Engrenaxe

Denomínase engrenaxe ou roda dentada ao mecanismo utilizado para transmitir potencia dun compoñente a outro dentro dunha máquina. As engrenaxes están formadas por dúas rodas dentadas, das cales a maior se denomina coroa e a menor piñón. Unha engrenaxe serve para transmitir movemento circular mediante contacto de rodas dentadas. Unha das aplicacións máis importantes das engrenaxes é a transmisión do movemento desde o eixo dunha fonte de enerxía, como pode ser un motor de combustión interna ou un motor eléctrico, ata outro eixo situado a certa distancia e que ha de realizar un traballo. De maneira que unha das rodas está conectada pola fonte de enerxía e é coñecida como engrenaxe motora, e a outra está conectada ao eixo que debe recibir o movemento do eixo motor e que se denomina engrenaxe conducida. Se o sistema está composto de máis dun par de rodas dentadas, denomínase tren de engrenaxes.

Animación de dúas engrenaxes. Piñón e coroa

Engrenaxes artesanais de máquina téxtil. Museo de Tarrasa Barcelona.

A principal vantaxe que teñen as transmisións por engrenaxe respecto da transmisión por poleas é que non patinan como as poleas, co que se obtén exactitude na relación de transmisión.

Historia

Mecanismo de Anticitera.

Desde épocas moi remotas utilizáronse cordas e elementos fabricados en madeira para solucionar os problemas de transporte, impulso, elevación e movemento. Ninguén sabe de certo onde nin cando se inventaron as engrenaxes. A literatura da antiga China, Grecia, Turquía e Damasco mencionan engrenaxes pero non achegan moitos detalles destas.

O mecanismo de engrenaxes máis antigo de cuxos restos dispoñemos é o mecanismo de Anticitera. Trátase dunha calculadora astronómica datada entre os anos 150 e 100 a. C. e composta polo menos por 30 engrenaxes de bronce con dentes triangulares. Presenta características tecnolóxicas avanzadas por exemplo trens de engrenaxes epicicloidais que, ata o descubrimento deste mecanismo, críanse inventados no século XIX. Por citas de Cicerón sábese que o de Anticitera non foi un exemplo illado senón que existiron polo menos outros dous mecanismos similares nesa época, construídos por Arquímedes e por Posidonio. Doutra banda, a Arquimedes adóitaselle considerar un dos inventores das engrenaxes porque deseñou un parafuso sen fin.

Transmisión antiga.

Na China tamén se conservaron exemplos moi antigos de máquinas con engrenaxes. Un exemplo é o chamado "carro que apunta cara ao sur" (120-250 d. C.), un enxeñoso mecanismo que mantiña o brazo dunha figura humana apuntando sempre cara ao sur grazas ao uso de engrenaxes diferenciais epicicloidais. Algo anteriores, de ao redor de 50 d.C., son as engrenaxes helicoidais talladas en madeira e achadas nunha tumba real na cidade chinesa de Shaanxi.

Non está claro como se transmitiu a tecnoloxía das engrenaxes nos séculos seguintes. É posible que o coñecemento da época do mecanismo de Anticitera sobrevivise e, co florecemento da cultura do islam os séculos XI-XIII e os seus traballos en astronomía, fóra a base que permitiu que volvesen fabricarse calculadoras astronómicas. Nos inicios do Renacemento esta tecnoloxía utilizouse en Europa para o desenvolvemento de sofisticados reloxos, na maioría dos casos destinados a edificios públicos como catedrais.

Engrenaxe helicoidal de Leonardo da Vinci.

Leonardo da Vinci, nado na República de Florencia en 1452 e morto en Francia en 1519, deixou numerosos debuxos e esquemas dalgúns dos mecanismos utilizados hoxe diariamente, incluído varios tipos de engrenaxes de tipo helicoidal.

Os primeiros datos que existen sobre a transmisión de rotación con velocidade angular uniforme por medio de engrenaxes, corresponden ao ano 1674, cando o famoso astrónomo danés Ole Rømer (1644-1710) propuxo a forma ou perfil do dente en epicicloide.

Robert Willis (1800-1875), considerado un dos primeiros enxeñeiros mecánicos, foi o que obtivo a primeira aplicación práctica da epicicloide ao empregala na construción dunha serie de engrenaxes intercambiables. Do mesmo xeito, dos primeiros matemáticos foi a idea do emprego da evolvente de círculo no perfil do dente, pero tamén se deben a Willis as realizacións prácticas. A Willis débeselle a creación do odontógrafo, aparello que serve para o trazado simplificado do perfil do dente de evolvente.

Engrenaxes especiais do museo Parque das Ciencias de Granada.

É moi posible que fose o francés Phillipe de Lahire o primeiro en concibir o dente de perfil en evolvente en 1695, moi pouco tempo despois de que Roemer concibise o epicicloidal.

A primeira aplicación práctica do dente en evolvente foi debida ao suízo Leonhard Euler (1707). En 1856, Christian Schiele descubriu o sistema de fresado de engrenaxes rectas por medio da fresa nai, pero o procedemento non se levaría á práctica ata 1887, a base da patente Grant.

En 1874, o norteamericano William Gleason inventou a primeira fresadora de engrenaxes cónicas e grazas á acción dos seus fillos, especialmente a súa filla Kate Gleason (1865-1933), converteu á súa empresa Gleason Works, radicada en Rochester (Nova York, EUA) nunha dos fabricantes de máquinas ferramentas máis importantes do mundo.

En 1897, o inventor alemán Robert Hermann Pfauter (1885-1914), inventou e patentou unha máquina universal de dentar engrenaxes rectas e helicoidais por fresa nai. Por mor deste invento e outros moitos inventos e aplicacións que realizou sobre o mecanizado de engrenaxes, fundou a empresa Pfauter Company que, co paso do tempo, converteuse nunha multinacional fabricante de todo tipo de máquinas-ferramentas.

En 1906, o enxeñeiro e empresario alemán Friedrich Wilhelm Lorenz (1842-1924) especializouse en crear maquinaria e equipos de mecanizado de engrenaxes e en 1906 fabricou unha talladora de engrenaxes capaz de mecanizar os dentes dunha roda de 6 m de diámetro, módulo 100 e unha lonxitude do dentado de 1,5 m.

A finais do século XIX, coincidindo coa época dourada do desenvolvemento das engrenaxes, o inventor e fundador da empresa Fellows Gear Shaper Company, Edwin R. Fellows (1846-1945), inventou un método revolucionario para mecanizar parafusos sen fin glóbicos tal como os que se montaban nas caixas de dirección dos vehículos antes de que fosen hidráulicos.

En 1905, M. Chambon, de Lión (Francia), foi o creador da máquina para o dentado de engrenaxes cónicas por procedemento de fresa nai. Aproximadamente por esas datas André Citroën inventou as engrenaxes helicoidais dobres.

Tipos de engrenaxes

A principal clasificación das engrenaxes efectúase segundo a disposición dos seus eixos de rotación e segundo os tipos de dentado. Segundo estes criterios existen os seguintes tipos de engrenaxes:

Píñón recto de 18 dentes

Eixos paralelos:

• Cilíndricas de dentes rectos.
• Cilíndricas de dentes helicoidais.
• Dobre helicoidais.

