pasante" especializada . La rueda puede estar hecha de madera, hierro fundido u otro material. Los engranajes de madera se usaban anteriormente cuando no se podían cortar engranajes metálicos grandes, cuando el diente fundido no tenía ni siquiera aproximadamente la forma adecuada, o el tamaño de la rueda hacía que la fabricación no fuera práctica. [15]
Los engranajes a menudo estaban hechos de madera de arce . En 1967, la Thompson Manufacturing Company de Lancaster, New Hampshire todavía tenía un negocio muy activo en el suministro de decenas de miles de dientes de engranajes de arce por año, principalmente para su uso en fábricas de papel y molinos , algunos con más de 100 años. [16] Dado que un diente de madera realiza exactamente la misma función que un diente de metal fundido o mecanizado, la palabra se aplicó por extensión a ambos, y la distinción se ha perdido en general.
La relación definida que los dientes dan a los engranajes proporciona una ventaja sobre otras transmisiones (como las transmisiones de tracción y las correas trapezoidales ) en máquinas de precisión, como los relojes, que dependen de una relación de velocidad exacta. En los casos en que el impulsor y el seguidor están próximos, los engranajes también tienen una ventaja sobre otros accionamientos en el número reducido de piezas necesarias. La desventaja es que los engranajes son más costosos de fabricar y sus requisitos de lubricación pueden imponer un mayor costo operativo por hora.
Un engranaje externo es uno con los dientes formados en la superficie externa de un cilindro o cono. Por el contrario, un engranaje interno es uno con los dientes formados en la superficie interna de un cilindro o cono. Para engranajes cónicos , un engranaje interno es uno con el lanzamiento ángulo superior a 90 grados. Los engranajes internos no provocan la inversión de la dirección del eje de salida. [17]
Los engranajes rectos o de corte recto son el tipo de engranaje más simple. Consisten en un cilindro o disco con dientes que se proyectan radialmente. Aunque los dientes no son de lados rectos (pero generalmente de forma especial para lograr una relación de impulsión constante, principalmente involuta pero menos comúnmente cicloidal ), el borde de cada diente es recto y alineado paralelo al eje de rotación. Estos engranajes se engranan correctamente solo si están instalados en ejes paralelos. [18] Las cargas de los dientes no crean ningún empuje axial. Los engranajes rectos son excelentes a velocidades moderadas, pero tienden a ser ruidosos a altas velocidades. [19]
Los engranajes helicoidales o "fijos en seco" ofrecen un refinamiento sobre los engranajes rectos. Los bordes de ataque de los dientes no son paralelos al eje de rotación, sino que están colocados en ángulo. Dado que el engranaje es curvo, este ángulo hace que el diente forme un segmento de hélice . Los engranajes helicoidales se pueden engranar en orientación paralela o cruzada . El primero se refiere a cuando los ejes son paralelos entre sí; esta es la orientación más común. En este último, los ejes no son paralelos y, en esta configuración, los engranajes a veces se conocen como "engranajes oblicuos".
Los dientes en ángulo se acoplan más gradualmente que los dientes de engranajes rectos, lo que hace que funcionen de manera más suave y silenciosa. [20] Con engranajes helicoidales paralelos, cada par de dientes primero hace contacto en un solo punto en un lado de la rueda dentada; una curva de contacto en movimiento luego crece gradualmente a lo largo de la cara del diente hasta un máximo, luego retrocede hasta que los dientes rompen el contacto en un solo punto en el lado opuesto. En los engranajes rectos, los dientes se encuentran repentinamente en una línea de contacto a lo largo de todo su ancho, lo que provoca estrés y ruido. Los engranajes rectos emiten un chirrido característico a altas velocidades. Por esta razón, los engranajes rectos se utilizan en aplicaciones de baja velocidad y en situaciones en las que el control del ruido no es un problema, y los engranajes helicoidales se utilizan en aplicaciones de alta velocidad, transmisión de gran potencia o donde la reducción del ruido es importante.[21] La velocidad se considera alta cuando la velocidad de la línea de paso supera los 25 m / s. [22]
Una desventaja de los engranajes helicoidales es el empuje resultante a lo largo del eje del engranaje, que debe ser acomodado por cojinetes de empuje apropiados . Sin embargo, este problema puede convertirse en una ventaja cuando se utiliza un engranaje en espiga o un engranaje helicoidal doble , que no tiene empuje axial y también proporciona autoalineación de los engranajes. Esto da como resultado un menor empuje axial que un engranaje recto comparable.
