ENGRANAJES Y LEVAS

ENGRANAJES Y LEVAS

Desde épocas muy remotas se han utilizado cuerdas y elementos fabricados de madera para solucionar los problemas de transporte, impulsión, elevación y movimiento; debido a que uno de los problemas principales de la Ingeniería Mecánica es la transmisión de movimiento entre un conjunto motor y  máquinas conducidas. El inventor de los engranajes en todas sus formas fue Leonardo da Vinci, quien a su muerte en la Francia de 1519, dejó para la humanidad sus valiosos dibujos y esquemas de muchos de los mecanismos que hoy utilizamos diariamente.  

Cabe destacar que los engranajes se trata de uno de los mecanismos de transmisión, más antiguos que se conocen. Estos son utilizados en la transmisión de movimiento rotatorio y movimiento de torsión entre ejes.

Es importante señalar que este sistema posee grandes ventajas con respecto a las correas y poleas como la reducción del espacio ocupado, relación de transmisión más estable (no existe posibilidad de resbalamiento), posibilidad de cambios de velocidad automáticos y, sobre todo, mayor capacidad de transmisión de potencia. Sus aplicaciones son muy numerosas, y son de vital importancia en el mundo de la mecánica en general y del sector del automóvil en particular.

Por otra parte, en esta investigación se presenta la recaudación de información de lo que es el extenso e interesante tema de las levas mecánicas, conociéndolas como un tipo de mecanismo que me permite realizar un movimiento concreto a un seguidor, estas pueden ser de (madera, metal, plástico,...); y su funcionamiento depende del tipo de movimiento que se le desea imprimir al seguidor, ya sea de rotación o se traslación. Cabe resaltar que, el objetivo es conocer un poco más el concepto que nosotros tenemos de levas, de relacionarlos más con las mismas y de saber cómo se clasifican y cuantos tipos existen.

Por esta razón, se hace necesario el estudio de los mecanismos mencionados anteriormente, ya que son mecanismos necesarios y útiles en nuestra vida cotidiana.

• Engranajes :

Se denomina engranaje al mecanismo utilizado para transmitir potencia mecánica entre las distintas partes de una máquina. Los engranajes están formados por dos ruedas dentadas, de las cuales a la de mayor diámetro se le denomina corona y al de menor diámetro piñón. Un engranaje sirve para transmitir movimiento circular mediante contacto de ruedas dentadas. Una de las aplicaciones más importantes de los engranajes es la transmisión del movimiento desde el eje de una fuente de energía, como puede ser un motor de combustión interna o un motor eléctrico, hasta otro eje situado a cierta distancia y que ha de realizar un trabajo. De manera que una de las ruedas está conectada por la fuente de energía y es conocido como engranaje motor y la otra está conectada al eje que debe recibir el movimiento del eje motor y que se denomina engranaje conducido. Si el sistema está compuesto de más de un par de ruedas dentadas, se denomina tren de engranajes.[pic 1]

En otras palabras, los engranajes son los que permite transmitir un movimiento giratorio entre dos ejes, pudiendo modificar las características de velocidad y sentido de giro. Es importante señalar que, cuando el piñón mueve la rueda se tiene un sistema reductor de velocidad, mientras que cuando la rueda mueve el piñón se trata de un sistema multiplicador de velocidad. Obviamente, el hecho de que una rueda tenga que engranar con otra para poder transmitir potencia entre dos ejes hace que el sentido de giro de éstos sea distinto. Cabe destacar que, en todo engranaje son necesarias, a menos, dos ruedas dentadas; por tanto, no es correcto llamar engranaje a una sola rueda dentada. Igualmente, que Los engranajes se utilizan sobre todo para transmitir movimiento giratorio, pero usando engranajes apropiados y piezas dentadas planas pueden transformar movimiento alternativo en giratorio y viceversa.

• Engranajes Rectos:

[pic 2]Es el tipo más común de engranajes. Estos están caracterizados por tener ejes paralelos y dientes rectos, ellos deben ser montados en ejes paralelos para que los dientes encajen con los de los otros engranajes. Consta de una rueda o cilindro dentado empleado para transmitir un movimiento giratorio o alternativo desde una parte de una máquina a otra. El engranaje motriz se denomina piñón, y el engranaje conducido rueda.

Su funcionamiento consiste en que el engranaje motriz (piñón) gira en un sentido, gracias a un motor, y al estar en contacto con el segundo engranaje (rueda) hace que éste se mueva en sentido contrario. La velocidad con que gire la rueda dependerá de la velocidad del piñón y de sus diámetros. Una de las desventajas de los engranajes de dientes rectos es que hacen mucho ruido cuando se utilizan a altas velocidades y su diseño pone mucho estrés en los dientes del engranaje. Por esta razón, este tipo de engranaje se le conoce como engranajes de baja velocidad.

