¿Qué son los engranes de Piñón y cremallera y cómo se diseñan?

Los sistrmas de engranes de íñon y cremallera se utilizan para convertir el movimiento giratorio en movimiento lineal. Una cremallera tiene dientes rectos cortados en una superficie de una sección cuadrada o redonda de la barra y funciona con un piñón, que es un engranaje cilíndrico pequeño que se engrana con la cremallera.

En general, la cremallera y el piñón se denominan colectivamente “cremallera y piñón”. Hay muchas formas de usar engranajes. Por ejemplo, como se muestra en la imagen, se usa un engranaje con la cremallera para girar un eje paralelo.

Si la aplicación requiere una larga longitud que requiere múltiples cremalleras en serie, tenemos bastidores con las formas de los dientes configuradas correctamente en los extremos. Estos se describen como “cremalleras con extremos mecanizados”. Cuando se produce una cremallera, el proceso de corte de dientes y el proceso de tratamiento térmico pueden hacer que intente salir de la realidad. Podemos controlar esto con prensas especiales y procesos correctivos.

Hay aplicaciones en las que la cremallera es estacionaria, mientras el piñón atraviesa y otras donde el piñón gira sobre un eje fijo mientras la cremallera se mueve. El primero se usa ampliamente en sistemas de transporte, mientras que el segundo se puede usar en sistemas de extrusión y aplicaciones de elevación / descenso.

Como elemento mecánico para transferir el movimiento rotativo a lineal, las cremalleras de engranajes a menudo se comparan con los husillos de bolas. Hay ventajas y desventajas para usar cremalleras en lugar de tornillos de bola. Las ventajas de una cremallera son su simplicidad mecánica, gran capacidad de carga y sin límite de longitud, etc. Sin embargo, una desventaja es la reacción. Las ventajas de un husillo de bolas son la alta precisión y menor holgura, mientras que sus defectos incluyen el límite de longitud debido a la desviación.

La cremallera y los piñones se utilizan para mecanismos de elevación (movimiento vertical), movimiento horizontal, mecanismos de posicionamiento, topes y para permitir la rotación sincrónica de varios ejes en maquinaria industrial en general. Por otro lado, también se utilizan en sistemas de dirección para cambiar la dirección de los automóviles. Las características de los sistemas de piñón y cremallera en la dirección son las siguientes: estructura simple, alta rigidez, pequeña y ligera, y excelente capacidad de respuesta. Con este mecanismo, el piñón, montado en el eje de dirección, se engrana con una cremallera de dirección para transmitir el movimiento giratorio posteriormente (convirtiéndolo en movimiento lineal) para que pueda controlar la rueda. Además, la cremallera y los piñones se utilizan para otros fines, como juguetes y puertas laterales deslizantes.

Diseño y fórmulas

En el sector atomotriz

El mecanismo de dirección se utiliza para cambiar la dirección de los automóviles y se clasifican principalmente en tipos de cremallera y piñón.

De estos dos, el mecanismo de dirección tipo piñón y cremallera se ha convertido en la corriente principal utilizada en muchos automóviles pequeños. Su construcción es simple con otras características como peso ligero, alta resistencia, baja fricción, capacidad de respuesta superior, etc.

El mecanismo de dirección de tipo cremallera y piñón consiste en un piñón unido a la punta del eje de dirección en el que está montado el volante. El piñón está engranado con una cremallera para que el movimiento del mango gire el piñón que a su vez mueve la cremallera lateralmente. La rueda se mueve hacia la izquierda y hacia la derecha a través del sistema de tirantes conectados a los extremos del bastidor.

¿Qué es un engrane cónico y cómo se diseña?

Los engranes cónicos son empleados comúnmente para transmision de potencia entre dos arboles cuyos ejes se cortan, Los ángulos pueden cortarse a cualquier ángulo, el más empleado es el de 90°.

Son muy parecidos a los conos rodantes que tienen el mismo ápice. Los dientes son de la misma forma que la de los dientes de engranes rectos, pero son un poco más delgados hacia el ápice del cono.

La ventaja de esto es que muchos términos de ángulos rectos aplica también para engranes cónicos

Fórmulas de trabajo de engranes cónicos

¿Qué es un Engranaje Helicoidal y cómo se diseñan?

Los engranajes helicoidales y cónicos-helicoidales están diseñados para aplicaciones difíciles tales como los transportadores en la minería, plantas papeleras, extrusoras, coladas continuas o grúas de puertos.

Estos engranajes deben proporcionar un alto nivel de fiabilidad operativa en condiciones difíciles, como entornos calientes, húmedos y polvorientos, a velocidad muy baja y con cargas pesadas. El reto consiste en mejorar el rendimiento, haciendo posible al mismo tiempo una producción modular rentable.

Los engranajes helicoidales ofrecen un refinamiento sobre los engranajes rectos. Los bordes de los dientes no son paralelos al eje de rotación, pero están posicionados en angulo. Ya que el engranaje es curvo, este angulo causa que la forma del diente pertenezca al segmento de una hélice. Engranajes helicoidales pueden ser acoplados en paralelo u orientación cruzada. La primera se refiere a cuando los ejes están en paralelo; esta es la orientación mas común. En la segunda, los ejes no son paralelos.

Para dientes en angulo se acoplan de manera mas gradual que los engranajes de diente recto lo que causa una operación mas suave y sin ruido.

En engranajes helicoidales paralelos, cada par de dientes hace contacto en un solo punto del engranaje; una curva móvil de contacto crece gradualmente a lo largo de la cara del diente hasta un cierto máximo después del cual disminuye hasta terminar contacto en un solo punto en el lado opuesto.

En engranajes rectos los dientes se acoplan súbitamente en una línea de contacto a lo largo de todo el ancho lo que causa stress y ruido. Engranajes rectos generan un sonido característico a altas velocidades y no pueden soportar tanta torsión como los engranajes helicoidales.

Mientras que engranajes de ángulo recto son usados en aplicaciones de baja velocidad y situaciones donde el control de ruido no es un problema, el uso de engranajes helicoidales es indicado cuando la aplicación requiere alta velocidad o gran transmisión de potencia.

Angulo

El ángulo β que forma el dentado con el eje axial deriva de la hélice, es importante considerar que el ángulo tiene que se igual para las dos ruedas que engranan pero de orientación contraria.

El valor se establece de acuerdo con la velocidad que tenga la transmisión:

  • Velocidad lenta: β = 5° a 10°.
  • Velocidad normal: β= 15° a 25°.
  • Velocidad elevada: β = 30°.

¿Qué son los engranajes planetarios y cómo funcionan?

Los engranajes planetarios es un conjunto de engranajes con el eje de entrada y el eje de salida alineados. Se utiliza una caja de engranajes planetarios para transferir el mayor par en la forma más compacta (conocida como densidad de par).

El centro de aceleración de la bicicleta es un gran ejemplo de un mecanismo de rueda planetaria: ¿Alguna vez se ha preguntado cómo puede obtener tanta potencia y capacidades en un centro tan pequeño? Para un cubo de tres velocidades, se utiliza un sistema de engranaje planetario de una etapa, para un cubo de cinco velocidades de 2 etapas. Cada sistema de engranaje planetario tiene un estado de reducción, un acoplamiento directo y un modo de aceleración.

En términos matemáticos, la relación de reducción más pequeña es 3: 1, la más grande es 10: 1. En una relación de menos de 3, el engranaje solar se vuelve demasiado grande contra los engranajes del planeta. En una proporción superior a 10, la rueda solar se vuelve demasiado pequeña y el par caerá. Las relaciones son generalmente absolutas, es decir, un número entero.

¿Dónde se utilizan los sistemas de engranajes planetarios?

Los engranajes planetarios a menudo se usan cuando el espacio y el peso son un problema, pero se necesita una gran cantidad de reducción de velocidad y torque. Este requisito se aplica a una variedad de industrias, incluidos tractores y equipos de construcción, donde se necesita una gran cantidad de torque para conducir las ruedas. Otros lugares donde encontrará juegos de engranajes planetarios incluyen motores de turbina, transmisiones automáticas e incluso destornilladores eléctricos.

Los sistemas de engranajes planetarios pueden producir una gran cantidad de torque porque la carga se comparte entre múltiples engranajes planetarios. Esta disposición también crea más superficies de contacto y un área de contacto más grande entre los engranajes que un sistema de engranaje de eje paralelo tradicional. Debido a esto, en la carga se distribuye de manera más uniforme y, por lo tanto, los engranajes son más resistentes al daño.

La forma más básica de engranaje planetario implica tres conjuntos de engranajes con diferentes grados de libertad. Los engranajes planetarios giran alrededor de los ejes que giran alrededor de un engranaje solar, que gira en su lugar. Una corona dentada une los planetas en el exterior y está completamente fija. La concentricidad del planeta que se agrupa con el sol y los engranajes anulares significa que el par se realiza a través de una línea recta. Muchos trenes de potencia son “cómodos” alineados en línea recta, y la ausencia de ejes compensados ​​no solo disminuye el espacio, sino que elimina la necesidad de redirigir la potencia o reubicar otros componentes.