Una segunda desventaja de los engranajes helicoidales es también un mayor grado de fricción por deslizamiento entre los dientes de engranaje, que a menudo se soluciona con aditivos en el lubricante.
Para una configuración "cruzada" o "oblicua", los engranajes deben tener el mismo ángulo de presión y paso normal; sin embargo, el ángulo de la hélice y la orientación manual pueden ser diferentes. La relación entre los dos ejes se define en realidad por el ángulo o ángulos de hélice de los dos ejes y la orientación, como se define: [23]
donde es el ángulo de la hélice del engranaje. La configuración cruzada es menos sólida mecánicamente porque solo hay un punto de contacto entre los engranajes, mientras que en la configuración paralela hay un contacto de línea. [23]
Muy comúnmente, los engranajes helicoidales se utilizan con el ángulo de hélice de uno que tiene el negativo del ángulo de hélice del otro; tal par también podría denominarse que tiene una hélice a la derecha y una hélice a la izquierda de ángulos iguales. Los dos ángulos iguales pero opuestos se suman a cero: el ángulo entre ejes es cero, es decir, los ejes son paralelos . Cuando la suma o la diferencia (como se describe en las ecuaciones anteriores) no es cero, los ejes se cruzan . Para ejes cruzadosen ángulos rectos, los ángulos de la hélice son de la misma mano porque deben sumar 90 grados. (Este es el caso de los engranajes de la ilustración anterior: engranan correctamente en la configuración cruzada: para la configuración paralela, uno de los ángulos de la hélice debe invertirse. Los engranajes ilustrados no pueden engranar con los ejes paralelos).
Los engranajes helicoidales dobles superan el problema del empuje axial que presentan los engranajes helicoidales simples mediante el uso de un juego de dientes doble, inclinados en direcciones opuestas. Se puede pensar en un engranaje helicoidal doble como dos engranajes helicoidales espejados montados muy juntos en un eje común. Esta disposición anula el empuje axial neto, ya que cada mitad del engranaje empuja en la dirección opuesta, lo que resulta en una fuerza axial neta de cero. Esta disposición también puede eliminar la necesidad de cojinetes de empuje. Sin embargo, los engranajes helicoidales dobles son más difíciles de fabricar debido a su forma más complicada.
Los engranajes en espiga son un tipo especial de engranajes helicoidales. No tienen una ranura en el medio como lo tienen otros engranajes helicoidales dobles; los dos engranajes helicoidales reflejados se unen para que sus dientes formen una V. Esto también se puede aplicar a los engranajes cónicos , como en la transmisión final del Tipo A Citroën .
Para los dos posibles sentidos de giro, existen dos posibles disposiciones para los engranajes helicoidales o caras de engranajes orientados de forma opuesta. Un arreglo se llama estable y el otro inestable. En una disposición estable, las caras del engranaje helicoidal están orientadas de modo que cada fuerza axial se dirija hacia el centro del engranaje. En una disposición inestable, ambas fuerzas axiales se dirigen lejos del centro del engranaje. En cualquier arreglo, el total (o neto) la fuerza axial en cada engranaje es cero cuando los engranajes están alineados correctamente. Si los engranajes se desalinean en la dirección axial, la disposición inestable genera una fuerza neta que puede conducir al desmontaje del tren de engranajes, mientras que la disposición estable genera una fuerza correctiva neta. Si se invierte la dirección de rotación, también se invierte la dirección de los empujes axiales, por lo que una configuración estable se vuelve inestable, y viceversa.
Los engranajes helicoidales dobles estables se pueden intercambiar directamente con engranajes rectos sin necesidad de diferentes cojinetes.
