Engranajes industriales

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Los engranajes son dispositivos mecánicos que transfieren el par y el movimiento o ponen en marcha el movimiento mecánico a través del acoplamiento de otros engranajes, un eje o una serie de piezas. Los engranajes se entrelazan entre sí y giran juntos con la ayuda de dientes cortados uniformemente. Los dientes permiten que engranajes de diferentes tamaños y formas se entrelacen entre sí.

Aplicaciones de los engranajes en la industria

Las aplicaciones de los engranajes son bastante diversas y altamente personalizables; aparecen en cualquier lugar donde una aplicación requiera reducción de velocidad, aumento de velocidad, transmisión de potencia, transmisión de movimiento o reducción de fuerza.

Con mayor frecuencia, las aplicaciones de engranajes industriales aparecen en industrias como: automoción, aviación, ferrocarriles, transporte y producción de alimentos. Se pueden encontrar en: automóviles y camiones, motores de engranajes, bicicletas, motocicletas, aviones, sistemas de poleas de correa y más.

La historia de los engranajes industriales

Los humanos han estado fabricando engranajes durante miles de años. Los primeros ejemplos de engranajes que tenemos provienen del siglo IV a.C. en China. Se encuentran en el Museo Luoyang en la provincia de Henan, China. El primer engranaje diferencial también se fabricó en China, como sugiere un engranaje conservado, encontrado con un carruaje chino que apuntaba al sur. Este engranaje se remonta al primer milenio A.C. La carroza con punta sur fue diseñada por el ingeniero chino Ma Jun, que estuvo activo entre el 220 y el 265 a.C. En el año 725, los ingenieros chinos construyeron los primeros relojes mecánicos con engranaje.

Fabricación de engranajes de espolón

Los artefactos de engranaje europeos más antiguos que tenemos provienen de entre 150 y 100 AC. Estos engranajes fueron construidos como un componente del mecanismo de Anticitera, un antiguo ordenador griego diseñado para calcular posiciones astronómicas. Además, el Héroe de Alejandría (un matemático e ingeniero que fue un griego o un egipcio helenizado) escribió sobre la fabricación de engranajes en el Egipto romano alrededor del año 50 DC. La base de su trabajo, sin embargo, se remonta a la escuela de pensamiento alejandrino del siglo III a.C. Otro gran influyente de la fabricación de engranajes en Europa, Roma y Grecia fue Arquímedes, el polimate griego que vivió entre el 287 y el 212 AC.

En el Medio Oriente medieval (alrededor del 1206 d.C.), el ingeniero árabe Al-Jazari inventó el engranaje segmentado. Este engranaje recibe y comunica el movimiento recíproco hacia y desde una rueda dentada. Cerca de allí, entre los siglos XIII y XIV en el subcontinente indio, el engranaje de tornillo sin fin fue inventado para su uso en ginebras de algodón enrolladas. Mientras tanto, en la Inglaterra medieval, Richard Poore y Elías de Dereham construyeron el reloj de la catedral de Salisbury. Construido en 1386, este reloj mecánico con engranaje sigue en uso hoy en día.

Los engranajes fueron especialmente útiles durante la Revolución Industrial, cuando el uso de máquinas y motores de máquinas explotó. Con la llegada de la energía del vapor, por ejemplo, los fabricantes de engranajes tuvieron que construir engranajes más fuertes y duraderos que pudieran ayudar a mover los trenes. Desde entonces, el mecanizado de engranajes no ha hecho más que aumentar su importancia.

Los engranajes modernos toman muchas señales de sus predecesores. Sin embargo, son mucho más versátiles y útiles que los engranajes industriales más antiguos. Esto se debe a que generalmente son más fuertes y pequeños y pueden fabricarse con muchos más materiales, como el plástico. Además, pueden fabricarse con mayor precisión que los engranajes anteriores, gracias al advenimiento de la tecnología CNC. 

Tipos de Engranajes

Para ayudar a los engranajes a resistir el desgaste, también pueden utilizar una variedad de técnicas de corte por eso existen varios tipos de engranajes, como la talladura con fresa madre. Para aumentar o reducir la velocidad de rotación del eje, los fabricantes unen engranajes de diferentes tamaños. Además, para extender y mejorar la vida útil de los sistemas de engranajes, los engranajes generalmente utilizan alguna forma de lubricación. Los engranajes bien mantenidos dan grandes resultados.

