Engranajes

En este artículo se explica qué son los engranajes y para qué sirven. Así pues, encontrarás cuáles son las diferentes partes de un engranaje, cuáles son los diferentes tipos de engranajes y, además, cuáles son las ventajas y las desventajas de los engranajes.

¿Qué es un engranaje?

Un engranaje es un mecanismo formado por dos o más ruedas dentadas engranadas entre sí. Por lo tanto, un engranaje sirve para transmitir el movimiento circular de una rueda dentada a otra rueda dentada mediante el contacto de sus dientes.

Cabe destacar que con un engranaje no solo se transmite un movimiento de giro, sin que además, dependiendo de la relación entre el número de dientes de las dos ruedas dentadas, se puede aumentar o reducir la velocidad de giro.

En un engranaje simple formado por dos ruedas dentadas de diferente tamaño se distingue entre la corona y el piñón:

• Corona: es la rueda dentada de mayor tamaño del engranaje.
• Piñón: es la rueda dentada de menor tamaño del engranaje.

Características de los engranajes

Los engranajes tienen los siguientes parámetros característicos:

• Dientes: es la parte del engranaje que realiza el esfuerzo de empuje y, por tanto, transmite el movimiento giratorio y la potencia de un engranaje a otro.
• Eje: es la parte cilíndrica situada en el centro del engranaje, su función es guiar el movimiento de rotación del engranaje.
• Circunferencia primitiva: es la circunferencia imaginaria a lo largo de la cual engranan los dientes del engranaje, de manera que las circunferencias primitivas de dos ruedas dentadas engranadas entre sí son tangentes.
• Diámetro primitivo: es el diámetro de la circunferencia primitiva.
• Circunferencia exterior: es la circunferencia que limita la parte exterior del engranaje.
• Diámetro exterior: es el diámetro de la circunferencia exterior.
• Circunferencia interior: es la circunferencia que pasa por el pie de los dientes del engranaje.
• Diámetro interior: es el diámetro de la circunferencia interior.
• Ángulo de presión: es el ángulo que forman la dirección de la fuerza de contacto entre dos engranajes y la dirección de la velocidad angular del engranaje.
• Número de dientes: se trata del número total de dientes que tiene el engranaje. Se suele representar mediante el símbolo Z.
• Módulo: es la relación entre el diámetro primitivo (D_p) y el número de dientes (Z) del engranaje. Así pues, la fórmula para calcular el módulo de un engranaje es la siguiente:



• Paso: es la distancia desde un punto de un diente hasta el mismo punto del diente adyacente. Esta característica de los engranajes es muy importante, pues para que dos engranajes engranen deben tener el mismo paso. El paso de un engranaje es igual al número pi multiplicado por su diámetro primitivo y dividido por su número de dientes.

Tipos de engranajes

Engranajes rectos

El engranaje recto es un tipo de engranaje cuyos dientes son rectos. Por lo tanto, la característica principal de los engranajes rectos es que son un tipo de engranaje muy simple, ya que son cilindros con dientes que se proyectan de manera radial.

En definitiva, a diferencia de otros tipos de engranajes como los engranajes de dientes helicoidales y los engranajes de dientes cónicos, los dientes de los engranajes rectos son totalmente rectos.

A nivel industrial, los engranajes rectos son el tipo de engranaje más utilizado debido a su sencillez y a su precio económico.

Los engranajes rectos se pueden clasificar en dos tipos:

• Engranajes rectos externos: los dientes del engranaje están en el perfil exterior del engranaje, es decir, por fuera de la rueda.
• Engranajes rectos internos: los dientes del engranaje están en el perfil interior del engranaje, es decir, en el lado interno de la rueda.

Los engranajes rectos externos son capaces de engranar con engranajes externos e internos. En cambio, los engranes rectos internos solo pueden engranar con engranajes externos.