Eixos perpendiculares:

• Helicoidais cruzados.
• Cónicas de dentes rectos
• Cónicas de dentes helicoidais.
• Cónicas hipoides.
• De roda e parafuso infinidade.

Por aplicacións especiais:

• Planetarias.
• Interiores.
• De cremalleira.

Pola forma de transmitir o movemento:

• Transmisión simple.
• Transmisión con engrenaxe tola.
• Transmisión composta. Tren de engrenaxes.

Transmisión mediante cadea ou polea dentada:

• Mecanismo piñón cadea.
• Polea dentada.

Características que definen unha engrenaxe de dentes rectos

Representación das características dunha engrenaxe.

As engrenaxes cilíndricas rectas son o tipo de engrenaxe máis simple e corrente que existe. Utilízanse xeralmente para velocidades pequenas e medias; a grandes velocidades, se non son rectificadas, ou foi corrixido o seu tallado, producen ruído cuxo nivel depende da velocidade de xiro que teñan.

• Dente dunha engrenaxe: son os que realizan o esforzo de pulo e transmiten a potencia desde os eixos motrices aos eixos conducidos. O perfil do dente, ou sexa a forma dos seus flancos, está constituído por dúas curvas evolventes de círculo, simétricas respecto ao eixo que pasa polo centro do mesmo.
• Módulo: o módulo dunha engrenaxe é unha característica de magnitude que se define como a relación entre a medida do diámetro primitivo expresado en milímetros e o número de dentes. Nos países anglosaxóns emprégase outra característica chamada Diametral Pitch, que é inversamente proporcional ao módulo. O valor do módulo fíxase mediante cálculo de resistencia de materiais en virtude da potencia a transmitir e en función da relación de transmisión que se estableza. O tamaño dos dentes está normalizado. O módulo está indicado por números. Dúas engrenaxes que engrenen teñen que ter o mesmo módulo.
• Circunferencia primitiva: é a circunferencia ao longo da cal engrenan os dentes. Con relación á circunferencia primitiva determínanse todas as características que definen os diferentes elementos dos dentes das engrenaxes.
• Paso circular: é a lonxitude da circunferencia primitiva correspondente a un dente e un van consecutivos.

Elementos dunha engrenaxe.

• Espesor do dente: é o grosor do dente na zona de contacto, ou sexa, do diámetro primitivo.
• Número de dentes: é o número de dentes que ten a engrenaxe. Simbolízase como ($(Z)$). É fundamental para calcular a relación de transmisión. O número de dentes dunha engrenaxe non debe estar por baixo de 18 dentes cando o ángulo de presión é 20º nin por baixo de 12 dentes cando o ángulo de presión é de 25 º.
• Diámetro exterior: é o diámetro da circunferencia que limita a parte exterior da engrenaxe.
• Diámetro interior: é o diámetro da circunferencia que limita o pé do dente.
• Pé do dente: tamén se coñece co nome de dedendum. É a parte do dente comprendida entre a circunferencia interior e a circunferencia primitiva.
• Cabeza do dente: tamén se coñece co nome de adendum. É a parte do dente comprendida entre o diámetro exterior e o diámetro primitivo.
• Flanco: é a cara interior do dente, é a súa zona de rozamento.
• Altura do dente: é a suma da altura da cabeza (adendum) máis a altura do pé (dedendum).
• Angulo de presión: o que forma a liña de acción coa tanxente á circunferencia de paso, φふぁい (20 ou 25 º son os ángulos normalizados).
• Longo do dente: é a lonxitude que ten o dente da engrenaxe.
• Distancia entre o centro de dúas engrenaxes: é a distancia que hai entre os centros das circunferencias das engrenaxes.
• Relación de transmisión: é a relación de xiro que existe entre o piñón condutor e a roda conducida. A R_t pode ser redutora de velocidade ou multiplicadora de velocidade. A relación de transmisión recomendada tanto en caso de redución como de multiplicación depende da velocidade que teña a transmisión cos datos orientativos que se indican:

Velocidade lenta: $(R_{t}={\frac {1}{10}})$

Velocidade normal : $(R_{t}={\frac {1}{7}}-{\frac {1}{6}})$

Velocidade elevada: $(R_{t}={\frac {1}{4}}-{\frac {1}{2}})$

Hai dous tipos de engrenaxes, as chamados de dente normal e as de dente curto, cuxa altura é máis pequena que o considerado como dente normal. Nas engrenaxes de dente curto, a cabeza do dente vale ($0,75\cdot M$), e a altura do pé do dente vale ($M$) sendo o valor da altura total do dente ($1,75\cdot M$)

Fórmulas construtivas das engrenaxes rectas

Diámetro primitivo: $D_{p}=Z\cdot M$

Módulo: $M={\frac {D_{p}}{Z}}$

Paso circular: $P_{c}=\pi \cdot M$

Número de dentes: $Z={\frac {D_{p}}{M}}$

Diámetro exterior: $D_{e}=D_{p}+2\cdot M$

Espesor do dente: $E={\frac {P_{c}}{2}}$

Diámetro interior: $D_{i}=D_{p}-2,50\cdot M$

Pé do dente: $1,25\cdot M$

Cabeza do dente: $M$

Altura do dente: $(2,25\cdot M)$

Distancia entre centros: ${\frac {(D_{p}+d_{p})}{2}}$

Ecuación xeral de transmisión: $N\cdot Z=n\cdot z$

Involuta do círculo base

Para o movemento que se transmite entre un par de engrenes, supoñense dous rodetes en contacto, onde non hai deslizamento, ao diámetro destes rodetes coñéceselles como diámetro primitivo (dp) e ao círculo que se constrúe con dp coñéceselle como círculo primitivo. Cun dente de engrene preténdese prolongar a acción dos rodetes, e é por esa razón que o perfil que os describe é unha involuta. Para o debuxado da involuta é necesario definir primeiro o círculo base (ver fig.).

Debuxado da liña de contacto e o círculo base a partir do círculo primitivo

i.- A partir do círculo primitivo Cp, no cuadrante superior trázase unha recta horizontal tanxente ao círculo obténdose o punto A.

ii.- Logo, pasando polo punto A trázase a recta da liña de contacto do ángulo Ψぷさい (de presión).

iii.- Seguidamente constrúese o círculo base concéntrico ao círculo primitivo tanxente á liña de contacto, a cal foi debuxada empregando o ángulo de presión Ψぷさい, obténdose así o punto B e o radio base rb (segmento OB).

Debuxado da involuta do círculo base

Para debuxar a involuta (ver sig. fig.).

i.- Debe trazarse un radio do círculo base a un ángulo θしーた respecto ao eixo x, obténdose así o punto B.

ii.- Logo debuxamos unha recta tanxente ao círculo base a partir do punto B e de lonxitude igual ao arco AB, onde A é o punto de intersección do círculo base co eixo x. obteremos entón un punto (x,y) que pertence ao lugar xeométrico da involuta do círculo base.

iii.-Se repetimos o procedemento anterior tres veces para distintos θしーた e unimos os puntos (x,y) obtidos empregando modelos curvos, apreciaremos un bosquexo similar ao mostrado na figura do lado.