Un engranaje cónico tiene la forma de un cono circular recto con la mayor parte de su punta cortada . Cuando dos engranajes cónicos engranan, sus vértices imaginarios deben ocupar el mismo punto. Los ejes de sus ejes también se cruzan en este punto, formando un ángulo arbitrario no recto entre los ejes. El ángulo entre los ejes puede ser cualquier cosa excepto cero o 180 grados. Los engranajes cónicos con igual número de dientes y ejes de eje a 90 grados se denominan engranajes de inglete (EE. UU.) O engranajes de inglete (Reino Unido).
Los engranajes cónicos espirales se pueden fabricar como tipos Gleason (arco circular con profundidad de diente no constante), tipos Oerlikon y Curvex (arco circular con profundidad de diente constante), ciclopaloide de Klingelnberg (epicicloide con profundidad de diente constante) o palloide de Klingelnberg. Los engranajes cónicos en espiral tienen las mismas ventajas y desventajas en relación con sus primos de corte recto que los engranajes helicoidales para los engranajes rectos. Los engranajes cónicos rectos se utilizan generalmente solo a velocidades inferiores a 5 m / s (1000 pies / min) o, para engranajes pequeños, 1000 rpm [24]
Nota: El perfil del diente del engranaje cilíndrico corresponde a una evolvente, pero el perfil del diente del engranaje cónico a un octoide. Todos los generadores de engranajes cónicos tradicionales (como Gleason, Klingelnberg, Heidenreich & Harbeck, WMW Modul) fabrican engranajes cónicos con un perfil de diente octoidal. IMPORTANTE: Para juegos de engranajes cónicos fresados de 5 ejes, es importante elegir el mismo cálculo / diseño que el método de fabricación convencional. Los engranajes cónicos calculados simplificados sobre la base de un engranaje cilíndrico equivalente en sección normal con una forma de diente involuta muestran una forma de diente desviada con una resistencia del diente reducida en un 10-28% sin compensación y un 45% con compensación [Diss. Hünecke, TU Dresden]. Además, los "juegos de engranajes cónicos evolventes" provocan más ruido.
Los engranajes hipoides se asemejan a los engranajes cónicos en espiral, excepto que los ejes del eje no se cruzan. Las superficies de paso parecen cónicas pero, para compensar el eje descentrado, son de hecho hiperboloides de revolución. [25] [26] Los engranajes hipoides casi siempre están diseñados para operar con ejes a 90 grados. Dependiendo del lado al que se desplace el eje, en relación con el ángulo de los dientes, el contacto entre los dientes del engranaje hipoide puede ser incluso más suave y gradual que con los dientes del engranaje cónico en espiral, pero también tiene una acción de deslizamiento a lo largo de los dientes engranados a medida que gira. y, por lo tanto, generalmente requieren algunos de los tipos más viscosos de aceite para engranajes para evitar que se extruya de las caras de los dientes coincidentes, el aceite normalmente se designa HP (para hipoide) seguido de un número que indica la viscosidad. También elEl piñón se puede diseñar con menos dientes que un piñón cónico en espiral, con el resultado de que son factibles relaciones de engranajes de 60: 1 y superiores utilizando un solo juego de engranajes hipoidales. [27] Este estilo de engranaje es más común en los trenes de transmisión de vehículos de motor, junto con un diferencial . Mientras que un conjunto de engranajes de piñón y anillo normal (no hipoide) es adecuado para muchas aplicaciones, no es ideal para trenes de transmisión de vehículos porque genera más ruido y vibración que un hipoide. Llevar al mercado engranajes hipoidales para aplicaciones de producción en masa fue una mejora de ingeniería de la década de 1920.
Los engranajes de corona o engranajes contrarios son una forma particular de engranaje cónico cuyos dientes se proyectan en ángulo recto con el plano de la rueda; en su orientación, los dientes se asemejan a las puntas de una corona. Un engranaje de corona solo puede engranar con precisión con otro engranaje cónico, aunque a veces se ve engranajes de corona engranando con engranajes rectos. A veces, un engranaje de corona también está engranado con un escape como el que se encuentra en los relojes mecánicos.
