Engranes

ENGRANES

Concepto

Engrane de una manera fácil y sencilla de entender sin necesidad de dar un concepto técnico es: se le denomina engranaje o ruedas dentadas al mecanismo utilizado para transmitir potencia de un componente a otro dentro de una máquina.

Historia de los Engranes

Uno de los problemas principales de la Ingeniería Mecánica es la transmisión de movimiento,  entre un conjunto motor y  máquinas conducidas. Desde épocas muy remotas se han utilizado cuerdas y elementos fabricados de madera para solucionar los problemas de transporte, impulsión, elevación y movimiento.  El inventor de los engranajes en todas sus formas fue Leonardo da Vinci, quien a su muerte en la Francia de 1519, dejó para nosotros sus valiosos dibujos y esquemas de muchas de los mecanismos que hoy utilizamos diariamente. La forma más básica de un engrane es una pareja de ruedas, una de ellas provistas de barras cilíndricas y la otra formada por dos ruedas unidas por barras cilíndricas. En la figura se aprecia un mecanismo para repeler ataques enemigos, consiste de aspas al nivel del techo movidas por un eje vertical, unido a un "engranaje”, el movimiento lo producen soldados que giran una rueda a nivel del piso y provocando que los enemigos que han alcanzado el techo sean expulsados. En este mecanismo se muestra la transmisión entre dos ejes paralelos, uno de ellos es el eje motor y el otro el eje conducido. Leonardo se dedica mucho a la creación de máquinas de guerra para la defensa y el ataque, sus materiales son madera, hierro y  cuerdas las que se elaboran en forma rudimentaria, pero sus esquemas e invenciones trascienden el tiempo y nos enseñan las múltiples alternativas que nos brindan mecanismos básicos de palancas, engranes y poleas unidas entre sí en una máquina cuyo diseño geométrico es notable. En la segunda figura se puede apreciar la transmisión trasera para un carro, el eje vertical mueve el "engrane" que impulsa las ruedas hacia adelante o atrás. En este mecanismo los ejes están  perpendiculares entre sí. Se puede deducir que la posición entre los ejes es de gran importancia al diseñar la transmisión. Las situaciones son principalmente tres: ejes paralelos, ejes que se cortan y ejes que se cruzan. Un ejemplo de esta última situación se aprecia en la figura, en donde una manivela mueve un elemento que llamaremos tornillo sin fin el que a su vez mueve la rueda unida a él. En este caso, el mecanismo se utiliza como tecle para subir  un balde. Los ejes se encuentran en una posición ortogonal, o sea, se cruzan a 90 grados.

Métodos de Fabricación de Engranes

El proceso de fabricación está basado en la generación del diente del engranaje a partir del diámetro exterior del mismo. El formado de los dientes del engranaje se realiza por varios procedimientos. En los que principalmente se encuentran los siguientes:

Ø  Colado de arena: que es aquel en el que se funden los materiales y se coloca en un molde con la forma ya deseada de el objeto a obtener, El proceso tradicional es la fundición en arena, por ser ésta un material refractario muy abundante en la naturaleza y que, mezclada con arcilla, adquiere cohesión y moldeabilidad sin perder la permeabilidad que posibilita evacuar los gases del molde al tiempo que se vierte el metal fundido

Ø Fundición por Revestimiento: se usa un modelo hecho de cera, el material del molde es de yeso. El proceso consiste en recubrir el modelo con yeso que luego al ser calentado solo queda el caparazón de yeso. Se utiliza para la elaboración de piezas pequeñas a gran presión, piezas dentales como los engranes principalmente pero también como levas, válvulas, trinquetes, entre algunos.

Ø Moldeo por Colado Continuo: Este método consiste  en vaciar continuamente el metal fundido en el interior de u molde, el cual tiene las facilidades para enfriar rápidamente el metal hasta el punto de solidificación, y enseguida extraerlo del molde, este es un método utilizado por su rapidez pero desgraciadamente no maneja tanta precisión.

Ø  Fundición Centrifuga: La fundición centrifuga es el proceso de hacer girar el molde mientras se solidifica el metal, utilizando así la fuerza centrifuga para acomodar el metal en el molde. Se obtienen mayores detalles sobre la superficie de la pieza y la estructura densa del metal adquiere propiedades físicas superiores. Las piezas de forma simétricas se prestan particularmente para este método, aun cuando se pueden producir otros muchos tipos de piezas fundidas.