As ecuacións paramétricas que modelan o lugar xeométrico da involuta do círculo base poden expresarse como:

$x=r_{b}\cdot \cos(\theta )+r_{b}\cdot \theta \cdot \sin(\theta )$

$y=r_{b}\cdot \sin(\theta )-r_{b}\cdot \theta \cdot \cos(\theta )$

Engrenaxes cilíndricas de dentes helicoidais

Engrenaxe helicoidal

As engrenaxes cilíndricas de dentado helicoidal están caracterizadas polo seu dentado oblicuo con relación ao eixo de rotación. Nestas engrenaxes o movemento transmítese do mesmo xeito que nos cilíndricos de dentado recto, pero con maiores vantaxes. Os eixos das engrenaxes helicoidais poden ser paralelos ou cruzarse, xeralmente a 90 º. Para eliminar o pulo axial o dentado pode facerse dobre helicoidal.

As engrenaxes helicoidais teñen a vantaxe que transmiten máis potencia que as rectos, e tamén poden transmitir máis velocidade, son máis silenciosas e máis duradeiras; ademais, poden transmitir o movemento de eixos que se corten. Dos seus inconvenientes pódese dicir que se desgastan máis que os rectos, son máis caros de fabricar e necesitan xeralmente máis engraxe que os rectos.

O máis característico dunha engrenaxe cilíndrica helicoidal é a hélice que forma, sendo considerada a hélice como o avance dunha volta completa do diámetro primitivo da engrenaxe. Desta hélice deriva o ángulo βべーた que forma o dentado co eixo axial. Este ángulo ten que ser igual para as dúas rodas que engrenan pero de orientación contraria, ou sexa: un a dereita e o outro a esquerda. O seu valor establécese a priori de acordo coa velocidade que teña a transmisión, os datos orientativos deste ángulo son os seguintes:

Velocidade lenta: βべーた = (5 º - 10 º)

Velocidade normal: βべーた = (15 º - 25 º)

Velocidade elevada: βべーた = 30 º

As relacións de transmisión que se aconsellan son máis ou menos parecidas ás das engrenaxes rectas.

Fórmulas construtivas das engrenaxes helicoidais cilíndricas

Xogo de engrenaxes helicoidais

Como consecuencia da hélice que teñen as engrenaxes helicoidais o seu proceso de tallado é diferente ao dunha engrenaxe recta, porque se necesita dunha transmisión cinemática que faga posible conseguir a hélice requirida. Algúns datos dimensionais destas engrenaxes son diferentes dos das rectas.

Diámetro exterior : $D_{e}=M_{n}\cdot {\frac {Z}{cos\beta }}+2\cdot M_{n}=D_{p}+2\cdot M_{n}$

Diámetro primitivo : $D_{p}=M_{n}\cdot {\frac {Z}{cos\beta }}=P_{c}\cdot {\frac {Z}{\pi }}=M_{c}\cdot Z$

Módulo normal ou real: $M_{n}=D_{p}\cdot {\frac {cos\beta }{Z}}={\frac {P_{n}}{\pi }}=D_{p}\cdot {\frac {cos\beta }{Z}}$

Paso normal ou real: $P_{n}=\pi \cdot M_{n}=P_{c}\cdot cos\beta$

Angulo da hélice : $tg\beta =\pi \cdot {\frac {D_{p}}{H}}\cdot cos\beta ={\frac {M_{n}}{M_{a}}}$

Paso da hélice : $H=\pi \cdot D_{p}\cdot cotg\beta$

Módulo circular ou aparente: $M_{c}={\frac {D_{p}}{Z}}={\frac {M_{n}}{cos\beta }}={\frac {P_{c}}{\pi }}$

Paso circular aparente: $P_{c}=\pi \cdot {\frac {D_{p}}{Z}}=M_{c}\cdot \pi ={\frac {P_{c}}{cos\beta }}$

Paso axial: $P_{x}={\frac {H}{Z}}={\frac {P_{n}}{sen\beta }}={\frac {P_{c}}{tg\beta }}$

Número de dentes: $Z={\frac {D_{p}}{M_{c}}}=D_{p}\cdot {\frac {cos\beta }{M_{n}}}$

Os demais datos tales como adendum, dedendum e distancia entre centros, son os mesmos valores que nas engrenaxes rectas.

Engrenaxes helicoidais dobres

Vehículo Citroën co logotipo de rodaxe de engrenaxes helicoidais dobres

As engrenaxes deste tipo foron inventadas polo fabricante de automóbiles francés André Citroën, e o obxectivo que conseguen é eliminar o pulo axial que teñen as engrenaxes helicoidais simples. Os dentes das dúas engrenaxes forman unha especie de V.

As engrenaxes dobres son unha combinación de hélice dereita e esquerda. O pulo axial que absorben os apoios ou chumaceiras das engrenaxes helicoidais é unha desvantaxe delas e esta elimínase pola reacción do pulo igual e oposto dunha rama simétrica dunha engrenaxe helicoidal dobre.

Unha engrenaxe de dobre hélice sofre unicamente a metade do erro de esvaramento que o dunha soa hélice ou da engrenaxe recta. Toda discusión relacionada coas engrenes helicoidais sinxelas (de eixos paralelos) é aplicable ás engrenaxes helicoidais dobres, exceptuando que o ángulo da hélice é xeralmente maior para as helicoidais dobres, posto que non hai pulo axial.

Co método inicial de fabricación, as engrenaxes dobres, coñecidas como engrenaxes de espiña, tiñan unha canle central para separar os dentes opostos, o que facilitaba o seu mecanizado. O desenvolvemento das máquinas talladoras mortalladoras por xeración, tipo Sykes, fai posible ter dentes continuos, sen o oco central.

Como curiosidade, a empresa Citroën adaptou no seu logotipo a pegada que produce a rodaxe das engrenaxes helicoidais dobres.

Engrenaxes cónicas

Engrenaxe cónica

Fabrícanse a partir dun tronco de cono, formándose os dentes por fresado da súa superficie exterior. Estes dentes poden ser rectos, helicoidais ou curvos. Esta familia de engrenaxes soluciona a transmisión entre eixos que se cortan e que se cruzan. Os datos de cálculos destas engrenaxes están en prontuarios específicos de mecanizado.

Engrenaxes cónicas de dentes rectos

Efectúan a transmisión de movemento de eixos que se cortan nun mesmo plano, xeralmente en ángulo recto, por medio de superficies cónicas dentadas. Os dentes converxen no punto de intersección dos eixos. Son utilizados para efectuar redución de velocidade con eixos en 90°. Estas engrenaxes xeran máis ruído que as engrenaxes cónicas helicoidais. Utilízanse en transmisións antigas e lentas. Hoxe en día úsanse moi pouco.

Engrenaxe cónica helicoidal

Utilízanse para reducir a velocidade nun eixo de 90°. A diferenza co cónico recto é que posúe unha maior superficie de contacto. É dun funcionamento relativamente silencioso. Ademais poden transmitir o movemento de eixos que se corten. Os datos construtivos destas engrenaxes atópanse en prontuarios técnicos de mecanizado. Mecanízanse en fresadoras especiais.

Engrenaxe cónica hipoide

Engrenaxe cónico hipoide

Unha engrenaxe hipoide é un grupo de engrenaxes cónicas helicoidais formadas por un piñón redutor de poucos dentes e unha roda de moitos dentes, que se instala principalmente nos vehículos industriais que teñen a tracción nos eixos traseiros. Ten a vantaxe de ser moi adecuado para as carrocerías de tipo baixo, gañando así moita estabilidade o vehículo. Por outra banda a disposición helicoidal do dentado permite un maior contacto dos dentes do piñón cos da coroa, obténdose maior robustez na transmisión. O seu mecanizado é moi complicado e utilízanse para iso máquinas talladoras especiais (Gleason)

Parafuso sen fin e coroa

Parafuso sen fin de montacargas

Artigo principal: Parafuso sen fin.