Los gusanos se parecen a los tornillos . Un gusano está engranado con una rueda helicoidal , que se parece a un engranaje recto .
Los juegos de tornillo sin fin y engranajes son una forma simple y compacta de lograr un par elevado y una relación de engranajes de baja velocidad. Por ejemplo, los engranajes helicoidales normalmente se limitan a relaciones de engranajes de menos de 10: 1, mientras que los juegos de tornillo sin fin y engranajes varían de 10: 1 a 500: 1. [28] Una desventaja es la posibilidad de una considerable acción de deslizamiento, lo que conduce a una baja eficiencia. [29]
Un engranaje helicoidal es una especie de engranaje helicoidal, pero su ángulo de hélice suele ser algo grande (cerca de 90 grados) y su cuerpo suele ser bastante largo en la dirección axial. Estos atributos le dan cualidades de tornillo. La distinción entre un tornillo sin fin y un engranaje helicoidal es que al menos un diente persiste durante una rotación completa alrededor de la hélice. Si esto ocurre, es un 'gusano'; si no, es un 'engranaje helicoidal'. Un gusano puede tener tan solo un diente. Si ese diente persiste durante varias vueltas alrededor de la hélice, el gusano parece, superficialmente, tener más de un diente, pero lo que de hecho se ve es que el mismo diente reaparece a intervalos a lo largo del gusano. Se aplica la nomenclatura habitual de los tornillos: un gusano de un diente se llama rosca simple o arranque simple; un gusano con más de un diente se llama hilo múltiple o arranque múltiple . El ángulo de la hélice de un gusano no suele especificarse. En cambio, se da el ángulo de avance, que es igual a 90 grados menos el ángulo de la hélice.
En un juego de tornillo sin fin y engranaje, el gusano siempre puede conducir el engranaje. Sin embargo, si el engranaje intenta impulsar el gusano, puede que tenga éxito o no. Particularmente si el ángulo de avance es pequeño, los dientes del engranaje pueden simplemente bloquearse contra los dientes del gusano, porque el componente de fuerza circunferencial al gusano no es suficiente para superar la fricción. En las cajas de música tradicionales, sin embargo, el engranaje impulsa el gusano, que tiene un gran ángulo de hélice. Esta malla acciona las paletas del limitador de velocidad que están montadas en el eje sinfín.
Los juegos de tornillo sin fin y engranajes que se bloquean se denominan autobloqueo , que se pueden usar con ventaja, como cuando se desea establecer la posición de un mecanismo girando el tornillo sin fin y luego hacer que el mecanismo mantenga esa posición. Un ejemplo es el cabezal de la máquina que se encuentra en algunos tipos de instrumentos de cuerda .
Si el engranaje de un conjunto de tornillo sin fin y engranaje es un engranaje helicoidal ordinario, solo se logra un único punto de contacto. [27] [30] Si se desea una transmisión de potencia media a alta, la forma de los dientes del engranaje se modifica para lograr un contacto más íntimo haciendo que ambos engranajes se envuelvan parcialmente entre sí. Esto se hace haciendo ambos cóncavos y uniéndolos en un punto de silla ; esto se llama unidad de cono [31] o "doble envolvente".
Los engranajes helicoidales pueden ser diestros o zurdos, siguiendo la práctica establecida desde hace mucho tiempo para roscas de tornillo. [17]
Los engranajes no circulares están diseñados para propósitos especiales. Mientras que un engranaje regular está optimizado para transmitir el par a otro miembro acoplado con mínimo ruido y desgaste y máxima eficiencia , el objetivo principal de un engranaje no circular podría ser variaciones de relación , oscilaciones de desplazamiento del eje y más. Las aplicaciones comunes incluyen máquinas textiles, potenciómetros y transmisiones continuamente variables .
Una cremallera es una barra dentada o varilla que se puede considerar como un engranaje de sector con un radio de curvatura infinitamente grande . El par se puede convertir en fuerza lineal engranando una cremallera con un engranaje redondo llamado piñón : el piñón gira, mientras que la cremallera se mueve en línea recta. Dicho mecanismo se utiliza en automóviles para convertir la rotación del volante en el movimiento de izquierda a derecha de la (s) barra (s) de dirección.
