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Tipos de engranajes: una guía sobre diferentes engranajes mecánicos

Explore nuestra guía completa sobre diferentes engranajes mecánicos, incluidos rectos, cónicos, helicoidales, de piñón y cremallera, planetarios, helicoidales y más.
HITOP / Blog / <a href="https://hitopindustrial.com/es/tipos-de-engranajes/" title="Tipos de engranajes: una guía sobre diferentes engranajes mecánicos">Tipos de engranajes: una guía sobre diferentes engranajes mecánicos

Los engranajes se utilizan para la transmisión de la rotación alrededor de un eje en maquinas. Controlan la velocidad del motor con la ayuda de rotaciones. Por lo tanto, se pueden utilizar para acelerar el motor y también para ralentizarlo. Los engranajes se pueden encontrar en relojes, bicicletas, sillas de ruedas y lavadoras, por nombrar algunos artículos cotidianos. 

Los engranajes están diseñados con ruedas metálicas o de plástico de alta densidad con dientes alrededor de la circunferencia. Estos dientes se mueven o giran sobre una malla de hacha para crear movimiento. De este modo, ambos ejes conectados se mueven en la dirección deseada. Los engranajes vienen en diferentes tipos, incluidos los rectos, cónicos y engranajes helicoidales. Discutiremos diferentes tipos de equipos en detalle. 

Importancia de los engranajes y cómo funcionan

Los engranajes funcionan para la transmisión mecánica cuando se aplica una fuerza para crear una salida. Esto sucede con el cambio de par y velocidad de la maquinaria. Se agregan engranajes en máquinas de alta carga para garantizar un movimiento fácil y reducir la velocidad según sea necesario.

Además, se pueden utilizar engranajes para reducir/controlar la velocidad del motor. Por tanto, funciona mejor que un sistema de poleas para detener la máquina. El control fino proporcionado por los dientes del engranaje también puede transferir el movimiento a ejes no paralelos. 

Imagen monocroma de una compleja variedad de engranajes metálicos y ruedas dentadas dentro de maquinaria industrial, destacando la funcionalidad mecánica.

Usando engranajes, puedes aumentar tu velocidad aplicando más velocidad. Por otro lado, puedes disminuir tu velocidad aplicando menos fuerza o fuerza en la dirección opuesta. 

Una caja de cambios también es fundamental para aumentar el par de la maquinaria. Esto cambia la dirección del movimiento según sea necesario. El aumento/disminución del par se transmite desde el motor impulsor al equipo impulsado a través de un eje de rotación.

Se puede utilizar un sistema de engranajes para producir grandes cantidades de fuerza, lo que da como resultado una alta velocidad. El movimiento de los dientes del engranaje en sentido horario y antihorario decidirá si la velocidad aumenta o disminuye. Los dientes se mueven suavemente sobre el eje para transmitir la fuerza de un eje a otro. Además, el tipo y tamaño del engranaje también afectarán la fuerza. 

Comprender las diferentes partes de los engranajes

Los siguientes términos ayudarán a comprender las diferentes partes del equipo y cómo funcionan juntas.

Primer plano detallado de engranajes de relojes mecánicos con elementos de latón y cojinetes de joyas de rubí, enfatizando la ingeniería de precisión

Eje: El eje del engranaje pasa por el centro del eje. Además, el eje del engranaje puede ser transversal, no paralelo o paralelo. Los engranajes con ejes que se cruzan pasan por un punto común. Los engranajes no paralelos o que no se cruzan tienen ejes en diferentes planos. Los ejes paralelos giran en diferentes direcciones y no se cruzan en ningún punto. 

Dirección de giro: Las marchas son para diestros o para zurdos, según la posición. Esta dirección depende de la forma del resorte. En el caso de dos engranajes helicoidales, los dientes se mueven en la misma dirección en un lado. Por otro lado, los engranajes cónicos tienen diferentes direcciones de giro que son opuestas entre sí. 

Dientes: Los dientes del engranaje son protuberancias dentadas que se encuentran en la circunferencia de forma circular o semicircular. Sobresalen y se mueven sobre el engranaje de los dientes para transmitir el movimiento de rotación. Lo ideal es que el número de dientes sea un número entero. 

Además, el perfil de los dientes del engranaje y el engrane de los dientes deben ser los mismos para que se muevan y funcionen con suavidad. La velocidad del engranaje se calcula dividiendo el número de dientes del engranaje de entrada por el número de dientes del engranaje de salida. Esta relación también se llama relación de transmisión. 

Círculo primitivo: El círculo primitivo se calcula con la tangente que pasa por el engrane de los dos engranajes. Además, el perímetro de dos engranajes superpuestos proporciona el tamaño del engranaje, ya que funcionan como una unidad singular. 