É un mecanismo deseñado para transmitir grandes esforzos, e como redutores de velocidade aumentando a potencia de transmisión. Xeralmente traballan en eixos que se cortan a 90 º.

Ten a desvantaxe de non ser reversible o sentido de xiro, sobre todo en grandes relacións de transmisión e de consumir en rozamento unha parte importante da potencia. Nas construcións de maior calidade a coroa está fabricada de bronce e o parafuso sen fin, de aceiro temperado coa fin de reducir o rozamento. Este mecanismo se transmite grandes esforzos é necesario que estea moi ben lubricado para matizar os desgastes por fricción.

O número de entradas dun parafuso sen fin adoita ser dunha a oito. Os datos de cálculo destas engrenaxes están en prontuarios de mecanizado.

Parafuso sen fin e coroa globosos

Parafuso sen fin e coroa globosa

Coa fin de converter o punto de contacto nunha liña de contacto e así distribuír mellor a forza a transmitir, adóitanse fabricar parafusos sen fin que engrenan cunha coroa globosa.

Outra forma de distribuír a forza a transmitir é utilizar como coroa unha roda helicoidal e facer o parafuso sen fin globoso, deste xeito conséguese aumentar o números de dentes que están en contacto.

Finalmente tamén se produce outra forma de axuste onde tanto o parafuso sen fin como a coroa teñen forma globosa conseguindo mellor contacto entre as superficies.

Mecanizado de coroas e parafusos sen fin

O mecanizado das coroas de engrenaxe de parafuso sen fin pódese realizar por medio de fresas normais ou por fresas nai. O diámetro da fresa debe coincidir co diámetro primitivo do parafuso sen fin coa que engrene se se desexa que o contacto sexa lineal. O mecanizado do parafuso sen fin pódese facer por medio de fresas bi-cónicas ou fresas frontais. Tamén se poden mecanizar no torno de xeito similar ao roscado dun parafuso.

Para o mecanizado de parafusos sen fin globosos utilízase o procedemento de xeración que teñen as máquinas Fellows.

Engrenaxes interiores

Mecanismo de engrenaxes interiores

As engrenaxes interiores ou anulares son variacións da engrenaxe recta nos que os dentes están tallados na parte interior dun anel ou dunha roda con reborde, en vez do exterior. As engrenaxes interiores adoitan ser impulsadas por un piñón, unha engrenaxe pequena con poucos dentes. Este tipo de engrenaxe mantén o sentido da velocidade angular. O tallado destas engrenaxes realízase mediante talladoras mortalladoras de xeración.

Mecanismo de cremalleira

Artigo principal: cremalleira.

Cremalleira

O mecanismo de cremalleira aplicado ás engrenaxes constitúeno unha barra con dentes a cal é considerada como unha engrenaxe de diámetro infinito e unha engrenaxe de dente recto de menor diámetro, e serve para transformar un movemento de rotación do piñón nun movemento lineal da cremalleira. Quizais a cremalleira máis coñecida sexa a que equipan os tornos para o desprazamento do carro lonxitudinal.

$v=(n*z*p)/60[m/s]$

n:velocidade angular. z:número de dentes da roda dentada. p:paso.

Engrenaxe tola ou intermedia

Detalle de engrenaxe intermedia tola

Nunha engrenaxe simple dun par de rodas dentadas, o eixo impulsor que se chama eixo motor ten un sentido de xiro contrario ao que ten o eixo conducido. Isto moitas veces nas máquinas non é conveniente que sexa así, porque é necesario que os dous eixos viren no mesmo sentido. Para conseguir este obxectivo intercalanse entre as dúas engrenaxes unha terceira engrenaxe que vira libre nun eixo, e que o único que fai é inverte-lo sentido de xiro do eixo conducido, porque a relación de transmisión non se altera en absoluto. Esta roda intermedia fai as veces de motora e conducida e polo tanto non altera a relación de transmisión. Un exemplo de roda ou piñón intermedio constitúeo o mecanismo de marcha atrás dos vehículos impulsados por motores de combustión interna, tamén montan engrenaxes tolas os trens de laminación de aceiro. Os piñóns planetarios dos mecanismos diferenciais tamén actúan como engrenaxes tolas intermedias.

Mecanismo piñón cadea

Artigo principal: Correa de distribución.

Elo dunha cadea

Este mecanismo é un método de transmisión moi utilizado porque permite transmitir un movemento xiratorio entre dous eixos paralelos, que estean bastante separados. É o mecanismo de transmisión que utilizan as bicicletas, motos, e en moitas máquinas e instalacións industriais. Tamén se emprega en substitución dos redutores de velocidade por poleas cando o importante sexa evitar o esvaramento entre a roda condutora e o mecanismo de transmisión (neste caso unha cadea).

O mecanismo consta dunha cadea sen fin (pechada) cuxos elos engrenan con rodas dentadas (piñóns) que están unidas aos eixos dos mecanismos condutor e conducido.

Xogo de piñóns de bicicleta

As cadeas empregadas nesta transmisión adoitan ter liberdade de movemento só nunha dirección e teñen que engrenar de xeito moi preciso cos dentes dos piñóns. As partes básicas das cadeas son: placa lateral, rodete e pasador. As rodas dentadas adoitan ser unha placa de aceiro sen cubo (aínda que tamén as hai de materiais plásticos).

Para a relación de transmisión valen as ecuacións das rodas dentadas

Vantaxes e inconvenientes

Este sistema achega beneficios substanciais respecto ao sistema correa-polea, pois ao empregar cadeas que engrenan nos dentes dos piñóns evítase o esvaramento que se producía entre a correa e a polea. Presenta a gran vantaxe de manter a relación de transmisión constante (pois non existe esvaramento) ata transmitindo grandes potencias entre os eixos (caso de motos e bicicletas), o que se traduce en maior eficiencia mecánica (mellor rendemento). Ademais, as cadeas non necesitan estar tan tensas como as correas, o que se traduce en menos avarías nos rodamentos dos piñóns.

Presenta o inconveniente de ser máis custoso, máis ruidoso e de funcionamento menos flexible, ao non permitir o investimento do sentido de xiro nin a transmisión entre eixos cruzados; ademais necesita unha lubricación (engraxe) adecuada.

Poleas dentadas

Transmisión por poleas dentadas

Para a transmisión entre dous eixos que estean separados a unha distancia onde non sexa económico ou tecnicamente posible montar unha transmisión por engrenaxes recórrese a unha montaxe con poleas dentadas que manteñen as mesmas propiedades que as engrenaxes é dicir, que evitan o patinamiento e manteñen exactitude na relación de transmisión.

Os datos máis importantes das poleas dentadas son:

Número de dentes, paso, e ancho da polea

O paso é a distancia entre os centros das rañuras e mídese no círculo de paso da polea. O círculo de paso da polea dentada coincide coa liña de paso da banda correspondente.

As poleas dentadas fabrícanse en diversos materiais tales como aluminio, aceiro e fundición.