Las cremalleras también se incluyen en la teoría de la geometría de engranajes, donde, por ejemplo, la forma de diente de un conjunto de engranajes intercambiables puede especificarse para la cremallera (radio infinito), y las formas de diente para engranajes de radios reales particulares se derivan de eso. . El tipo de engranaje de piñón y cremallera también se utiliza en un ferrocarril de cremallera .
En el engranaje epicicloidal, uno o más de los ejes del engranaje se mueven. Algunos ejemplos son el engranaje solar y planetario (ver más abajo), la transmisión cicloidal , las transmisiones automáticas y los diferenciales mecánicos .
El engranaje solar y planetario es un método para convertir el movimiento alternativo en movimiento giratorio que se utilizó en las máquinas de vapor . James Watt lo usó en sus primeras máquinas de vapor para sortear la patente de la manivela , pero también proporcionó la ventaja de aumentar la velocidad del volante para que Watt pudiera usar un volante más ligero.
En la ilustración, el sol es amarillo, el planeta rojo, el brazo alternativo es azul, el volante es verde y el eje de transmisión es gris.
Un engranaje armónico o engranaje de onda de tensión es un mecanismo de engranaje especializado que se utiliza a menudo en el control de movimiento industrial , robótica y aeroespacial por sus ventajas sobre los sistemas de engranajes tradicionales, incluida la falta de juego, la compacidad y las relaciones de transmisión altas.
Aunque el diagrama no muestra la configuración correcta, es un "engranaje de sincronización", convencionalmente con muchos más dientes que un engranaje tradicional para garantizar un mayor grado de precisión.
Un engranaje de jaula , también llamado engranaje de linterna o piñón de linterna , tiene varillas cilíndricas a modo de dientes, paralelas al eje y dispuestas en un círculo alrededor de él, de manera similar a las barras de una jaula de pájaros redonda o linterna. El conjunto se mantiene unido mediante discos en cada extremo, en los que se colocan las varillas dentadas y el eje. Los engranajes de jaula son más eficientes que los piñones sólidos, [ cita requerida ] y la suciedad puede caer a través de las varillas en lugar de quedar atrapada y aumentar el desgaste. Se pueden construir con herramientas muy simples ya que los dientes no se forman cortando o fresando, sino perforando agujeros e insertando varillas.
A veces utilizado en relojes, el engranaje de jaula siempre debe ser impulsado por una rueda dentada, no utilizado como conductor. El engranaje de la jaula no fue inicialmente favorecido por los fabricantes de relojes conservadores. Se hizo popular en los relojes de torreta donde las condiciones de trabajo sucias eran más comunes. Los movimientos de los relojes domésticos estadounidenses a menudo los usaban.
Todos los engranajes de cada componente del engranaje de los engranajes magnéticos actúan como un imán constante con la alternancia periódica de polos magnéticos opuestos en las superficies de contacto. Los componentes del engranaje se montan con una capacidad de juego similar a otros engranajes mecánicos. Aunque no pueden ejercer tanta fuerza como un engranaje tradicional debido a los límites en la intensidad del campo magnético, estos engranajes funcionan sin tocarse y, por lo tanto, son inmunes al desgaste, tienen muy poco ruido, no tienen pérdidas de potencia por fricción y pueden deslizarse sin daños, lo que los hace muy confiables. . [32] Pueden usarse en configuraciones que no son posibles para engranajes que deben estar en contacto físico y pueden operar con una barrera no metálica que separe completamente la fuerza motriz de la carga. El acoplamiento magnético puede transmitir fuerza a unenvolvente herméticamente sellada sin utilizar un sello de eje radial , que puede tener fugas.
Varios otros parámetros de la hélice se pueden ver en los planos normal o transversal. El subíndice n generalmente indica lo normal.
El subíndice w denota el gusano, el subíndice g denota el engranaje.