El mundo de los engranajes industriales es muy variado. Algunos tipos comunes incluyen: engranajes rectos, piñones, engranajes planetarios, engranajes cónicos, engranajes dentados, engranajes helicoidales, engranajes rectos de cremallera y piñón, engranajes de tornillo sin fin y engranajes diferenciales.

Materiales
Los engranajes pueden estar hechos de cualquier número de materiales, dependiendo del tipo de engranaje que necesitemos y los requisitos de su aplicación. La mayoría están hechos de metales o plásticos duros. Las aplicaciones de automoción más exigentes, por ejemplo, utilizan metales duros como el cobre, el latón, el acero y, ocasionalmente, el titanio. Por el contrario, las aplicaciones de maquinaria que requieren componentes ligeros suelen utilizar engranajes de plástico resistentes al agua, como los fabricados con policarbonato o nylon.

Consideraciones
Cuando los fabricantes diseñan engranajes industriales, eligen los números de dientes y las relaciones de los engranajes* con el conocimiento de que éstos determinan la durabilidad y la fuerza de un engranaje, así como la velocidad, la función y el control que el engranaje ejercerá dentro de un conjunto más grande. Utilizando las técnicas de producción descritas anteriormente, los fabricantes pueden crear engranajes personalizados para cualquier ajuste.

*La relación entre el tamaño del engranaje y la velocidad se llama “relación de velocidad”, o alternativamente, “relación de engranaje”. La relación de engranes puede ser calculada usando el número de dientes de un engrane. Por ejemplo, dos engranes entrelazados que tienen 60 y 30 dientes, respectivamente, tienen una relación de engranes de 2:1.

  • Engranaje recto
    El engranaje recto, también llamado engranaje de corte recto, es el tipo de engranaje más simple disponible. De corte recto a lo largo del eje de la rueda dentada, con dientes rectos en línea con el eje, los engranajes rectos se utilizan frecuentemente como ruedas dentadas. Otros tipos de engranajes rectos transmiten el movimiento y el par lateralmente a través de la compatibilidad con otros engranajes alineados en paralelo. Estos engranajes son los principales componentes de los engranajes planetarios.
  • Piñón de engranaje
    Los piñones son engranajes delgados con dientes de fácil bloqueo que se fijan en cadenas de rodillos, como los engranajes de las bicicletas. Se usan para la transmisión de potencia de la polea antideslizante.
  • Engranaje planetario
    Los engranajes planetarios, también llamados trenes de engranajes epicicloidales, se utilizan en aplicaciones complejas que requieren una transmisión de par suave, como los trenes de tracción y las transmisiones de los automóviles. El engranaje rectángulo utilizado por los engranajes planetarios se llama “espolón solar”, que está rodeado por más de tres engranajes exteriores llamados “engranajes planetarios”.
  • Engranaje Cónico
    Los engranajes cónicos tienen una forma cónica, lo que les permite entrelazarse con otros engranajes perpendicularmente, lo que los hace útiles para aplicaciones de torsión de ruedas traseras. Los engranajes cónicos tienen dientes rectos o curvos, en cuyo caso se llaman engranajes cónicos espirales. Los dientes curvos son útiles para la reducción de la velocidad de máquinas de proceso como maquinaria de embalaje, telares textiles, sistemas de manipulación de materiales y sistemas de transporte.
  • Engranaje acanalado
    Los engranes estriados son cilíndricos o en forma de varilla con dientes rectos que les permiten transmitir el movimiento lateralmente al encajar en el interior de los dispositivos o engranes internos.
  • Engranaje helicoidal
    Los engranajes helicoidales son engranajes de rotación rápida capaces de soportar cargas pesadas de forma eficiente y suave. Presentan dientes inclinados hacia el eje del eje y posicionados como una hélice, de ahí su nombre. Más silenciosos que muchos otros engranajes, incluidos los engranajes rectos, los engranajes helicoidales son populares en aplicaciones que presentan tanto cargas radiales como de empuje.
  • Engranaje Espiral de Cremallera y Piñón
    Los engranajes de cremallera y piñón tienen una cremallera engranada con un piñón. Una cremallera es una barra o varilla dentada con un radio de curvatura infinito. Cuando está engranada con un piñón, a medida que éste gira, la cremallera se mueve en línea recta y convierte el par en una fuerza lineal. Los engranajes rectos de cremallera y piñón son componentes comunes de los ferrocarriles de cremallera y los automóviles. En estos últimos, convierten la rotación del volante en el movimiento de izquierda a derecha de los tirantes.
  • Engranaje de tornillo sin fin
    Los engranajes de tornillo sin fin son un tipo de engranaje helicoidal con un ángulo de hélice mayor, cercano a los 90 grados, y un cuerpo largo en dirección axial. Estas características hacen que los engranajes de tornillo sin fin se parezcan a los tornillos. La mejor manera de distinguir un engranaje de tornillo sin fin de un engranaje helicoidal normal es mirando sus dientes. Si incluso un solo diente persiste durante una rotación completa alrededor de la hélice, es un tornillo sin fin, no un engranaje helicoidal. Los engranajes de tornillo sin fin son valorados por su alto par, su baja velocidad y su simplicidad y compactibilidad.
  • Engranaje diferencial
    Los engranajes diferenciales tienen dos ejes que pueden ser ajustados independientemente en ángulo y dirección. Los engranajes diferenciales están diseñados para engranar y trabajar uno con otro a una velocidad controlada para producir una cantidad deseada de par. En su mayoría, los engranajes diferenciales se utilizan en los automóviles.