As poleas dentadas normalizadas fabrícanse nos seguintes pasos en polgadas: MXL: Mini Extra Lixeiro (0.080"), XL: Extra Lixeiro (0.200"), L: Lixeiro (0.375"), H: Pesado (0.500"), XH: Extra Pesado (0.875") e XXH: Dobre Extra Pesado (1.250").

Os pasos métricos son os seguintes:

T2,5 (Paso 2,5 mm), T5 (Paso 5 mm), T10 (Paso 10mm) e T20 (Paso 20 mm).

Eixos estriados

Transmisión por eixos estriados

Denomínanse eixos estriados (splined shaft) aos eixos que se lles mecaniza unhas rañuras na zona que ten para axustarse cunha engrenaxe ou outros compoñentes para dar maior rixidez ao axuste que a que produce un simple chaveteiro. Estes eixos estriados non son en si unha engrenaxe pero a forma de mecanizalos é similar á que se utilizan para mecanizar engrenaxes e por iso forman parte deste artigo. Os eixos estriados axústanse aos buracos de engrenaxes ou outros compoñentes que foron mecanizados en brochadoras para que o axuste sexa adecuado. Este sistema de fixación é moi robusto. Utilízase en engrenaxes de caixas de velocidades e en palieres de transmisión. Hai unha norma que regula as dimensións e formato dos eixos estriados que é a norma DIN-5643.

Aplicacións das engrenaxes

Caixa de velocidades

Existe unha gran variedade de formas e tamaños de engrenaxes, desde os máis pequenos usados en reloxería e instrumentos científicos (alcánzase o módulo 0,05) aos de grandes dimensións, empregados, por exemplo, nas reducións de velocidade das turbinas de vapor dos buques, no accionamiento dos fornos e muíños das fábricas de cemento etc.

O campo de aplicación das engrenaxes é practicamente ilimitado. Atopámolos nas centrais de produción de enerxía eléctrica, hidroeléctrica e nos elementos de transporte terrestre: locomotoras, automotores, camións, automóbiles, transporte marítimo en buques de todas clases, avións, na industria siderúrxica: laminadores, transportadores etc., minas e estaleiros, fábricas de cemento, guindastres, montacargas, máquinas-ferramentas, maquinaria téxtil, de alimentación, de vestir e calzar, industria química e farmacéutica etc., ata os máis simples movementos de accionamento manual.

Toda esta gran variedade de aplicacións da engrenaxe pode dicirse que ten por única finalidade a transmisión da rotación ou xiro dun eixo a outro distinto, reducindo ou aumentando a velocidade do primeiro.

Algunhas engrenaxes coloridas e feitas de plástico son usadas nalgúns xoguetes educativos.

Bomba hidráulica

Artigo principal: Bomba (hidráulica).

Bomba hidráulica

Unha bomba hidráulica é un dispositivo tal que recibindo enerxía mecánica dunha fonte exterior transfórmaa nunha enerxía de presión transmisible dun lugar a outro dun sistema hidráulico a través dun líquido cuxas moléculas estean sometidas precisamente a esa presión. As bombas hidráulicas son os elementos encargados de impulsar o aceite ou líquido hidráulico, transformando a enerxía mecánica rotatoria en enerxía hidráulica.

Hai un tipo de bomba hidraúlica que leva no seu interior un par de engrenaxes de igual número de dentes que ao virar provocan que se produza a trasfega de aceites ou outros líquidos. Unha bomba hidráulica equípana todas as máquinas que teñan circuítos hidráulicos e todos os motores térmicos para lubricar as súas pezas móbiles.

Mecanismo diferencial

Artigo principal: Mecanismo diferencial.

Mecanismo diferencial

O mecanismo diferencial ten por obxecto permitir que cando o vehículo dea unha curva as súas rodas propulsoras poidan describir as súas respectivas traxectorias sen patinar sobre o chan. A necesidade deste dispositivo explícase polo feito de que ao dar unha curva o coche, as rodas interiores á estrada percorren un espazo menor que as situadas no lado exterior, posto que as primeiras describen unha circunferencia de menor radio que as segundas.

O mecanismo diferencial está constituído por unha serie de engrenaxes dispostas de tal xeito que permite ás dúas rodas motrices dos vehículos virar a velocidades distintas cando circulan por unha curva. Así, se o vehículo colle unha curva á dereita, as rodas interiores viran máis amodo que as exteriores, e os satélites atopan maior dificultade en mover o planetario do semieixe da dereita o que lles obriga a rotar ao redor do seu eixo facendo virar o planetario da esquerda a unha velocidade lixeiramente superior. Deste xeito provocan unha rotación máis rápida do semieixe e da roda motriz esquerda. O mecanismo diferencial está constituído por dous piñóns cónicos chamados planetarios, unidos aos extremos dos palieres das rodas e outros dous piñóns cónicos tolos chamados satélites montados na caixa porta satélites solidaria coa coroa e que se engrenan cos planetarios.

Unha variante do diferencial convencional está constituída polo diferencial auto-bloqueante que se instala opcionalmente nos vehículos todo-terreo para viaxar sobre xeo ou neve ou para coller as curvas a gran velocidade no caso dos automóbiles de competición.

Caixa de velocidades

Artigo principal: Caixa de cambios.

Eixo secundario de caixa de cambios

Nos vehículos, a caixa de cambios ou caixa de velocidades é o elemento encargado de axustar o motor e o sistema de transmisión con diferentes relacións de engrenaxes, de tal forma que a mesma velocidade de xiro do cegoñal pode converterse en distintas velocidades de xiro nas rodas. O resultado nas rodas de tracción xeralmente é a redución de velocidade de xiro e incremento do torque.

Os dentes das engrenaxes das caixas de cambio son helicoidais e os seus bordos están redondeados para non producir ruído ou rexeitamento cando se cambia de velocidade. A fabricación dos dentes das engrenaxes é moi coidada para que sexan de gran duración. Os eixos do cambio están soportados por rodamentos de bólas e todo o mecanismo está mergullado en aceite denso para manterse continuamente lubricado.

Redutores de velocidade

Mecanismo redutor básico.

O problema básico das máquinas é reducir a alta velocidade dos motores a unha velocidade utilizable polos equipos das máquinas. Ademais de reducir débense contemplar as posicións dos eixos de entrada e saída e a potencia mecánica a transmitir.

Para potencias baixas utilízanse moto-redutores que son equipos formados por un motor eléctrico e un conxunto redutor integrado.

Para potencias maiores utilízanse equipos redutores separados do motor. Os redutores consisten en pares de engrenaxes con gran diferenza de diámetros, desta forma a engrenaxe de menor diámetro debe dar moitas voltas para que o de diámetro maior dea unha volta, desta forma redúcese a velocidade de xiro. Para obter grandes reducións repítese este proceso colocando varios pares de engrenaxes conectados unha a continuación da outra.

O redutor básico está formado por mecanismo de parafuso sinfín e coroa. Neste tipo de mecanismo o efecto do rozamento nos flancos do dente fai que estas engrenaxes teñan os rendementos máis baixos de todas as transmisións; o devandito rendemento sitúase entre un 40 e un 90% aproximadamente, dependendo das características do redutor e do traballo ao que está sometido.

Factores que elevan o rendemento:

• Ángulos de avance elevados no parafuso.
• Rozamento baixo (boa lubricación) do equipo.
• Potencia transmitida elevada.
• Relación de transmisión baixa (é o factor máis determinante).