Linea de contacto
Camino de accion
Línea de acción
Plano de acción
Líneas de contacto (engranajes helicoidales)
Arco de accion
Duración de la acción
Límite de diámetro
Avance de cara
Zona de acción
Espesor del diente
Relaciones de espesor
Espesor de cuerdas
Medición del grosor del diente sobre pasadores
Medida de tramo
Dientes addendum largos y cortos
El paso es la distancia entre un punto de un diente y el punto correspondiente de un diente adyacente. [17] Es una dimensión medida a lo largo de una línea o curva en las direcciones transversal, normal o axial. El uso de la palabra de paso sin calificación puede ser ambigua, y por esta razón es preferible utilizar denominaciones específicas tales como paso circular transversal, el tono de referencia normal, paso axial.
Terreno de juego
Paso de diente
Relaciones de tono base
Lanzamientos principales
Reacciónes el error de movimiento que se produce cuando los engranajes cambian de dirección. Existe porque siempre hay algún espacio entre la cara posterior del diente impulsor y la cara anterior del diente detrás de él en el engranaje impulsado, y ese espacio debe cerrarse antes de que la fuerza pueda transferirse en la nueva dirección. El término "reacción violenta" también se puede utilizar para referirse al tamaño de la brecha, no solo al fenómeno que causa; así, se podría hablar de un par de engranajes con, por ejemplo, "0,1 mm de holgura". Se podría diseñar un par de engranajes para que no tengan holgura, pero esto presupondría perfección en la fabricación, características de expansión térmica uniforme en todo el sistema y ausencia de lubricante. Por lo tanto, los pares de engranajes están diseñados para tener cierta reacción.Por lo general, se obtiene reduciendo el grosor de los dientes de cada engranaje a la mitad de la distancia deseada. Sin embargo, en el caso de un engranaje grande y un piñón pequeño, el juego generalmente se quita completamente del engranaje y al piñón se le dan dientes de tamaño completo. También se puede proporcionar contragolpe moviendo los engranajes más separados. La reacción de untren de engranajes es igual a la suma del juego de cada par de engranajes, por lo que en trenes largos el juego puede convertirse en un problema.
Para situaciones que requieren precisión, como instrumentación y control, el juego se puede minimizar mediante una de varias técnicas. Por ejemplo, el engranaje se puede dividir a lo largo de un plano perpendicular al eje, una mitad fijada al eje de la manera habitual, la otra mitad colocada a su lado, libre para girar alrededor del eje, pero con resortes entre las dos mitades que proporcionan par relativo entre ellos, de modo que se logra, en efecto, un solo engranaje con dientes en expansión. Otro método implica ahusar los dientes en la dirección axial y dejar que el engranaje se deslice en la dirección axial para eliminar la holgura.
En algunas máquinas (por ejemplo, automóviles) es necesario alterar la relación de transmisión para adaptarse a la tarea, un proceso conocido como cambio de marcha o cambio de marcha. Hay varias formas de cambiar de marcha, por ejemplo:
Hay varios resultados del cambio de marcha en los vehículos de motor. En el caso de las emisiones de ruido del vehículo , se emiten niveles de sonido más altos cuando el vehículo está engranado en marchas más bajas. La vida útil de diseño de los engranajes de relación más baja es más corta, por lo que se pueden usar engranajes más baratos, que tienden a generar más ruido debido a una relación de superposición más pequeña y una rigidez de malla más baja, etc. que los engranajes helicoidales utilizados para las relaciones altas. Este hecho se ha utilizado para analizar el sonido generado por los vehículos desde finales de la década de 1960 y se ha incorporado a la simulación del ruido de las vías urbanas y al diseño correspondiente de barreras acústicas urbanas a lo largo de las vías. [35]
Perfil de un engranaje recto
Vender a menor precio que
Un perfil es un lado de un diente en una sección transversal entre el círculo exterior y el círculo de la raíz. Por lo general, un perfil es la curva de intersección de la superficie de un diente y un plano o superficie normal a la superficie de paso, como el plano transversal, normal o axial.
