Ves engranajes en casi todo lo que tiene partes giratorias. Los motores y las transmisiones de los automóviles contienen muchas marchas. Si alguna vez abre una videograbadora y mira adentro, verás que está lleno de engranajes. Terminar, Los relojes del abuelo y de péndulo contienen muchos engranajes, especialmente si tienen campanas o campanillas. Probablemente tenga un medidor de potencia en el costado de su casa, y si tiene una tapa transparente se puede ver que contiene 10 o 15 marchas. Los engranajes están en todas partes donde hay motores y motores que producen movimiento de rotación.
En esta edición de Como funcionan las cosas , aprenderá sobre las relaciones de transmisión y los trenes de engranajes para que comprenda lo que hacen todos estos diferentes engranajes. Es posible que también desee leer Cómo funcionan los engranajes para obtener más información sobre los diferentes tipos de engranajes y sus usos, o puede obtener más información sobre las relaciones de transmisión visitando nuestra tabla de relaciones de transmisión.
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Los engranajes se utilizan generalmente por una de cuatro razones diferentes:
Puedes ver los efectos 1, 2 y 3 en la figura anterior. En esta figura, puede ver que los dos engranajes giran en direcciones opuestas, que el engranaje más pequeño gira dos veces más rápido que el engranaje más grande, y que el eje de rotación del engranaje más pequeño está a la derecha del eje de rotación del engranaje más grande.
El hecho de que un engranaje gire dos veces más rápido que el otro se debe a la relación entre los engranajes:la relación de transmisión . En esta figura, los diámetro del engranaje de la izquierda es el doble que del engranaje de la derecha. Por lo tanto, la relación de transmisión es 2:1 (se pronuncia "dos a uno"). Si miras la figura, puede ver la relación:cada vez que el engranaje más grande gira una vez, el engranaje más pequeño da dos vueltas. Si ambos engranajes tuvieran el mismo diámetro, girarían a la misma velocidad pero en direcciones opuestas.
Comprender el concepto de relación de transmisión es fácil si comprende el concepto de circunferencia de un círculo. Tenga en cuenta que la circunferencia de un círculo es igual al diámetro del círculo multiplicado por Pi (Pi es igual a 3,14159 ...). Por lo tanto, si tiene un círculo o un engranaje con un diámetro de 1 pulgada, la circunferencia de ese círculo es 3,14159 pulgadas.
La siguiente figura muestra cómo la circunferencia de un círculo con un diámetro de 1,27 pulgadas es igual a una distancia lineal de 4 pulgadas:
Digamos que tiene otro círculo cuyo diámetro es 0,635 pulgadas (1,27 pulgadas / 2), y lo enrolla de la misma manera que en esta figura. Encontrarás eso porque su diámetro es la mitad del círculo de la figura, tiene que completar dos rotaciones completas para cubrir la misma línea de 4 pulgadas. Esto explica por qué dos engranajes, la mitad del tamaño de la otra, tienen una relación de transmisión de 2:1. El engranaje más pequeño tiene que girar dos veces para cubrir la misma distancia recorrida cuando el engranaje más grande gira una vez.
La mayoría de los engranajes que ves en la vida real tienen dientes . Los dientes tienen tres ventajas:
Para crear relaciones de transmisión grandes, Los engranajes a menudo están conectados entre sí en trenes de engranajes , como se muestra aquí:
El engranaje de la derecha (violeta) en el tren está hecho en dos partes, como se muestra arriba. Un engranaje pequeño y un engranaje más grande están conectados entre sí, Uno encima del otro. Los trenes de engranajes a menudo constan de varios engranajes en el tren, como se muestra en las siguientes dos figuras.
En el caso anterior, el engranaje violeta gira a una velocidad dos veces mayor que el engranaje azul. El engranaje verde gira al doble de velocidad que el engranaje púrpura. El engranaje rojo gira al doble de velocidad que el engranaje verde. El tren de engranajes que se muestra a continuación tiene una relación de engranajes más alta:
En este tren los engranajes más pequeños tienen un quinto del tamaño de los engranajes más grandes. Eso significa que si conecta el engranaje violeta a un motor que gira a 100 revoluciones por minuto (rpm), el engranaje verde girará a una velocidad de 500 rpm y el engranaje rojo girará a una velocidad de 2, 500 rpm. Del mismo modo, podrías adjuntar un 2, Motor de 500 rpm al engranaje rojo para obtener 100 rpm en el engranaje púrpura. Si puede ver el interior de su medidor de potencia y es del estilo antiguo con cinco diales mecánicos, Verás que los cinco diales están conectados entre sí a través de un tren de engranajes como este, teniendo los engranajes una relación de 10:1. Debido a que los diales están conectados directamente entre sí, giran en direcciones opuestas (verá que los números están invertidos en los diales uno al lado del otro).