Existen outras disposicións para as engrenaxes nos redutores de velocidade; estas denomínanse conforme a disposición do eixo de saída (eixo lento) en comparación co eixo de entrada (eixo rápido). Así pois, serían os chamados redutores de velocidade de engrenaxes coaxiais, paralelas, ortogonais e mixtas (paralelas + sen fin coroa). Nos trens coaxiais, paralelos e ortogonais considérase un rendemento aproximado do 97 % ao 98 %. nos mixtos estímase entre un 70 % e un 90 % de rendemento.

Ademais, existen os chamados redutores de velocidade de disposición epicicloidal, tecnicamente son de eixos coaxiais e distínguense polo seu formato compacto, alta capacidade de transmisión de par e a súa extrema sensibilidade á temperatura.

As caixas redutoras adoitan fabricarse en fundición gris dotándoa de reténs para que non saia o aceite do interior da caixa.

Características dos redutores

• Potencia, en Kw ou en Hp, de entrada e de saída.
• Velocidade, en RPM, de entrada e de saída.
• Velocidade á saída (RPM).
• Relación de transmisión.
• Factor de seguridade ou de servizo (Fs).
• Par transmitido (Mn1-eixo rápido) (Mn2-eixo lento).

Mecanizado de engrenaxes

Tallado de dentes

Tallado dunha engrenaxe helicoidal con fresa nai.

Fresa para tallar engrenaxes

Como as engrenaxes son uns mecanismos que se incorporan na maioría de máquinas que se constrúen e especialmente en todas as que levan incorporados motores térmicos ou eléctricos, fai necesario que cada día se teñan que mecanizar millóns de engrenaxes diferentes, e polo tanto o nivel tecnolóxico que se alcanzou para mecanizar engrenaxes é moi elevado tanto nas máquinas que se utilizan como nas ferramentas de corte que as conforman.

Antes de proceder ao mecanizado dos dentes, as engrenaxes pasaron por outras máquinas ferramentas tales como tornos ou fresadoras onde se lles mecanizaron todas as súas dimensións exteriores e buracos se os teñen, deixando os excedentes necesarios no caso de que teñan que recibir tratamento térmico e posterior mecanizado dalgunha das súas zonas.

O mecanizado dos dentes das engrenaxes a nivel industrial realízanse en máquinas talladoras construídas ex-profeso para este fin, chamadas fresas nais.

Características técnicas da talladora LC-500 LIEBHERR (Exemplo)

Características técnicas da talladora de engrenaxes

Módulo: 12/14

Diámetro da engrenaxe: 500 mm

Percorrido axial: 1000 mm

Curso schift: 220/300 mm

Diámetro da fresa de corte: 210 mm

Lonxitude da fresa de corte: 260 mm

Velocidade de xiro: 1000 r.p.m.

Fresa modular para tallado de dentes en fresadora universal

Mecanismo divisor para o tallado de engrenaxe en fresadora universal

O tallado de engrenaxes en fresadora universal con mecanismo divisor practicamente non se utiliza; con todo o fresado de eixos estriados con poucas estrías tales como os paliers das rodas de camións si se pode facer en fresadora universal pero cun mecanismo divisor automático e estando tamén automatizado todo o proceso de movementos da fresadora.

As engrenaxes normais cilíndricas tanto rectas como helicoidais mecanízanse en talladoras de gran produción e precisión, e cada talladora ten os seus valores constantes e as súas transmisións adecuadas para fabricar a engrenaxe que se programe. Tipo Liebherr, Hurth, Pfauter etc.

As engrenaxes interiores non se poden mecanizar nas talladoras universais e para ese tipo de mecanizados utilízanse unhas talladoras chamadas mortalladoras por xeración, tipo Sykes.

Para as engrenaxes cónicas hipoides utilízanse máquinas talladoras especiais tipo Gleason.

Para o mecanizado de parafusos sen fin glóbicos pódense utilizar máquinas especiais tipo Fellows.

Chafranado e arredondado de dentes

Esta operación realízase especialmente nas engrenaxes desplazables das caixas de velocidade para facilitar a engrenaxee cando se produce o cambio de velocidade. Hai máquinas e ferramentas especiais (Hurth) que realizan esta tarefa.

Rectificado dos dentes das engrenaxes

O rectificado dos dentes cando é necesario facelo, realízase logo de ser endurecida a peza nun proceso de tratamento térmico adecuado e pódese realizar por rectificación por xeración e rectificación de perfís ou con ferramentas CBN repasables ou con capa galvanizada.

Os rectificados de engrenaxes con moas e de perfís é unha tecnoloxía moi avanzada e logrou unha capacidade notoria coa utilización de modernas ferramentas de corindón aglutinado.

Puído

O puído das engrenaxes aplícase a aquelas que están sometidas a grandes resistencias, por exemplo o grupo piñón-coroa hipoide das transmisións dos camións ou tractores. O puído xera unha xeometría final dos dentes de alta calidade nas engrenaxes que foron endurecidas, ao mesmo tempo que mellora o desprendemento e as estruturas das superficies.

Afiado de fresas

As fresas que se utilizan para tallar engrenaxes son de perfil constante, o que significa que admiten un número moi elevado de afiados cando o fío de corte deteriorouse. Existe no mercado unha ampla gama de afiadoras para todos os tipos de ferramentas que se utilizan no mecanizado das engrenaxes. A vida útil das ferramentas é un dos asuntos máis significativos con respecto aos custos e á dispoñibilidade de produción. As afiadoras modernas están equipadas, por exemplo, con accionamentos directos, motores lineares e sistemas dixitais de medición.

Técnicas de percorrido do material

Nas industrias modernas e automatizadas de mecanizados a técnica de percorrido de material comprende a manipulación automática de pezas de traballo nos sistemas de produción ata a carga e descarga de máquinas-ferramentas así como o almacenamento de pezas.

Xestión económica do mecanizado de engrenaxes

Cando os enxeñeiros deseñan unha máquina, un equipo ou un utensilio, fano mediante o axuste dunha serie de compoñentes de materiais diferentes e que requiren procesos de mecanizado para conseguir as tolerancias de funcionamento adecuado.

A suma do custo da materia prima dunha peza, o custo do proceso de mecanizado e o custo das pezas fabricadas de forma defectuosa constitúen o custo total dunha peza. Desde sempre o desenvolvemento tecnolóxico tivo como obxectivo conseguir a máxima calidade posible dos compoñentes así como o prezo máis baixo posible tanto da materia prima como dos custos de mecanizado.

Para reducir o custo do mecanizado das engrenaxes actuouse nas seguintes frontes:

• Conseguir materiais cada vez mellor mecanizables, materiais que unha vez mecanizados en brando son endurecidos mediante tratamentos térmicos que melloran de forma moi sensible as súas prestacións mecánicas de dureza e resistencia principalmente.
• Conseguir ferramentas de corte dunha calidade extraordinaria que permite aumentar de forma considerable as condicións tecnolóxicas do mecanizado, ou sexa, máis revolucións da ferramenta de corte, máis avance de traballo, e máis tempo de duración do seu fío de corte.
• Conseguir talladoras de engrenaxes máis robustas, rápidas, precisas e adaptadas ás necesidades de produción que conseguen reducir sensiblemente o tempo de mecanizado así como conseguir pezas de maior calidade e tolerancia máis estreitas.