La curva de filete (filete de raíz) es la parte cóncava del perfil del diente donde se une a la parte inferior del espacio del diente. 2
Como se mencionó cerca del comienzo del artículo, la consecución de una relación de velocidad no fluctuante depende del perfil de los dientes. La fricción y el desgaste entre dos engranajes también depende del perfil del diente. Hay una gran cantidad de perfiles de dientes que proporcionan relaciones de velocidad constantes. En muchos casos, dada una forma de diente arbitraria, es posible desarrollar un perfil de diente para el engranaje de acoplamiento que proporcione una relación de velocidad constante. Sin embargo, dos perfiles de dientes de velocidad constante son los más utilizados en los tiempos modernos: el cicloide y el involuta.. La cicloide fue más común hasta finales del siglo XIX. Desde entonces, el evolvente lo ha reemplazado en gran medida, particularmente en aplicaciones de tren de transmisión. La cicloide es en cierto modo la forma más interesante y flexible; sin embargo, la evolvente tiene dos ventajas: es más fácil de fabricar y permite que el espaciado de centro a centro de los engranajes varíe en algún rango sin arruinar la constancia de la relación de velocidad. Los engranajes cicloidales solo funcionan correctamente si el espacio entre centros es exactamente el correcto. Los engranajes cicloidales todavía se utilizan en relojes mecánicos.
Un socavado es una condición en los dientes de engranajes generados cuando cualquier parte de la curva del filete se encuentra dentro de una línea trazada tangente al perfil de trabajo en su punto de unión con el filete. Se puede introducir deliberadamente una socavación para facilitar las operaciones de acabado. Con el socavado, la curva de empalme se cruza con el perfil de trabajo. Sin socavación, la curva de empalme y el perfil de trabajo tienen una tangente común.
En la fabricación de engranajes se utilizan numerosas aleaciones no ferrosas, fundiciones, pulvimetalurgia y plásticos. Sin embargo, los aceros se utilizan con mayor frecuencia debido a su alta relación resistencia-peso y bajo costo. El plástico se usa comúnmente cuando el costo o el peso son una preocupación. Un engranaje de plástico diseñado correctamente puede reemplazar al acero en muchos casos porque tiene muchas propiedades deseables, incluida la tolerancia a la suciedad, el mallado a baja velocidad y la capacidad de "saltar" bastante bien [36]y la capacidad de fabricarse con materiales que no necesitan lubricación adicional. Los fabricantes han utilizado engranajes de plástico para reducir costos en artículos de consumo, incluidas fotocopiadoras, dispositivos de almacenamiento óptico, dínamos baratos, equipos de audio de consumo, servomotores e impresoras. Otra ventaja del uso de plásticos, anteriormente (como en la década de 1980), era la reducción de los costos de reparación de ciertas máquinas costosas. En casos de atasco severo (como el del papel en una impresora), los dientes de plástico del engranaje se romperían y liberarían de su sustrato, lo que permitiría que el mecanismo de accionamiento girara libremente (en lugar de dañarse al esforzarse contra el atasco). Este uso de dientes de engranaje "de sacrificio" evitó destruir el motor mucho más caro y las piezas relacionadas. Este método ha sido reemplazado, en diseños más recientes,mediante el uso de embragues y motores con limitación de par o corriente.