Diámetro de paso: Es el diámetro de trabajo del engranaje y también se le llama círculo primitivo. Dicta la distancia entre los dos engranajes de una máquina. La distancia entre los dos ejes será la suma de los diámetros de paso de los dos engranajes dividida por 2. 

Paso diametral: Es la relación entre el número total de dientes y el diámetro primitivo. 

Paso circular: El paso circular se calcula utilizando la distancia desde la punta de un diente hasta la punta del diente adyacente. Dado que la longitud tiene forma de arco en lugar de una longitud recta, proporciona la longitud del círculo primitivo. 

Módulo: El módulo es el tamaño del diente en milímetros. Se calcula dividiendo el diámetro primitivo por el número total de dientes. Siempre será un número racional para garantizar una aplicación industrial confiable.  

Angulo de PRESION: El ángulo entre el radio de la línea del círculo primitivo y la línea tangente al diente es el ángulo de presión. Para los engranajes se utilizan algunos ángulos estándar de 14,5, 15, 20 y 25 grados. El más utilizado entre ellos es el de 20 grados. 

El gran ángulo de presión muestra un amplio dedendum, lo que garantiza una alta resistencia del diente. Tenga en cuenta que el ángulo de presión se calcula mediante la distribución de fuerza y el contacto de los dientes. Por lo tanto, los dos engranajes deben diseñarse de tal manera que garanticen el mismo ángulo de presión con respecto al engrane.

Forma del engranaje: Las diferentes formas de engranajes pueden incluir circular, semicircular, triangular, cuadrada y elíptica. Estas formas afectan la velocidad y el par de la máquina. Una forma uniforme del engranaje, como circular o elíptica, dará como resultado la misma velocidad y par. Por otro lado, los engranajes no uniformes pueden producir diferentes velocidades y pares dependiendo de la posición de los dientes, incluso cuando la entrada sea la misma.

Ángulo de torsión: Esta es la inclinación del diente con respecto al eje cilíndrico de la máquina. La dirección de empuje aumenta a medida que aumenta el ángulo de torsión del engranaje. Debido a esto, la eficiencia de la máquina puede disminuir. El ángulo de torsión habitual es de 25 grados para gestionar la eficiencia y el empuje de la máquina. 

Diferentes tipos de engranajes

Surtido colorido de engranajes entrelazados con palabras motivadoras, que simbolizan el trabajo en equipo y el progreso en el diseño mecánico.

Hemos compilado una lista de diferentes tipos de equipos.

Tipo de engranaje Principales característicasAplicaciones 
Ruedas dentadasEngranaje circular, fácil de fabricar y más comúnAutomóviles, reductores de velocidad, relojes.
Engranajes cónicosEjes que se cruzan con engranajes cónicos. Diferentes formas conectadas entre sí y velocidad de transmisión.
Engranajes helicoidalesEngranajes helicoidales simples/dobles, bajo nivel de ruido y fricción, transmisión suavecintas transportadoras, ascensores, vehículos
Piñón y cremalleraDiferentes formas conectadas entre sí y velocidad de transmisión.Máquinas de impresión, transportadores mecánicos, elevadores.
Cajas de cambios planetariasEngranajes solares y planetarios que provocan transmisión simultáneamente, ideales para cargas pesadas Automóviles, aviones y helicópteros.
Engranajes helicoidalesEngranajes con configuración de ejes sin intersecciones/no paralelos, alto par gradual Laminadores, motores y elevadores.
Engranajes de clavija de jaulaTransmisión de rotación en ejes perpendiculares, uso multidireccional.Molinos de agua 
Engranajes mutilados Dientes reducidos en engranajeMáquinas de fabricación, reductores de velocidad.
Engranajes no circularesDiferentes formas conectadas entre sí y velocidad de transmisión.Bombas, cintas transportadoras, potenciómetros.

Ruedas dentadas

Estos son los tipos de engranajes más simples y populares. Transfieren movimiento entre ejes paralelos. Sus dientes rectos los hacen fácilmente fabricables con maquinas de 3 ejes como cortadoras láser o moldeo por inyección.

Cuando se utilizan dos engranajes rectos, se colocan uno al lado del otro en la malla, lo que permite el movimiento giratorio en la dirección opuesta. La transmisión de potencia a través de un grupo de engranajes rectos se realiza en un eje paralelo. Se utilizan comúnmente en bombas de engranajes, motores, sistemas transportadores y reductores de velocidad.

