Engranes: el ADN mecánico que impulsa el mundo moderno
Introducción
Los engranajes son una pieza esencial en la maquinaria moderna. Desde relojes hasta vehículos, estos componentes mecánicos se encargan de transmitir movimiento y fuerza entre ejes. En este artículo, nosotros profundizaremos en su historia, tipos, aplicaciones y la ciencia detrás de su funcionamiento. Los engranajes son el mecanismo que se emplea para poder realizar la transmisión de una potencia de tipo mecánica, este proceso de transmisión ocurre de un componente a otro.
Se destaca que los engranajes se encuentran conformados por dos tipos de ruedas dentadas, las cuales se denominan ‘Corona’ en el caso de la mayor, mientras que la menor es conocida como ‘Piñon’. El funcionamiento en sí de ellos abarca el poder transmitir un movimiento de tipo circular, este movimiento comienza a ocurrir a partir del contacto que presentan las ruedas dentadas que le conforman.
Que es un engrane?
Son jueg,os ce ruedas que disponen de uno,s elementos salientes denominado “dientes”, que ,encajan entre sí, de manera que unas ruedas (las motrices) arrastran a las otras (las conducidas o arrastradas).
Historia de los engranajes
Los engranajes han sido el pilar fundamental para el desarrollo de numerosas tecnologías a lo largo de la historia. Los antiguos griegos ya utilizaban sistemas de engranajes en mecanismos como el Antikythera, uno de los primeros ejemplos de una “computadora” mecánica.
La evolución del diseño
Con el paso de los años, el diseño de los engranajes ha evolucionado, adaptándose a las necesidades específicas de cada época y a los avances tecnológicos. Nosotros hemos sido testigos de cómo su precisión y eficiencia han ido mejorando con el tiempo.
Tipos de engranajes
Hay una variedad de engranajes diseñados para cumplir funciones específicas:
- Engranajes cilíndricos: Son los más comunes y se utilizan para transmitir movimiento entre ejes paralelos.
- Engranajes cónicos: Se emplean para transmitir movimiento entre ejes que se intersectan.
- Engranajes helicoidales: Tienen dientes inclinados y son ideales para transmitir movimiento con suavidad y reducir la vibración.
- Engranajes planetarios: Se usan en sistemas donde un engranaje central, llamado sol, es rodeado por varios engranajes más pequeños, denominados planetas.
Transmisión de movimiento
Los engranajes presentan una forma peculiar de transmitir el movimiento, para este tipo se puede destacar
- Transmisión simple.
- Transmisión con engranaje.
- Transmisión compuesta.
Mediante cadena o Polea Dentada
Este tipo de engranajes presentan una transmisión mediante dichos medios, entre ellos se destaca:
- Mecanismo piñón cadena.
- Polea dentada.
La ciencia detrás de su funcionamiento
El funcionamiento de los engranajes se basa en principios físicos fundamentales. Cuando dos engranajes entran en contacto, el diente de un engranaje empuja contra el diente del otro, transmitiendo fuerza y movimiento. Esta interacción permite que las máquinas realicen tareas complejas.
Fuerza y torque
Un aspecto crucial a considerar es el torque o momento de fuerza, que determina la potencia que un engranaje puede transmitir a otro.
Relación de transmisión
La relación de transmisión es el ratio entre el número de dientes de los engranajes en contacto. Esta relación es vital para determinar la velocidad y fuerza del movimiento resultante. Como podemos observar en la imagen , el sentido de giro de los engranes es: Motriz en sentido horario, conducido en sentido antihorario y asi sucesivamente.
Una manera de entenderlo es como las vueltas que dará el engrane piñon o engrane conducido por un número determinado de vueltas del motriz.
Si el conjunto es multiplicador; la i es mayor que 1. Si el conjunto es reductor; la i es menor que 1.
Relación de velocidad en engranes
Recuerda que la rueda conductora es la que está enganchada al motor. Dependiendo si la rueda motriz es la grande o la pequeña será reductor o multiplicador de velocidad.
Otras configuraciones
Como en el caso de las ruedas de fricción, los engranajes invierten el sentido de giro del engranaje de salida, Si se desea mantener el sentido de giro, se ha de introducir un engranaje loco que gire en un eje intermedio.
Tren de engranajes
Al igual que en los trenes de poleas, el tren de engranajes se emplea cuando es necesario transmitir un movimiento giratorio entre dos ejes con una gran reducción o aumento de la velocidad de giro sin tener que recurrir a engranajes excesivamente grandes o pequeños, Un tren de engranajes consiste en un sistema constituido por varias ruedas dentadas dobles unidas en cadena, de tal forma que cada engranaje doble hace de conducido del anterior y de conductor del siguiente.
Tren de engranajes simple cuando en cada eje existe una sola rueda.
Tren de engranajes compuesto cuando en alguno de los ejes existe más de una rueda dentada.
La transmisión se realiza entre más de dos ejes simultáneamente, para lo que es necesario que en cada eje intermedio vayan montadas dos ruedas dentadas. Una de ellas engrana con la rueda motriz, que es la que proporciona el movimiento, y la otra conecta con el eje siguiente al que conduce.
Aplicaciones modernas
Los engranajes están en todas partes. Los encontramos en relojes, automóviles, máquinas industriales y hasta en juguetes. Gracias a ellos, nosotros podemos disfrutar de tecnologías que facilitan nuestra vida diaria. Las características que presentan los engranajes influyen en el funcionamiento y aplicación que se puede llevar a cabo haciendo uso de ellos, destacando:
- Planetarios.
- Interiores de cremallera.
Ejercicio
Supongamos que en la figura adjunta, el engranaje conducido tiene 20 dientes y el engranaje motriz 60 dientes. Si el engranaje motriz gira a 1200 rpm, averiguar: * a) ¿A qué velocidad expresada en rpm gira el engranaje
conducido?
b) ¿Cuántas vueltas tiene que dar el engranaje motriz para que
el engranaje conducido gire 12 vueltas?
c) ¿Cuántos dientes debería tener el engranaje conducido para que cuando el engranaje motriz girara 1 vuelta, el
conducido girará 5 vueltas?
Conclusiones
Los engranajes son más que simples piezas de metal. Representan siglos de innovación y desarrollo tecnológico. A través de su estudio, nosotros hemos aprendido sobre física, matemáticas y diseño mecánico. Sin duda, seguirán siendo fundamentales en las futuras innovaciones que están por venir.