Como los engranajes son unos mecanismos que se incorporan en la mayoría de máquinas que se construyen y especialmente en todas las que llevan incorporados motores térmicos o eléctricos, hace necesario que cada día se tengan que mecanizar millones de engranajes diferentes, y por lo tanto el nivel tecnológico que se ha alcanzado para mecanizar engranajes es muy elevado tanto en las máquinas que se utilizan como en las herramientas de corte que los conforman. Antes de proceder al mecanizado de los dientes los engranajes han pasado por otras máquinas herramientas tales como tornos o fresadoras donde se les ha mecanizado todas sus dimensiones exteriores y agujeros si los tienen, dejando los excedentes necesarios en caso de que tengan que recibir tratamiento térmico y posterior mecanizado de alguna de sus zonas. El mecanizado de los dientes de los engranajes a nivel industrial se realizan en máquinas talladoras construidas ex-profeso para este fin, llamadas fresas madres.

Tipos De Engranes Y Sus Características

Engranajes cónicos de dientes rectos: Efectúan la transmisión de movimiento de ejes que se cortan en un mismo plano, generalmente en ángulo recto aunque no es el único ángulo pues puede variar dicho ángulo como por ejemplo 45, 60, 70, etc., por medio de superficies cónicas dentadas. Los dientes convergen en el punto de intersección de los ejes. Son utilizados para efectuar reducción de velocidad con ejes en 90.

Engranaje cónico helicoidal: Se utilizan para reducir la velocidad en un eje de 90°. La diferencia con el cónico recto es que posee una mayor superficie de contacto. Es de un funcionamiento relativamente silencioso. Además pueden transmitir el movimiento de ejes que se corten. Los datos constructivos de estos engranajes se encuentran en prontuarios técnicos de mecanizado.

Engranaje cónico hipoide: Un engranaje hipoide es un grupo de engranajes cónicos helicoidales formados por un piñón reductor de pocos dientes y una rueda de muchos dientes, que se instala principalmente en los vehículos industriales que tienen la tracción en los ejes traseros. Tiene la ventaja de ser muy adecuado para las carrocerías de tipo bajo, ganando así mucha estabilidad el vehículo. Por otra parte la disposición helicoidal del dentado permite un mayor contacto de los dientes del piñón con los de la corona, obteniéndose mayor robustez en la transmisión.

Aplicación de los engranajes

Son tan numerosos como variadas y las más de las veces no se limitan a un par de ruedas, sino a combinaciones más numerosas, en forma de tren de engranajes. El funcionamiento de un tren de engranajes es de la manera siguiente:

Ø  (1) arrastra una rueda mayor

Ø   (2) en cuyo mismo eje va calado otro piñón

Ø   (3) que, a su vez, ataca a otra rueda

Ø   (4) y así sucesivamente, el número de revoluciones disminuye según la fórmula inserta más arriba

Pero si ese mismo tren funciona al revés, siendo la rueda 4 motriz y transmitiéndose el movimiento de las ruedas a los piñones, la velocidad transmitida en 4 quedará multiplicada en 1 en las mismas proporciones. Las ruedas pares giran en sentido contrario al del eje del motor y las impares en el mismo sentido que éste. Es posible, no obstante, transmitir el movimiento sin cambio de su sentido adoptando una rueda conducida de engranaje interno, o sea, en forma de corona que lleva tallados los dientes en la superficie interior de la llanta.

Tipos de Maquinas que son utilizadas para la fabricación de engranes

Ø  Dentadoras Pfauter: Para tallar engranajes cilíndricos, rectos o helicoidales y coronas.

Ø  Dentadoras - Mortajadoras Fellows: Para tallar engranajes cilíndricos, rectos o helicoidales, con dentado exterior o interior.

Ø  Dentadoras - Mortajadoras Maag: Para tallar engranajes cilíndricos, rectos o helicoidales, con dentado exterior.

Ø  Dentadoras Bilgram: Para tallar engranajes cónicos rectos.

Ø  Dentadoras Gleason: Para tallar engranajes cónicos helicoidales o espiroidales.

Ø  Afeitadoras Fellows y rectificadoras Maag: Para el acabado de los flancos de los dientes o helicoidales de engranajes exteriores.

Imágenes de Engranes: