Aplicación de sistemas mecánicos de transmisión y transformación.

Sistemas mecánicos de transmisión y 

transformación

EL AUTOMÓVIL:

Los automóviles se impulsan y se controlan a través de una complicada interacción entre diversos sistemas. Este diagrama muestra las partes de un automóvil con motor de gasolina y transmisión manual (el filtro del aire y el carburador fueron extraídos para mostrar las partes que hay debajo, pero suelen estar en el hueco sobre el colector de entrada). Los principales sistemas del auto son el sistema de energía, la transmisión, y el tren de rodaje y el control. Cada una de estas categorías incluye subsistemas, como se muestra en el dibujo. El sistema de energía incluye los subsistemas del motor, del combustible, eléctrico, de escape, de lubricación y de refrigeración. 

El sistema de transmisión incluye los de cambio y transmisión, incluyendo el embrague (clotch), el diferencial, y el cigüeñal. La suspensión, los amortiguadores, las ruedas y los neumáticos, son todos parte del tren de rodaje. La dirección y los frenos son las componentes principales del sistema de control, con el que el conductor dirige el automóvil. 

  

Transmisión

La potencia de los cilindros se transmite en primer lugar al volante del motor y posteriormente al embrague (clutch) que une el motor con los elementos de transmisión, donde la potencia se transfiere a la caja de cambios o velocidades. En los automóviles de tracción trasera se traslada a través del árbol de transmisión (flecha cardán) hasta el diferencial, que impulsa las ruedas traseras por medio de los palieres o flechas. En los de tracción delantera, que actualmente constituyen la gran mayoría, el diferencial está situado junto al motor, con lo que se elimina la necesidad del árbol de transmisión.

Diferencial

Los engranajes del diferencial permiten que las ruedas motrices de un vehículo giren a velocidades distintas en las curvas y otros cambios de trayectoria. El árbol de transmisión del motor acciona la corona, que a su vez pone en movimiento los semiejes o palieres que impulsan las ruedas. Cuando el vehículo se desplaza en línea recta, los engranajes llamados satélites no giran, y la corona mueve las dos ruedas a idéntica velocidad. Pero cuando describe una curva, los satélites giran en sentidos opuestos, y esto hace que la rueda que recorre el interior de la curva gire más despacio que la otra.

Video de Ilustración 

Campos de aplicación de los engranajes

Aplicación de los engranajes

Existe una gran variedad de formas y tamaños de engranajes, desde los más pequeños usados en relojería e instrumentos científicos (se alcanza el módulo 0,05) a los de grandes dimensiones, empleados, por ejemplo, en las reducciones de velocidad de las turbinas de vapor de los buques, en el accionamiento de los hornos y molinos de las fábricas de cemento, etc. El campo de aplicación de los engranajes es prácticamente ilimitado. Los encontramos en las centrales de producción de energía eléctrica, hidroeléctrica y en los elementos de transporte terrestre: locomotoras, automotores, camiones, automóviles, transporte marítimo en toques de todas clases, aviones, en la industria siderúrgica: laminadores, transportadores, etc., minas y astilleros, fábricas de cemento, grúas, montacargas, máquinas-herramientas, maquinaria textil, de alimentación, de vestir y calzar, industria química y farmacéutica, etc., hasta los más simples movimientos de accionamiento manual. Toda esta gran variedad de aplicaciones del engranaje puede decirse que tiene por única finalidad la transmisión de la rotación o giro de un eje a otro distinto, reduciendo o aumentando la velocidad del primero, constituyendo los llamados “reductores o multiplicadores de velocidad” y los “cambios de velocidades”. Una variedad muy interesante de todos estos mecanismos la constituyen los llamados “trenes epicicloidales” y los “diferenciales”.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA TRANSMISIÓN POR ENGRANES

• Debido a la forma curva de los perfiles de los dientes es de envolvente o cicloidal el movimiento transmitido por un par de ruedas dentadas es de rodadura pura.

• Además la relación de rotaciones con velocidad angular de la transmisión engranajes, es uniforme. Por esta razón se aplica como reductor o multiplicador de velocidades en máquinas en las que se requiere una velocidad específica y que no tenga alteraciones o fluctuaciones de velocidad.

• Los engranes proporcionan a las máquinas una gradación utilizable de relaciones de velocidad.

• Los engranes permiten grandes transmisiones de potencia desde el eje de una fuente de energía hasta otro eje situado a cierta distancia y que ha de realizar un trabajo sin perdidas de energía.

• Los engranes tienen como desventaja que no pueden transmitir potencia entre distancias grandes entre centros para estos casos se utiliza poleas o cadenas.

• Los engranes tienen un costo elevado comparado con los otros tipos de transmisión por cadenas y las poleas.

Ruedas dentadas

Parámetros y características de los engranajes con dientes rectos

Obviamente para que en un sitema de engranajes se endenten o se engranen unos con otros, el tamaño de los dientes deberá ser el mismo para todas las ruedas.

Al número de dientes de una rueda se le denominará con la letra "Z". Se denominará paso "p" a la distancia entre dos dientes consecutivos.

La circunferencia primitiva o diámetro primitivo "dp", sobre e que se supone que las ruedas realizan la transmisión, está relacionado con otro parámetro importante denominado módulo "m", que es la relación entre el diámetro primitivo y el número de dientes. Tanto el módulo como el paso se expresarán en unidades de longitud (mm).

m=dp/Z      p=p* m

El valor del módulo suele ser un número entreo o fracción sencilla.

Por su parte, la altura total del diente "h" se divide generalmente en dos partes:

* La altura de la cabez del diente "hc" que normalmente toma como valor :hc=m 

* La altura de fondo o pie del diente que normalmente toma como valor: hf=1,25*m

Conocido el diámetro primitivo y la altura total del diente "h", se puede determinar el diámetro exterior "de" y el diámetro de fondo "df":

h=hc+hf=2,25*m 

de=dp+2*hc=dp+2*m 

df=dp-2*hf=dp-2,5*m

Finalmente, queda por mencionar la longitud del diente "B", que suele tener también un valor normalizado de B=10*m

Todos los valores anteriotes se pueden observar gráficamente en la figura.

Transmisión simple

Cuando el movimiento se transmite directamente entre dos ejes se trata de un sistema de transmisión simple.

m=dp1/Z1      m=dp2/Z2 igualando ambas expresiones dp1/dp2=Z1/Z2

n1*dp1=n2*dp2

n2/n1=dp1/dp2=Z1/Z2

n1*Z1=n2*Z2

Donde Z1 y Z2 es el número de dientes de la rueda conductora y conducida respectivamente y, n1 y n2 la velocidad de giro en ambos ejes en r.p.m. 

Por su parte, la relación de transmisión "i" del sistema así como la distancia "c" entre ejes, será igual a:

i=velocidad de salida/velocidad de entrada=n2/n1=Z1/Z2

c=(dp1+dp2)/2

Transmisión Compuesta

En este caso la transmisión se realiza entre más de dos ejes simultáneamente, para lo cual será necesario que en cada uno de los ejes intermedios vayan montadas obligatoriamente dos ruedas dentadas (Z2 y z2). Una de ellas engrana con la rueda motriz, que es la que proporciona el movimiento, mientras que la otra conecta con el eje siguiente al que arrastra.

n1 * z1 = n2 * z2

n2 * Z2 =n3 *z3

i = i1,2 * i2,3 = (z1/Z2) * (z2/z3) = (n2/n1) * (n3/n2)

i = n3/n1 = (z1/Z2) * (z2/z3)

Video de Ilustración

Sistemas de engrananajes mas conocidos

                             



                                               SISTEMA DE ENGRANAJES

1) Ruedas dentadas

2) Engranajes rectos

3) Engranajes helicoidales 

4) Engranajes cónicos 

RUEDAS DENTADAS

Se trata de uno de los mecanismos de transmisión, conjuntamente con las poleas, más antiguos que se conocen. Los engranajes son mecanismos utilizados en la transmisión de movimiento rotatorio y movimiento de torsión entre ejes.