Para diminuír o índice de pezas defectuosas conseguiuse automatizar ao máximo o traballo das talladoras, construíndo talladoras automáticas moi sofisticadas ou guiadas por control numérico que executan un mecanizado de acordo a un programa establecido previamente.

Cálculo de engrenaxes

Artigo principal: Cálculo de engrenaxes.

Chámase cálculo de engrenaxes ás operacións de deseño e cálculo da xeometría dunha engrenaxe, para a súa fabricación. Principalmente os diámetros e o perfil do dente. Tamén se consideran os cálculos das transmisións cinemáticas que hai que montar nas máquinas talladoras de acordo ás características que teña a engrenaxe, e que está en función das características da máquina talladora que se utilice.

Relacións de transmisión

Artigo principal: Velocidade de transmisión.

Transmisión composta

Hai tres tipos de transmisións posibles que se establecen mediante engrenaxes:

• Transmisión simple
• Transmisión con piñón intermedio ou tolo
• Transmisión composta por varias engrenaxes coñecido como tren de engrenaxes.

A transmisión simple fórmana dúas rodas dentadas, o sentido de xiro do eixo conducido é contrario ao sentido de xiro do eixo motor, e o valor da relación de transmisión é:

Ecuación xeral de transmisión:

$N_{1}\cdot Z_{1}=N_{2}\cdot Z_{2}$

$R_{t}={\frac {N_{1}}{N_{2}}}={\frac {Z_{2}}{Z_{1}}}$

$N_{2}={\frac {N_{1}\cdot Z_{1}}{Z_{2}}}$

A transmisión con piñón intermedio ou tolo está constituída por tres rodas dentadas, onde a roda dentada intermedia soamente serve para investir o sentido de xiro do eixo conducido e facer que vire no mesmo sentido do eixo motor. A relación de transmisión é a mesma que na transmisión simple.

A transmisión composta ou tren de engrenaxes utilízase cando a relación de transmisión final é moi alta, e non se pode conseguir cunha transmisión simple, ou cando a distancia entre eixos é moi grande e sería necesario facer rodas dentadas de gran diámetro. A transmisión composta consiste en ir intercalando pares de rodas dentadas unidas entre o eixo motor e o eixo conducido. Estas rodas dentadas viran de forma libre no eixo que se aloxan pero están unidos de forma solidaria as dúas rodas dentadas de forma que un deles actúa de roda dentada motora e o outro actúa como roda dentada conducida. A relación de transmisión de transmisións compostas é:

Ecuación xeral de transmisión:

$N_{1}\cdot Z_{1}\cdot Z_{3}\cdot ..Z_{n}=N_{2}\cdot Z_{2}\cdot Z_{4}..Z_{(n+1)}$

$N_{eixeconducido}={\frac {N_{1}\cdot Z_{1}\cdot Z_{3}\cdot ..Z_{n}}{Z_{2}\cdot Z_{4}\cdot Z_{(n+1)}}}$

Tratamento térmico das engrenaxes

Artigo principal: Tratamento térmico.

As engrenaxes están sometidas a grandes presións en toda a superficie de contacto e por iso o tratamento que a maioría deles recibe consiste nun tratamento térmico de cementación ou nitruración co cal obtense unha gran dureza na zona de contacto dos dentes e unha tenacidade no núcleo que evite a súa rotura por un sobreesforzo.

A cementación consiste en efectuar unha quentura prolongada nun forno de atmosfera controlada e fornecerlle carbono ata que se introduza na superficie das pezas á profundidade que se desexe. Unha vez cementada a peza sométese os procesos de témpera e revenido, co cal obtense gran dureza na capa exterior, ideal para soportar os esforzos de fricción a que se someten as engrenaxes.

As engrenaxes que se someten a cementación están fabricadas de aceiros especiais adecuados para a cementación.

Outra veces o tratamento térmico que se aplica ás engrenaxes é o de nitruración, que está baseado na acción que exercen sobre a superficie exterior das pezas a acción do carbono e do nitróxeno. A nitruración reduce a velocidade crítica de arrefriado do aceiro, alcanzando un maior grao de dureza unha peza nitrurada e temperada que unha peza cementada e temperada, aínda para un mesmo tipo de material.

Hoxe, e particularmente na industria da automoción, estanse suplindo aceiros aleados por aceiros máis sinxelos dadas as grandes vantaxes técnicas que ofrece a nitruración (elevadas durezas, regularidades no tratamento térmico, menos deformacións...). Nos procesos de nitruración pódese obter capas entre 0.1-0.6mm., sendo as durezas na periferia da orde dos 60-66 HRC.

A nitruración é un proceso para endurecemento superficial que consiste en penetrar o nitróxeno na capa superficial. A dureza e a gran resistencia ao desgaste proceden da formación dos nitruros que forman o nitróxeno e os elementos presentes nos aceiros sometido a tratamento.

Ás veces hai engrenaxes que se lles aplica unha témpera por indución onde o quecemento é limitado á zona a tratar e é producido por correntes alternativas inducidas. Cando se coloca un corpo condutor dentro do campo dunha bobina ou dun solenoide con correntes de media ou alta frecuencia, o corpo é envolvido por unha corrente inducida, a cal produce o quecemento. Para iso emprégase indutores que teñen a forma apropiada da dentadura que queremos tratar.

A ausencia de todo contacto entre o indutor e a peza sometida a quecemento permite a obtención de concentracións da orde dos 25.000 W cm⁻². A velocidade de quecemento é case unhas 15 veces máis rápida que por soprete. Para temperar unha peza por indución será necesario que teña un espesor polo menos unhas dez veces superior ao espesor que se desexa temperar. O éxito dun boa témpera reside en acertar coa frecuencia de corrente de quecemento, para que esta produza unha concentración suficiente de corrente inducida na zona a temperar.

O sistema que se emprega no quecemento é en dous ciclos. 10.000 ciclos para o quecemento da base dos dentes e 375.000 para o quecemento da periferia. Logo de efectuados os dous quecementos a engrenaxe é mergullada en auga ou aceite en función do tipo de aceiro que sexa.

Unha posibilidade que existe para solucionar os problemas que aparecen nas engrenaxes foi o níquel químico. Os depósitos de níquel confírenlle á peza tratada unha boa resistencia á corrosión, unha gran resistencia á fricción e unha gran dureza con axuda duns precipitados concretos. O niquelado químico conségue que as capas sexan uniformes, a condición de que todas as partes da peza estean en contacto coa solución e a composición desta mantéñase constante, e o espesor desta capa varía segundo o tempo de tratamento e a composición. As pezas antes de ser tratadas deben de pasar por outras fases como poden ser o decapado, ataque, para garantir a súa adhesión, e outra cousa a ter en conta é que o niquelado químico reproduce na superficie a rugosidade da peza tratada.

Verificación de engrenaxes

A verificación de engrenaxes consiste en poder controlar os distintos parámetros que o definen.

Para medir o espesor cordal utilízanse calibres de dobre nonio e micrómetros de prato.

A medición do espesor dos dentes mediante calibre de dobre nonio, só se utiliza polo xeral cando se trata de engrenaxes de módulo grande e mecanizado de desbaste.

Para medir o espesor de engrenaxes de precisión utilízase un micrómetro de prato e selecciónase o número de dentes a abrazar para que o contacto entre os flancos dos dentes e os pratos prodúzase na circunferencia primitiva.