Dos engranajes externos engranados tienen un sentido de giro opuesto, sin embargo, un engranaje interno gira en el mismo sentido que el engranaje externo que tiene engranado.

Engranajes helicoidales

El engranaje helicoidal está formado por ruedas dentadas cuyos dientes están inclinados respecto al eje de rotación. Es decir, los engranajes helicoidales son un tipo de engranajes cuyo perfil es de dientes helicoidales.

El ángulo que forma el dentado de un engranaje helicoidal con su eje de giro depende de la velocidad angular que deba transmitir:

• Si la velocidad angular transmitida es baja, el ángulo debe ser entre 5º y 10º.
• Si la velocidad angular transmitida es media, el ángulo debe ser entre 15º y 25º.
• Si la velocidad angular transmitida es alta, el ángulo debe ser aproximadamente 30º.

En definitiva, el funcionamiento de un engranaje de dientes helicoidales es similar al de un engranaje de dientes rectos, pues su función es transmitir un movimiento de giro. No obstante, los engranajes helicoidales permiten hacer la transmisión del movimiento circular de manera diferente gracias a la forma particular de sus dientes.

Los engranajes helicoidales se clasifican en los siguientes tipos:

• Engranajes helicoidales de ejes cruzados: los ejes de los engranajes helicoidales se cruzan. Son el tipo de engranajes helicoidales más simple.
• Engranajes helicoidales de ejes paralelos: los ejes de los engranajes helicoidales son paralelos. Para que funcionen correctamente, los dientes de los dos engranajes acoplados deben tener el mismo ángulo de inclinación pero en sentido contrario. En este tipo de engranajes helicoidales se produce una fuerza axial además de la potencia de giro transmitida.
• Engranajes helicoidales dobles (o engranajes helicoidales de espina de pescado): el perfil de este tipo de engranajes helicoidales está formado por dos dentados helicoidales, formando así un perfil en forma de V. El dentado doble de este tipo de engranajes helicoidales sirve para eliminar la fuerza axial que aparece cuando los ejes son paralelos.

Engranajes cónicos

El engranaje cónico está compuesto por ruedas dentadas cuyos dientes tienen forma cónica. Es decir, los engranajes cónicos son un tipo de engranajes que tienen forma de tronco de cono.

La principal característica de este tipo de engranajes es que permiten transmitir un movimiento giratorio entre dos ejes que se cruzan. Aunque normalmente los ejes de un sistema de engranajes cónicos son perpendiculares, también se pueden diseñar para que trabajen con otro ángulo.

Generalmente, los engranajes cónicos están hechos con hierro fundido, aleaciones de acero o aluminio. No obstante, dependiendo del uso de los engranajes cónicos, también se pueden fabricar con materiales no metálicos aunque es muy poco habitual.

Dentro de los engranajes cónicos, se pueden distinguir varios subtipos de engranajes:

• Engranajes cónicos de dientes rectos: tipo de engranaje cónico con los dientes rectos.
• Engranajes cónicos de dientes helicoidales: tipo de engranaje cónico cuyos dientes están inclinados.
• Engranajes cónicos de dientes espiroidales: tipo de engranaje cónico cuyo dentado tiene forma espiral.
• Engranajes cónicos hipoides: tipo de engranaje cónico cuya superficie de paso es hiperbólica.

Otros tipos de engranajes

Generalmente, los engranajes se clasifican en tres tipos: engranajes rectos, helicoidales y cónicos, tal y como hemos visto arriba. Sin embargo, hay otros tipos de engranajes que también es importante que conozcas.

• Engranaje tornillo sin fin: en el mecanismo tornillo sin fin se engrana un tornillo de dentado helicoidal con una rueda de dentado recto o helicoidal. De este modo se consigue transmitir un movimiento circular entre dos ejes perpendiculares.
• Engranaje de cremallera: en el mecanismo piñón-cremallera se engrana una rueda dentada (piñón) con una cremallera. Este tipo de engranaje sirve para transformar un movimiento circular en un movimiento lineal.
• Engranajes con cadena: los engranajes no están engranados entre sí, sino que se transmite el movimiento circular de las ruedas dentadas mediante una cadena.