Este sistema posee grnades ventaja con respecto a las correas y poleas: 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.

Se trata de un sistema reversible capaz de transmitir potencia en ambos sentidos, en el que no son necesarios elementos intermedios como correas y cadenas para transmitir el movimiento de un eje a otro.

En un sistema de este tipo se le suele llamar rueda al engranaje de mauor diámetro y piñón al más pequeño. 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 sitema multiplicador de velocidad. Obviamente, el hecho de que una rueda tenga que endentar con otra para poder transmitir potencia entre dos ejes hace que el sentido de giro de éstos sea distinto. 

En función de la forma de sus dientes y de la del propio engranje, éstos pueden ser:

* Engranajes rectos. 

* Engranajes helicoidales. 

* Engranajes cónicos.

Engranajes rectos

Son engranajes cilíndricos de dientes rectos y van colineales con el propio eje de la rueda dentada. Se utilizan en transmisiones de ejes paralelos formando así lo que se conoce con el nombre de trenes de engranajes. Este hecho hace que sean unos de los más utilizados, pues no en vano se pueden encontrar en cualquier tipo de máquina: relojes, juguetes, máquinas herramientas, etc.

Engranajes helicoidales

Son aquéllos cuyos dientes están dispuestos siguiendo la trayectoria de hélices paralelas alrededor de un cilindro. Estos engranajes pueden transmitir movimiento (potencia) entre ejes paralelos o entre ejes que se cruzan en cualquier dirección (incluso perpendiculares). Debido a su forma geométrica, su construcción resulta más cara que los anteriores y se utiliza en aplicaciones específicas tales como: cajas de cambios, cadenas cinemáticas, máquinas herramientas, etc. 

En este caso, el sistema de engrane de sus dientes proporciona una marcha más suave que la de los engranajes rectos, lo cual hace que se trate de un sistema más silencioso, con una transmisión de fuerza y de movimiento más uniforme y segura.

Engranajes cónicos

Se utilizan para transmitir movimiento entre ejes perpendiculares, aunque también se fabrican formando ángulos diferentes a 90 grados.

Se trata de ruedas dentadas en forma de troncos de cono, con dientes tallados en una de sus superficies laterales. Dichos dientes pueden ser rectos o curvos (hipoides), siendo estos últimos muy utilizados en sistemas de transmisión para automóviles.

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Importancia de los sistemas de engranajes

Engranaje

Se denomina engranaje al mecanismo utilizado para transmitir potencia de un componente a otro dentro de una maquina. Los engranajes están formados por dos ruedas dentadas, de las cuales la mayor se denomina corona y la menor piñón. Un engranaje sirve para transmitir movimiento circular mediante el 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 conocida 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.

La principal ventaja que tienen las transmisiones por engranaje respecto de la transmisión por poleas es que no patinan como las poleas, con lo que se obtiene exactitud en la relación de transmisión.

Tipos de engranajes

La principal clasificación de los engranajes se efectúa según la disposición de sus ejes de rotación y según los tipos de dentado. Según estos criterios existen los siguientes tipos de engranajes:

Ejes paralelos

• Cilíndricos de dientes rectos
• Cilíndricos de dientes helicoidales
• Doble helicoidales

Ejes perpendiculares

• Helicoidales cruzados
• Cónicos de dientes rectos
• Cónicos de dientes helicoidales
• Cónicos hipoides
• De rueda y tornillo sin fin

Por aplicaciones especiales se pueden citar

• Planetarios
• Interiores de cremallera

Por la forma de transmitir el movimiento se pueden citar

• Transmisión simple
• Transmisión con engranaje loco
• Transmisión compuesta. Tren de engranajes

Transmisión mediante cadena o polea dentada

• Mecanismo piñón cadena
• Polea dentada

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