En una configuración planetaria simple, la potencia de entrada gira el engranaje solar a alta velocidad. Los planetas, espaciados alrededor del eje central de rotación, se engranan con el sol y con la corona dentada fija, por lo que se ven obligados a orbitar a medida que ruedan. Todos los planetas están montados en un solo miembro giratorio, llamado jaula, brazo o portador. A medida que el porta planetas gira, ofrece una salida de baja velocidad y alto par.

Relación entre los engranajes en un sistema de engranajes planetarios

Para determinar la relación entre el número de dientes del engranaje solar (za), los engranajes planetarios B (zb) y el engranaje interno C (zc) y el número de engranajes planetarios N en el sistema, estos parámetros deben satisfacer el siguientes tres condiciones:

Condición No.1

zc = za + 2 zb (17.1)
Esta es la condición necesaria para que las distancias centrales de los engranajes coincidan. Dado que la ecuación es verdadera solo para el sistema de engranajes estándar, es posible variar el número de dientes usando diseños de engranajes desplazados de perfil.
Para usar engranajes desplazados de perfil, es necesario hacer coincidir la distancia central entre el sol A y los engranajes del planeta B, a1, y la distancia central entre el planeta B y los engranajes internos C, α2.
α1 = α2 (17.2)

Condición No.2

fórmula-17.3


Esta es la condición necesaria para colocar engranajes planetarios espaciados uniformemente alrededor del engranaje solar. Si se desea una colocación desigual de engranajes planetarios, entonces se debe satisfacer la ecuación (17.4).

fórmula-17.4


Donde θ : la mitad del ángulo entre engranajes planetarios adyacentes (°)

Fig.17.2 Condiciones para seleccionar engranajes

Condición No.3

fórmula-17.5
fórmula-17.6


Satisfacer esta condición asegura que los engranajes planetarios adyacentes puedan operar sin interferir entre sí. Esta es la condición que debe cumplirse para un diseño de engranaje estándar con la misma colocación de engranajes planetarios. Para otras condiciones, el sistema debe satisfacer la relación:

Donde:
dab: Diámetro de la punta de los engranajes planetarios
α1: Distancia central entre el sol y los engranajes planetarios
Además de las tres condiciones básicas anteriores, puede haber un problema de interferencia entre el engranaje interno C y los engranajes del planeta B. Vea la Sección 4.2 Engranajes internos

⚙ ¿Qué es un Sprocket y cómo se diseñan? ⚙


Las ruedas dentadas o sprockets son piezas giratorias con dientes que se usan junto con una cadena y, casi siempre, al menos una con otra. Piñón para transmitir el par. Los sprockets y la cadena se pueden usar para cambiar la velocidad, el par o la dirección original de un motor.

La forma del diente de una rueda dentada se deriva de la trayectoria geométrica descrita por el rodillo de la cadena a medida que se mueve a través de la línea de cabeceo y el círculo de cabeceo para una rueda dentada y un paso de cadena determinados. La forma de la forma del diente está matemáticamente relacionado con el paso de cadena (P), el número de dientes en la rueda dentada (N) y el Diámetro del rodillo (Dr). Las fórmulas para la curva de asiento, el radio R y el radio de la curva de cobertura F Incluya los espacios libres necesarios para permitir un acoplamiento suave entre los rodillos de la cadena y la rueda dentada dientes.

Tipos de eje de Sprocket

Tipo de eje indica el núcleo de la rueda dentada. Cada tipo está diseñado para una necesidad específica.

  • El tipo A no tiene un eje como parte de la rueda dentada. La rueda debe montarse en una brida, eje u otro dispositivo de sujeción.
  • El tipo B tiene el eje que se extiende a un lado de la rueda. Este tipo se encuentra generalmente en piñones de tamaño pequeño e intermedio.
  • El tipo C tiene un eje de igual longitud en ambos lados de la rueda. El tipo C generalmente se encuentra en piñones de gran diámetro o muy pesados.El tipo C también es más común para piñones de clase de ingeniería.
  • C Offset indica un cubo de dos lados que está descentrado porque las longitudes del eje no son iguales

Dimensiones de los dientes de los Sprockets

Qué son los engranes y cuál es su función y cómo se diseñan?

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La función de un engrane radica en la transmisión de movimiento ya sea rotatorio o reciprocante de una maquinaria a otra y donde requiere reducir o aumentar las revoluciones de un eje

Los engranes se caracterizan por ser cilíndricos o conos rodantes que poseen dientes en la superficie de contacto para que se genere un movimiento positivo

Los engranes son los mas eficaces debido a su durabilidad y resistencia de todos los transmisores mecánicos. Es por eso que se utilizan engranes en lugar de bandas o cadenas en transmisiones automotrices a excepción de la transmisión CVT que se acciona por una correa o como las bicicletas

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