Tren de engranajes

Un tren de engranajes es un mecanismo de transmisión circular formado por un conjunto de engranajes. Es decir, un tren de engranajes es un sistema formado por varias ruedas dentadas conectadas entre sí.

El tren de engranajes permite conseguir una relación de transmisión mucho mayor que un engranaje simple. Por lo tanto, un tren de engranajes sirve para aumentar o reducir la velocidad angular de un eje en mayor medida que un engranaje simple. Por contra, un tren de engranajes suele ocupar más espacio que un engranaje simple formado por dos ruedas dentadas.

En la siguiente imagen puedes ver un ejemplo de tren de engranajes, en concreto, se trata de un tren formado por cinco engranajes: el engranaje de entrada, un engranaje doble, un engranaje loco y el engranaje de salida.

El mecanismo empieza en la rueda de entrada, que es la rueda de la izquierda. Cuando se aplica un movimiento de giro a la rueda de entrada, esta provoca que los siguientes engranajes también giren ya que las ruedas están engranadas entre sí.

En este caso la velocidad de rotación se aumenta en dos etapas. En primer lugar, la rueda de entrada tiene más dientes que su rueda engranada, por lo que la velocidad angular aumenta. Esta rueda engranada es una rueda doble que tiene acoplado a su eje otro engranaje, y dicho engranaje también tiene más dientes que la rueda de salida, en consecuencia, la velocidad angular incrementa por segunda vez.

Relación de transmisión de un engranaje

La relación de transmisión es la relación entre las velocidades de rotación de dos engranajes. En concreto, la relación de transmisión de dos engranajes se define como el cociente entre la velocidad angular del engranaje de salida y la velocidad angular del engranaje de entrada.

Donde:

• es la relación de transmisión.
• es la velocidad angular de la rueda de entrada.
• es la velocidad angular de la rueda de salida.
• es el número de dientes de la rueda de entrada.
• es el número de dientes de la rueda de salida.
• es el diámetro de la rueda de entrada.
• es el diámetro de la rueda de salida.

De la fórmula de la relación de transmisión se puede deducir lo siguiente:

• i>1: si la relación de transmisión es mayor que 1, significa que la velocidad angular de salida es mayor que la velocidad angular de entrada. Por lo tanto, el número de dientes y el diámetro de la rueda de salida son menores que el número de dientes y el diámetro de la rueda de entrada.
• i<1: si la relación de transmisión es menor que 1, quiere decir que la velocidad angular de salida es menor que la velocidad angular de entrada. En consecuencia, el número de dientes y el diámetro de la rueda de salida son mayores que el número de dientes y el diámetro de la rueda de entrada.
• i=1: si la relación de transmisión es igual a 1, implica que la velocidad angular de salida es equivalente a la velocidad angular de entrada. De modo que el número de dientes y el diámetro de las dos ruedas son idénticos.

Ventajas y desventajas de los engranajes

En comparación con otros tipos de mecanismos de transmisión de movimiento, los engranajes tienen las siguientes ventajas y desventajas:

Ventajas de los engranajes:

• No hay posibilidad de deslizamiento entre las ruedas dentadas, lo que disminuye los fallos del mecanismo.
• Los engranajes pueden transmitir potencias elevadas.
• El rendimiento mecánico de los engranajes es alto.
• En general, los engranajes necesitan poco mantenimiento.
• Normalmente los engranajes ocupan poco espacio.

Desventajas de los engranajes:

• Los engranajes son difíciles de fabricar.
• En consecuencia, el precio de los engranajes suele ser más caro que otros tipos de mecanismos.
• Aunque el ruido producido depende del tipo de engranaje utilizado, generalmente es un sistema de transmisión de movimiento ruidoso.