A medición mediante comparadores utilízase con patróns de posta a punto para cada operación de control.

A verificación en proxector de perfís utilízase para medir sobre a imaxe amplificada ou verificar, utilizando modelos adecuados todas as características da engrenaxe.

A medición da excentricidade dunha engrenaxe que é o descentramento do diámetro primitivo respecto ao eixo de referencia da peza, pódese verificar:

• Con comparador e varilla calibrada
• Por rodaxe contra un perfil patrón.

As engrenaxes mestras clasifícanse en varias calidades de acordo con DIN3790 e 58420. Os seus dentes unha vez mecanizados pasan por un proceso de súper acabado. Durante a medición segundo este principio as engrenaxes a controlar fanse engrenar con engrenaxes mestres.

Lubricación de engrenaxes

Artigo principal: Lubricante.

As transmisións por engrenaxes principalmente as que están sometidas a un grande esforzo e funcionamento de gran velocidade teñen que ter o lubricante adecuado para poder contribuír a conservar as súas propiedades mecánicas durante o uso:

A clasificación dos lubricantes de transmisión de uso industrial realízase segundo diferentes criterios:

Especificacións técnicas dos lubricantes

As especificacións dos lubricantes de transmisión difiren lixeiramente segundo o ente que as emitiu.

En Europa as especificacións máis coñecidas son as que a norma DIN 51517 define como LUBRICANTES tipo CLP. Aos propósitos desta norma, LUBRICANTES CLP son aqueles baseados en aceite mineral incluíndo aditivos deseñados para aumentar as propiedades anticorrosivas (Símbolo C), aumentar a resistencia ao envellecemento (Símbolo L), e diminuír o desgaste (Símbolo P). Esta norma define as viscosidades para os graos ISO 68, 100, 150, 220, 380, 460, e 680.

Elección do lubricante e a súa viscosidade máis adecuada

O primeiro indicador do lubricante a utilizar nun determinado equipo debe ser sempre a recomendación do fabricante que o deseñou e que coñece as súas necesidades. A elección adecuada da viscosidade para un sistema de engrenaxes de dentes rectos ou helicoidais é dependente de potencia

• expresada en Quilowatt(kW) ou HP (cabalos de forza)
• reducións múltiples ou simples
• velocidade expresada en rpm (revolucións por minuto)
• tipo de lubricación (circulación ou salpicado)

Mantemento preventivo das transmisións

O cambio de lubricantes e o mantemento dos niveis nas caixas de transmisións por engrenaxes forma parte do mantemento preventivo que hai que realizar a todo tipo de máquinas logo dun período de funcionamento. Este mantemento pode ter unha frecuencia en horas de funcionamento, en quilómetros percorridos ou en tempo cronolóxico, semanalmente, mensualmente ou anualmente

Deterioración e fallo das engrenaxes

Representación do desprazamento do punto de engrene nunha engrenaxe recta.

As dúas principais fontes de fallo nun dente de engrene son por fricción e flexión, (chamados tamén pitting e bending en inglés), isto é debido a que as forzas lóxicas durante a transferencia da forza polo dente/engrenaxe, a fricción de dente contra dente e a forza que deben de resistir os dentes, (o que transfire e o que recibe), como podemos apreciar na gráfica do desprazamento do punto de engrene (a dereita).

Debido á fricción sobre a superficie dos dentes esta área perde a protección, unha das cales vólvese anódica, mentres a outra se volve catódica, conducindo esta zona a unha corrosión galvánica localizada. A corrosión penetra na masa do metal, con ións de difusión limitados. Este mecanismo de corrosión por fricción é probablemente a mesma que a corrosión por fendas (do inglés crevice corrosion)

Para minimizar a deterioración por fricción é necesario seleccionar o lubricante adecuado, tomando en conta non só a potencia da aplicación senón tamén a temperatura, ciclo de traballo etc.

A flexión só pode minimizarse seleccionando os materiais adecuados e/ou seleccionando máis material para o dente / engrenaxe, noutras palabras, seleccionando unha engrenaxe mais grande.

Mostra animada dunha rotura por fatiga.

Como todo elemento técnico o primeiro fallo que pode ter unha engrenaxe é que non sexa calculado cos parámetros dimensionais e de resistencia adecuados, co cal non é capaz de soportar o esforzo ao que está sometido e deteriórase ou rompe axiña.

O segundo fallo que pode ter unha engrenaxe é que o material co que foi fabricado non reúne as especificacións técnicas adecuadas principalmente as de resistencia e tenacidade.

Tamén pode ser causa de deterioración ou rotura se a engrenaxe non se fabricou coas cotas e tolerancias requiridas ou non foi montado e axustado de xeito adecuado.

Igualmente pódese orixinar a deterioración prematura dunha engrenaxe se non se lle efectuou o mantemento adecuado cos lubricantes que lle sexan propios de acordo ás condicións de funcionamento que teña

Outra causa de deterioración é que por un sobre-esforzo do mecanismo se superen os límites de resistencia da engrenaxe

A capacidade de transmisión dunha engrenaxe vén limitada:

• Pola calor xerada, (quecemento)
• Fallo dos dentes por rotura ( sobre-esforzo súbito e seco)
• Fallo por fatiga na superficie dos dentes (lubricación deficiente e dureza inadecuada)
• Ruído como resultante de vibracións a altas velocidades e cargas fortes.

As deterioracións ou fallas que xorden nas engrenaxes están relacionadas con problemas existentes nos dentes, no eixo, ou nunha combinación de ambos. Os fallos relacionados cos dentes poden ter a súa orixe en sobrecargas, desgaste e fendas, e os fallos relacionados co eixo poden deberse á desaliñación ou desequilibrado do mesmo producindo vibracións e ruídos.

Véxase tamén

Bibliografía

• Millán Gómez, Simón (2006). Procedimientos de Mecanizado. Madrid: Editorial Paraninfo. ISBN 84-9732-428-5. 

• Larburu Arrizabalaga, Nicolás (2004). Máquinas. Prontuario. Técnicas máquinas herramientas. Madrid: Thomson Editores. ISBN 84-283-1968-5. 

• Varios autores (1984). Enciclopedia de Ciencia y Técnica. Salvat Editores S.A. ISBN 84-345-4490-3. 

• PÉREZ, Alonso e JULIO, Jacinto (1992). Ajustes y tolerancias: mecanismos y engranajes. Universidad Politécnica de Madrid. Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Aeronáutica. ISBN 84-87051-18-9. 

• COMAS, A. Tecnología resumida sobre engranajes. Ediciones Cedel. ISBN 84-352-0310-7. 

• Instituto Nacional de Racionalización y Normalización (España) (1977). Transmisiones. Rodamientos. Engranajes. Tuberías. Consejo Superior de Investigaciones Científicas. ISBN 84-00-03530-5. 

• MONTOYA MORENO, Felipe (1993). Fundamentos de la geometría de los engranajes. Universidad de Valladolid. Secretariado de Publicaciones e Intercambio Editorial. ISBN 84-7762-367-8. 

• RAMÓN MOLINER, Pedro (1980). Engranajes. AUTOR-EDITOR 1116. ISBN 84-300-2212-0. 

Outros artigos

• Árbore de transmisión
• Cremalleira
• Diferencial
• Engrenaxe planetario
• Parafuso sen fin