Hay tres engranajes helicoidales visibles en este odómetro. Ver Cómo funcionan los odómetros para más información. Si desea crear una relación de transmisión alta, nada supera al engranaje de tornillo . En un engranaje de gusano un eje roscado engancha los dientes de un engranaje. Cada vez que el eje gira una revolución, el engranaje se mueve un diente hacia adelante. Si el engranaje tiene 40 dientes, tiene una relación de transmisión de 40:1 en un paquete muy pequeño. Aquí hay un ejemplo de un limpiaparabrisas.
Un odómetro mecánico es otro lugar que usa muchos engranajes helicoidales:
Hay muchas otras formas de utilizar los engranajes. Un tren de engranajes especializado se llama tren de engranajes planetarios . Los engranajes planetarios resuelven el siguiente problema. Digamos que desea una relación de transmisión de 6:1 con la entrada girando en la misma dirección que la salida. Una forma de crear esa relación es con el siguiente tren de tres velocidades:
En este tren el engranaje azul tiene seis veces el diámetro del engranaje amarillo (lo que da una proporción de 6:1). El tamaño del engranaje rojo no es importante porque solo está ahí para invertir la dirección de rotación para que los engranajes azul y amarillo giren de la misma manera. Sin embargo, Imagine que desea que el eje del engranaje de salida sea el mismo que el del engranaje de entrada. Un lugar común donde se necesita esta capacidad del mismo eje es en un destornillador eléctrico. En ese caso, puede utilizar un sistema de engranajes planetarios, como se muestra aquí:
En este sistema de engranajes, el engranaje amarillo (el sol ) activa los tres engranajes rojos (el planetas ) simultaneamente. Los tres están unidos a una placa (el portador de planetas ), y se comprometen con el dentro del engranaje azul (el anillo ) en lugar del exterior. Porque hay tres engranajes rojos en lugar de uno, este tren de engranajes es extremadamente resistente. El eje de salida está unido a la corona azul, y el portasatélites se mantiene estacionario, lo que da la misma relación de transmisión de 6:1. Puede ver una imagen de un sistema de engranajes planetarios de dos etapas en la página del destornillador eléctrico, y un sistema de engranajes planetarios de tres etapas de la página de rociadores. También encontrará sistemas de engranajes planetarios dentro de las transmisiones automáticas.
Otra cosa interesante acerca de los engranajes planetarios es que pueden producir diferentes relaciones de transmisión dependiendo del engranaje que use como entrada, qué equipo usas como salida, y cuál te quedas quieto. Por ejemplo, si la entrada es el engranaje solar, y mantenemos la corona estacionaria y conectamos el eje de salida al portasatélites, obtenemos una relación de transmisión diferente. En este caso, el portador de planetas y los planetas orbitan el engranaje solar, así que en lugar de que el engranaje solar tenga que girar seis veces para que el transportador planetario lo haga una vez, tiene que girar siete veces. Esto se debe a que el portador de planetas rodeó el engranaje solar una vez en la misma dirección en la que giraba, restando una revolución del engranaje solar. Entonces, en este caso, obtenemos una reducción de 7:1.
Podrías reorganizar las cosas de nuevo y esta vez mantenga estacionario el engranaje solar, tome la salida del portasatélites y conecte la entrada a la corona. Esto le daría una reducción de marcha de 1,17:1. Una transmisión automática utiliza engranajes planetarios para crear las diferentes relaciones de transmisión, utilizando embragues y bandas de freno para mantener estacionarias diferentes partes del engranaje y cambiar las entradas y salidas.
Imagine la siguiente situación:tiene dos engranajes rojos que desea mantener sincronizados, pero están a cierta distancia. Puede colocar un engranaje grande entre ellos si desea que tengan el mismo sentido de rotación:
O puede usar dos engranajes de igual tamaño si desea que tengan direcciones de rotación opuestas:
Sin embargo, en ambos casos, es probable que los engranajes adicionales sean pesados y es necesario crear ejes para ellos. En estos casos, la solución común es utilizar un cadena o un Correa dentada , como se muestra aquí:
Las ventajas de las cadenas y correas son ligeras, la capacidad de separar los dos engranajes a cierta distancia, y la capacidad de conectar muchos engranajes en la misma cadena o correa. Por ejemplo, en el motor de un coche, la misma correa dentada podría engranar el cigüeñal, dos árboles de levas y el alternador. Si tuviera que usar engranajes en lugar del cinturón, sería mucho más difícil.
Para obtener más información sobre engranajes y sus aplicaciones, ¡Mira los enlaces en la página siguiente!
Publicado originalmente:20 de noviembre de 2000
