Elementos de Máquinas I

Asignatura: Elementos de Máquinas I

Curso: 6° año Mecánica

Profesor: Roberto Ariel Lauritto

Actividades: Leer el texto antes de comenzar a responder.

1) ¿Qué tipos de engranajes existen? ¿En qué se aplican?

2) ¿Cómo se pueden clasificar según sus ejes paralelos y según sus ejes perpendiculares?

3) ¿Qué materiales se utilizan para su construcción?

4) ¿Qué aplicaciones y utilidades tienen los engranajes?

5)  ¿Cómo y donde encontrar los tipos de engranajes adecuados?

Tipos de engranajes y sus aplicaciones

Aeronáutica, minería, cadenas de fabricación del sector de la automoción, industria farmacéutica, textil… los sectores y ámbitos en los que se pueden encontrar máquinas que utilizan distintos tipos de engranajes son abundantes.

La progresiva sustitución de las antiguas correas y las poleas por engranajes se debe al mayor rendimiento que estos transmiten.

Los engranes, que basan su funcionamiento básico en el acople entre una corona y un piñón como ruedas dentadas, se fabrican en varios materiales y con varios anchos de diente, ancho de cara, circunferencia de cabeza y paso circular.

Tipos de engranajes en el mercado

A continuación vamos a ver varias divisiones que se pueden hacer de los distintos tipos de engranajes que más se emplean hoy día.

Según sus dientes: ejes paralelos y ejes perpendiculares

La principal distinción de los tipos de engranajes disponibles en el mercado se  hace según la posición y forma de sus dientes. De este modo, se dividen entre entranajes de ejes paralelos y ejes perpendiculares.

Engranajes de ejes paralelos

• Engranajes cilíndricos de dientes rectos. Generan cargas de reacción radiales en el eje y transmiten la potencia a través de ejes paralelos. Este tipo de engranaje es el más sencillo y suele emplearse para velocidades pequeñas y medias, ya que genera ruido cuando aumenta su velocidad.
• Engranajes cilíndricos de dientes helicoidales. El traslado de la potencia se produce del mismo modo que en el anterior tipo de engranaje, pero ahora los ejes pueden ser perpendiculares (sinfín-corona) o paralelos. Su dentado es oblicuo en relación al eje de rotación y trasladan mayor movimiento y a más velocidad que los engranajes cilíndricos rectos. Son más fluidos y silenciosos, pero a cambio requieren un mayor engrase y se desgastan más.
• Engranajes doble helicoidales o ‘engranajes de espina’. Combinan la hélice derecha e izquierda. Una rama simétrica genera un empuje opuesto e igual. Eliminan el empuje axial, lo que provoca que cojinetes y apoyos ya no tengan que absorberlo.

Entre los engranajes de ejes paralelos se encuentran los cilíndricos de dientes rectos, de dientes helicoidales y los engranajes doble helicoidales

Engranajes de ejes perpendiculares

• Helicoidales cruzados. Realizan un movimiento de cuña o de tornillo, lo que da lugar a un alto grado de deslizamiento en los flancos del diente. De montaje sencillo, deben presentar los mismos pasos diametrales normales para que el engrane sea el adecuado. Pueden ir en el mismo sentido o en el opuesto.
• Cónicos de dientes rectos. Poco usados ya, transmiten el movimiento de ejes que se cortan en un mismo plano, habitualmente en ángulo recto, por medio de superficies cónicas dentadas. Los dientes convergen en la intersección de los ejes. Suelen usarse para aminorar la velocidad con ejes colocados en posición de 90 grados y son ruidosos.
• Cónicos de dientes helicoidales. Su superficie de contacto es más grande en comparación con la de los engranajes cónicos de dientes rectos. Pueden transmitir el movimiento de ejes que se corten y se usan para rebajar la velocidad en ejes de 90 grados.
• Cónicos hipoides. Su piñón de ataque está descentrado en relación con el eje de la corona. Destacan por su larga vida útil y el escaso ruido que generan, aunque requieren aceites de extrema presión. Se emplean en embarcaciones y máquinas industriales.
• Helicoidales de rueda y tornillo sinfín. Cuentan con un tornillo sinfín, que funciona como conductor, y una corona, conducida por este. El tornillo mueve la corona con su giro. Aunque su ángulo entre ejes más común es de 90 grados, puede se diferente.