Cuidado adecuado de los engranajes industriales
Hay varias maneras de cuidar sus engranajes y asegurarse de que vivan una larga y fructífera vida laboral.

Lea las etiquetas
Primero, siempre lee el etiquetado y la información que viene con tu caja de cambios. Revisa las clasificaciones para comprobar que tu caja de cambios coincide con tus intenciones.

Limite el contacto con el polvo
El polvo y otras partículas que flotan en el aire pueden realmente dañar tus engranajes si permites que se acumulen. Para prevenir esto, comience por limitar el polvo y la contaminación en su instalación de producción. Los sistemas que pueden ayudar a la calidad del aire incluyen: cortinas de aire, aspiradoras y sistemas de manejo del polvo. Estos no sólo deberían eliminar las partículas del aire, sino también de las casas que han encontrado en los rincones de sus máquinas y sus engranajes.

Limitar el contacto con fluidos
Asimismo, asegúrese de mantener los líquidos y fluidos como el agua y los productos químicos lejos de sus equipos. Permitir que hagan contacto puede causar que el sistema funcione mal, se corroa, se oxide o cambie de otra manera.

Una forma de mantener a raya los líquidos es comprobar regularmente los sellos de los ejes para asegurarse de que no se han roto. Los sellos rotos provocan fugas, que no sólo pueden causar el contacto con el líquido, sino que también causan mayores gastos de combustible y dificultan el funcionamiento.

Lubrique sus engranajes
Otra forma de mantener tus engranajes saludables es aplicando regularmente lubricante. Esto previene la fricción y todos los problemas que la acompañan, incluyendo la reducción de la velocidad de trabajo. Siempre asegúrese de consultar con su fabricante antes de usar un lubricante, ya que no todos los lubricantes son adecuados para diferentes engranajes.

No permita el sobrecalentamiento
Por último, nunca permitas que el motor en el que trabajan tus engranajes se sobrecaliente. El sobrecalentamiento puede llevar a muchos problemas, como un proceso inadecuado, sobrecarga y contaminantes en el eje de los engranajes o los dientes. Para asegurarse de que sus engranajes no se sobrecalienten, compruebe regularmente el motor.

Normas
Como la mayoría de los mecanismos industriales, los estándares a los que deben adherirse sus engranajes dependen de su industria, aplicación y región. Por ejemplo, si su aplicación es en la producción de alimentos y en los Estados Unidos, debe ser aprobada por la FDA.

En los Estados Unidos, una de las organizaciones de estándares de engranajes más valoradas es la Asociación Americana de Fabricantes de Engranajes. AGMA también ayuda a establecer las normas ISO americanas. Le recomendamos encarecidamente que pregunte por los engranajes certificados por AGMA, tanto si su industria o aplicación lo requiere como si no.

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