Engranajes cónicos

Los engranajes cónicos transmiten potencia entre ejes no paralelos. Cuando los dientes inclinados se encuentran en el mismo vértice, forman engranajes de inglete en ángulos de 90 grados. Los dientes inclinados forman diámetros primitivos en forma de cono. 

Así, los engranajes se diferencian en función de la distancia entre la parte trasera del engranaje y la punta del cono del engranaje. Para engranar dos engranajes cónicos, el cono imaginario debe extenderse hasta el mismo vértice. Estos engranajes son costosos de fabricar debido a su intrincado diseño. Además, transmiten un gran par, por lo que no siempre son la primera opción para la maquinaria. 

Tipos de engranajes cónicos

Los engranajes cónicos vienen en varios diseños, como rectos, en espiral, a inglete y de corona. Los biseles rectos son fáciles de fabricar gracias a su diseño sencillo. Los dientes en bisel recto trabajan simultáneamente. Por tanto, los dientes se van estrechando gradualmente para garantizar que la superficie de paso tenga una forma cónica. 

En los engranajes espirales, los dientes tienen líneas curvas para mantener una buena relación de contacto. Son más eficientes que los engranajes cónicos rectos. Además, no generan altas vibraciones ni ruidos. 

Se sabe que los engranajes cónicos Zerol tienen características de diseño recto y en espiral. Son un diseño de marca registrada de Gleason Co. Estos engranajes están diseñados de tal manera que los dientes puedan girar libremente en cualquier dirección. El ángulo de torsión cero les facilita moverse así. 

Otro engranaje cónico es una inglete con un eje de 90 grados, que puede transmitir cambios de potencia sin afectar la velocidad. Por último, las coronas/engranajes frontales están diseñados en los ángulos correctos. Se utilizan en imprentas, ferrocarriles, automóviles, centrales eléctricas y aplicaciones marinas.

Engranajes helicoidales 

Con dientes colocados angularmente, los engranajes helicoidales tienen una traza de dientes inclinada no paralela. Debido a los múltiples dientes en la transmisión, los engranajes helicoidales son buenos para transportar cargas pesadas. Además, hacen menos ruido ya que hay mínima vibración y fricción durante la transmisión. 

Puede elegir entre varios tipos de engranajes helicoidales: simples, dobles o en espiga. Los engranajes individuales tienen una hélice izquierda o derecha. Los engranajes dobles tienen dos caras helicoidales idénticas en direcciones opuestas. El uso de doble engranaje ayuda a una mejor transmisión debido a una mayor eficiencia y una menor fricción. 

Otro tipo es el engranaje en espiga, donde se unen dos engranajes sin espacios entre ellos. Son excelentes para la absorción de impactos en las máquinas. 

Piñón y cremallera

Este mecanismo de engranajes convierte el movimiento lineal en movimiento rotacional o viceversa. Por lo tanto, es ideal para aplicaciones como sistemas de dirección. Están presentes en pares con dos engranajes circulares. Convencionalmente, los engranajes rectos o helicoidales forman engranajes de piñón y cremallera. 

El piñón y cremallera funcionan con un piñón/engranaje recto y un riel dentado para provocar el movimiento. Hay un movimiento deslizante continuo que conduce a la rotación del engranaje. Se utilizan en los sistemas de dirección de los automóviles.

Cajas de cambios planetarias

Como sugiere el nombre, las cajas de cambios planetarias tienen engranajes internos llamados sol y planetas. El sol está en el medio de la caja de cambios y hace girar otros planetas. Este movimiento hace que el engranaje interno grande se mueva y provoque movimiento en la máquina. 

Es necesaria una lubricación adecuada para garantizar que todos los engranajes se muevan sin problemas. Las cajas de engranajes planetarios son lo suficientemente eficientes para requisitos de gran fuerza. También pueden ayudar a reducir las marchas grandes cuando el espacio es limitado. 

Engranajes helicoidales

Los engranajes helicoidales son impulsados por un tornillo en el eje, llamado gusano, y el engranaje correspondiente, llamado rueda helicoidal. El engranaje gira en un plano diferente perpendicular al tornillo sin fin. Cada rotación del gusano hace que el engranaje gire un diente. 

Esto implica que la relación de transmisión aquí es N:1, siendo N el número de dientes del engranaje. Los engranajes helicoidales tienden a ser menos eficientes en velocidad, pero pueden aumentar gradualmente el par en el sistema. 

Hay una transmisión que no se cruza con un contacto deslizante. El movimiento es suave debido a la menor fricción. Entonces estos engranajes no son ruidosos. Otro elemento de diseño a tener en cuenta es que los engranajes helicoidales son lineales en lugar de diseños circulares comunes. 