Tipos de engranajes para aplicaciones especiales

• Interiores o anulares. Son similares al engranaje recto, aunque sus dientes no están tallados en el exterior, sino en la parte interior de una rueda o de un anillo con reborde. Un piñón impulsa los engranajes interiores y mantiene el sentido de la velocidad angular.
• Planetarios. Llamados también epicicloidales, se trata de un tren de engranajes en el que uno central tiene a su alrededor uno o varios engranes externos. Se suelen emplear para las transmisiones de los automóviles.
• De cremallera. Empleados en los tornos para el desplazamiento del carro longitudinal, no ejercen una relación de transmisión, sino de longitud. En su caso se habla de distancia entre ejes, ya que la cremallera entra dentro de la categoría de engranajes de diámetro infinito.  

Qué materiales se emplean para fabricar engranajes

El acero sometido a un tratamiento de templado es uno de los materiales más comunes para los distintos tipos de engranajes, también es común el uso de aluminio. Otros materiales empleados son:

• Aceros de alta resistencia
• Aceros inoxidables forjados
• Aleaciones a base de cobre
• Aleaciones de aluminio fundidas o forjadas
• Hierro fundido o fundición gris
• Aleaciones de magnesio

En cuanto a los plásticos, que cuentan con propiedades autoextinguibles, destacan el policarbonato (PC), la poliamida o el PVC, así como las resinas acetálicas. Mientras, entre los no combustibles, los más utilizados son la polieteretercetona PEEK, el politetrafluoroetileno (PTFE) y los polímeros de cristal líquido (LCP).  

Aplicaciones y utilidades de los engranes

Los distintos tipos de engranajes están presentes en numerosos sectores, como:

• El agrícola, en el que juegan un papel clave para desarrollar labores mecanizadas, como la siembra, el arado o el riego, así como en los propios tractores.
• En el ámbito automovilístico, sus función suele ser la de actuar como transmisores de fuerzas y regular la velocidad.
• En cuanto a vehículos navales, los engranajes operan en barcos de pesca, submarinos, en embarcaciones de trabajo o yates.
• En energía eólica, los engranajes aumentan la velocidad de los generadores, función que aprovechan también las industrias fabricantes de cemento. Los molinos de rodillos se emplean para el transporte de losas y para laminadores de alambre.

Existen, además cuatro aplicaciones de los engranajes especialmente representativas y utilizadas en infinidad de sectores y ámbitos:

1. Bomba hidráulica

Transforma la energía mecánica rotatoria en energía hidráulica. Se compone de un par de engranajes acoplados y cuenta con el eje conducido y con el conductor, que es el accionado por el eje del motor.

Este, por el desplazamiento a que da lugar el contacto entre los dientes de los engranajes, hace girar al eje conducido.

2. Reductor de velocidad

Emplean pares de engranajes circulares y dentados para rebajar la velocidad del motor de forma eficaz y segura. Además usan engranajes con diámetros muy diferentes, para reducir la velocidad de giro.

3. Diferencial

Muy utilizado en el sector automovilístico, facilita que, en las curvas, las dos ruedas motrices de un vehículo puedan girar a distinta velocidad que las demás.

El diferencial está formado por dos engranes planetarios unidos a los extremos de los semiejes de las ruedas, y otros dos satélites o piñones cónicos situados en los extremos de su eje porta satélites.

4. Caja de velocidades

Acopla el motor con el sistema de transmisión con diferentes relaciones de engranajes. Además reduce el número de revoluciones del motor.

Unos rodamientos de bolas soportan los ejes del cambio. Se acopla  al volante de inercia del motor a través del embrague o del convertidor de par.

Cómo y dónde encontrar los tipos de engranajes adecuados

Elegir el tipo de engranaje adecuado es fundamental para evitar paros y costosas reparaciones en cualquier ámbito industrial.

La eficacia de estos mecanismos está determinada por varios factores, como el diseño, la fuerza de contacto, la resistencia a la flexión o la vibración que se genera por los diversos acoplamientos entre los engranes.

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