En consecuencia, si consideramos dos ruedas dentadas engranadas, de número de dientes "z1" y "z2" que giran a una velocidad (r.p.m.) "n1" y "n2" respectivamente, se cumple: n1 x z1 = n2 x z2 .De donde se deduce que los números de dientes son inversamente proporcionales a las velocidades (r.p.m.) y, por tanto, para que el mecanismo actúe como reductor de velocidad, la polea motriz ha de tener menor número de dientes que la polea conducida. En caso contrario actuará como mecanismo multiplicador.

Por otra parte, para el cálculo de la relación de transmisión entre engranajes se tiene en cuenta el número de dientes de cada rueda en vez de su diámetro (igual que en la transmisión cadena-piñón) cumpliéndose que:

[pic 3]

• Características de los engranajes rectos:

• Módulo: el módulo de un engranaje es una característica de magnitud que se define como la relación entre la medida del diámetro primitivo expresado en milímetros y el número de dientes. En los países anglosajones se emplea otra característica llamada Diametral Pitch, que es inversamente proporcional al módulo. El valor del módulo se fija mediante cálculo de resistencia de materiales en virtud de la potencia a transmitir y en función de la relación de transmisión que se establezca. El tamaño de los dientes está normalizado. El módulo está indicado por números. Dos engranajes que engranen tienen que tener el mismo módulo. [pic 4]

• Circunferencia primitiva: es la circunferencia a lo largo de la cual engranan los dientes. Con relación a la circunferencia primitiva se determinan todas las características que definen los diferentes elementos de los dientes de los engranajes.
  [pic 5]

• Paso circular: es la longitud de la circunferencia primitiva correspondiente a un diente y un vano consecutivos.

[pic 6][pic 7]

• Espesor del diente: es el grosor del diente en la zona de contacto, o sea, del diámetro primitivo.[pic 8]

• Número de dientes: es el número de dientes que tiene el engranaje. Se simboliza como Z. Es fundamental para calcular la relación de transmisión. El número de dientes de un engranaje no debe estar por debajo de 18 dientes cuando el ángulo de presión es 20º ni por debajo de 12 dientes cuando el ángulo de presión es de 25º. [pic 9]

[pic 10]

• Diámetro exterior: es el diámetro de la circunferencia que limita la parte exterior del engranaje.
  
  [pic 11]
• Diámetro interior: es el diámetro de la circunferencia que limita el pie del diente.
  
  [pic 12]
• Pie del diente: también se conoce con el nombre de dedendum. Es la parte del diente comprendida entre la circunferencia interior y la circunferencia primitiva.  
  [pic 13]
• Cabeza del diente: también se conoce con el nombre de adendum. Es la parte del diente comprendida entre el diámetro exterior y el diámetro primitivo.
  [pic 14]
• Flanco: es la cara interior del diente, es su zona de rozamiento. 
  
• Altura del diente: es la suma de la altura de la cabeza más la altura del pie
  
• Largo del diente: es la longitud que tiene el diente del engranaje.
  
• Distancia entre centro de dos engranajes: es la distancia que hay entre los centros de las circunferencias de los engranajes.
  
• Relación de transmisión: es la relación de giro que existe entre el piñón conductor y la rueda conducida. La Rt puede ser reductora de velocidad o multiplicadora de velocidad. La relación de transmisión recomendada tanto en caso de reducción como de multiplicación depende de la velocidad que tenga la transmisión con los datos orientativos que se indican:

• Velocidad lenta: [pic 15]
• Velocidad normal : [pic 16]
• Velocidad elevada: [pic 17]

Hay dos tipos de engranajes, los llamados de diente normal y los de diente corto cuya altura es más pequeña que el considerado como diente normal. En los engranajes de diente corto, la cabeza del diente vale[pic 18], y la altura del pie del diente vale ([pic 19]) siendo el valor de la altura total del diente[pic 20].

• Tren de Engranajes:

[pic 21] 

             Con engranajes también se pueden conseguir disminuciones o aumentos significativos de la velocidad de giro de los ejes sin más que montar un tren de engranajes. En el dibujo siguiente puede verse que las velocidades de giro de los ejes (N1, N2, N3 y N4) se van reduciendo a medida que se engrana una rueda de menor número de dientes a una de mayor número. Recordar que, las ruedas B y C tienen que girar solidarias entre sí (conectadas al mismo eje), y lo mismo sucede con D y E.     En este caso la relación de transmisión se calcula multiplicando entre sí las diferentes relaciones que la forman:

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