Engranajes de clavija de jaula

Los engranajes de clavija de jaula generalmente se fabrican con materiales de madera y clavijas. Son más fáciles y económicos de fabricar que sus homólogos metálicos. Estos engranajes transmiten fuerza al eje perpendicular y, por tanto, no ofrecen mucha velocidad. Una jaula puede actuar como diferentes engranajes, como un tornillo sin fin con pasadores y dientes. 

Las clavijas de estos engranajes funcionan como dientes conectados a un pequeño disco. Estas clavijas se conectan con otras clavijas de diferentes engranajes para funcionar como una unidad. Un beneficio del engranaje de jaula y clavija es que puede funcionar desde cualquier extremo a medida que las clavijas se mueven en ambas direcciones. 

Engranajes mutilados 

Algunos diseños de máquinas pueden requerir engranajes mutilados donde el diente no se extiende completamente alrededor del círculo primitivo. Si no se produce la rotación completa de 360 grados, se pueden agregar engranajes mutilados con un menor número de dientes. 

Esto es ideal cuando no es necesario que la maquinaria se mueva continuamente. La presencia de dientes en un lado del engranaje y el lado vacío en el otro lado provocará pulsos de movimiento, haciendo que el eje funcione con pausas constantes.

Engranajes no circulares

Lo fascinante de los engranajes no circulares es su interesante forma. Su diámetro no es el mismo en todas las zonas. Así, cuando giran, la forma del engranaje cambia, dando lugar a diferentes velocidades de rotación en cada momento. Rara vez se utilizan, pero pueden contribuir a funciones únicas de la máquina en las que dos ejes necesitan un engranaje no circular. 

Consideraciones de diseño para engranajes

Aquí hay algunas cosas esenciales a considerar al diseñar engranajes: 

Dimensiones

Las dimensiones de la maquinaria son un factor decisivo en el espacio disponible para los engranajes. Tenga en cuenta el espacio para acomodar múltiples engranajes, dientes y ejes. Además, los engranajes deberían poder moverse alrededor del círculo primitivo. 

Exquisito movimiento de reloj de bolsillo que muestra intrincados engranajes y 19 joyas, con grabados detallados y detalles dorados.

Si hay una limitación de tamaño, se pueden usar engranajes más pequeños o engranajes no circulares. Otra opción es utilizar engranajes mutilados. Preste atención al ángulo de presión, el paso y la resistencia a la tracción del material de fabricación.

Los requisitos de diseño también incluyen seguir los estándares de diseño de fabricación nacionales e internacionales. Por ejemplo, puede seguir los estándares estadounidenses de fabricación de engranajes para garantizar un diseño y fabricación seguros. Estos protocolos también pueden depender de la ubicación geográfica y ser diferentes en EE. UU., Alemania y Japón.  

Condiciones operacionales

Las condiciones ambientales como la temperatura, las condiciones climáticas y la humedad pueden afectar los engranajes. La lubricación y la fricción entre los dientes y el engranaje pueden verse reducidas debido a las duras condiciones climáticas. Por lo tanto, considérelos al agregar toques finales y tratamientos superficiales al material al final. 

Costo de manufactura

Considere el costo de fabricar los engranajes. Puede depender del proceso, como por ejemplo diseño CAD, Mecanizado de torno CNCg, o moldeo por inyección. Asegúrese de que el proceso de fabricación cumpla con los requisitos reglamentarios. Incluya el costo de las materias primas y los toques finales para obtener la estimación correcta. 

Tenga en cuenta que el precio de los diseños de engranajes personalizados será mayor. Si se está asociando con una empresa de fabricación, solicite cotizaciones para pedidos al por mayor, incluso para diseños personalizados. 

Transmisión de movimiento

El movimiento de los dientes del engranaje debe considerarse en los componentes del diseño. La transmisión de engranajes incluye torque, fricción y fuerza aplicada en diferentes ejes. Las diferentes formas de los engranajes, como los helicoidales y no circulares, impactan la dirección y el impacto de la velocidad del sistema. 

Terminando

Ahora ya sabes todo sobre los tipos de engranajes más comunes. Los tipos más utilizados son los engranajes rectos y cónicos. Se utilizan en automóviles, cintas transportadoras y relojes. Algunos engranajes como las cajas de engranajes planetarios y de piñón y cremallera son eficientes; por tanto, se utilizan para máquinas pesadas. 

El mejor equipo para un sistema se puede determinar considerando las funciones y los materiales. Una vez finalizado el diseño CAD, el proceso de fabricación CNC garantizará la precisión. Asóciese con  HiTop Diseño industrial y Profesionales CNC para producir equipos de alta calidad.

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