Aunque los engranajes se pueden hacer con cualquier paso, por conveniencia e intercambiabilidad se utilizan con frecuencia pasos estándar. El paso es una propiedad asociada con las dimensiones lineales y, por lo tanto, difiere si los valores estándar están en el sistema imperial (pulgadas) o métrico . Utilizando medidas en pulgadas , se eligen valores de paso diametral estándar con unidades de "por pulgada"; el paso diametral es el número de dientes en un engranaje de una pulgada de diámetro de paso. Los valores estándar comunes para engranajes rectos son 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12, 16, 20, 24, 32, 48, 64, 72, 80, 96, 100, 120 y 200. [37] Ciertos pasos estándar como 1/10 y 1/20en medidas en pulgadas, que se engranan con el bastidor lineal, son en realidad valores de paso circular (lineal) con unidades de "pulgadas" [37]
Cuando las dimensiones del engranaje están en el sistema métrico, la especificación del paso es generalmente en términos de módulo o módulo , que es efectivamente una medida de longitud a través del diámetro del paso . Se entiende por módulo el diámetro primitivo en milímetros dividido por el número de dientes. Cuando el módulo se basa en medidas en pulgadas, se conoce como módulo inglés para evitar confusiones con el módulo métrico. El módulo es una dimensión directa, a diferencia del paso diametral, que es una dimensión inversa ("hilos por pulgada"). Así, si el diámetro primitivo de un engranaje es 40 mm y el número de dientes 20, el módulo es 2, lo que significa que hay 2 mm de diámetro primitivo para cada diente. [38]Los valores de módulo estándar preferidos son 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.8, 1.0, 1.25, 1.5, 2.0, 2.5, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12, 16, 20, 25, 32, 40 y 50. [39]
A partir de 2014, se estima que el 80% de todos los engranajes producidos en todo el mundo se produce mediante moldeo en forma de red . Los engranajes moldeados suelen ser pulvimetalurgia o plástico. [40] Muchos engranajes se terminan cuando salen del molde (incluidos los de plástico moldeado por inyección y los engranajes de metal fundido a presión ), pero los engranajes de metal en polvo requieren sinterización y las fundiciones en arena o las fundiciones de inversión requieren el corte de engranajes u otro mecanizado para terminarlas. La forma más común de corte de engranajes es el tallado , pero el modelado , fresado yTambién existen brochados . La impresión 3D como método de producción se está expandiendo rápidamente. Para los engranajes metálicos en las transmisiones de automóviles y camiones, los dientes se tratan térmicamente para hacerlos duros y más resistentes al desgaste, dejando el núcleo suave y resistente . Para engranajes grandes que son propensos a deformarse, se usa una prensa de enfriamiento .
La física moderna adoptó el modelo de engranajes de diferentes maneras. En el siglo XIX, James Clerk Maxwell desarrolló un modelo de electromagnetismo en el que las líneas del campo magnético eran tubos giratorios de fluido incompresible. Maxwell usó una rueda dentada y la llamó "rueda inactiva" para explicar la corriente eléctrica como una rotación de partículas en direcciones opuestas a la de las líneas de campo giratorias. [41]
Más recientemente, la física cuántica utiliza "engranajes cuánticos" en su modelo. Un grupo de engranajes puede servir como modelo para varios sistemas diferentes, como un dispositivo nanomecánico construido artificialmente o un grupo de moléculas anulares. [42]
La hipótesis de las tres ondas compara la dualidad onda-partícula con un engranaje cónico. [43]
Anteriormente, el mecanismo de engranaje se consideraba exclusivamente artificial, pero ya en 1957, se habían reconocido engranajes en las patas traseras de varias especies de saltahojas [44] y los científicos de la Universidad de Cambridge caracterizaron su importancia funcional en 2013 haciendo fotografías de alta velocidad. de las ninfas de Issus coleoptratus en la Universidad de Cambridge. [45] [46] Estos engranajes se encuentran solo en las formas de ninfa de todos los chicharritas y se pierden durante la muda final hasta la etapa adulta. [47] En I. coleoptratus , cada pata tiene una franja de dientes de 400 micrómetros, un radio de paso de 200 micrómetros, con 10 a 12 dientes de engranajes rectos completamente entrelazados, incluidoscurvas fileteadas en la base de cada diente para reducir el riesgo de cizallamiento. [48] La articulación gira como engranajes mecánicos y sincroniza las patas traseras de Issus cuando salta dentro de los 30 microsegundos, evitando la rotación de guiñada. [49] [50] [45] Los engranajes no están conectados todo el tiempo. Uno está ubicado en cada una de las patas traseras del insecto juvenil, y cuando se prepara para saltar, los dos juegos de dientes se bloquean. Como resultado, las patas se mueven casi al unísono, lo que le da al insecto más poder a medida que los engranajes giran hasta su punto de parada y luego se desbloquean. [49]
Se cree que el Mecanismo data de entre 150 y 100 a. C.
Bibliografía
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