Conclusiones clave
Los engranajes son los caballos de batalla ocultos de prácticamente todas las máquinas que convierten el movimiento de rotación en trabajo útil:motores, transmisiones, relojes, medidores de potencia e incluso su reloj inteligente. En este artículo exploraremos los fundamentos de las relaciones de transmisión, cómo se calculan y por qué son importantes en la ingeniería diaria.
Los engranajes cumplen cuatro funciones principales:
Una relación de transmisión es simplemente la relación de las velocidades de rotación de dos engranajes engranados. Porque la circunferencia de un círculo es π × diameter , la relación de sus diámetros (o, equivalentemente, el número de dientes) da directamente la relación de transmisión.
Por ejemplo, un engranaje de 6 pulgadas de diámetro combinado con un engranaje de 3 pulgadas produce una relación de 2:1:el engranaje más pequeño gira dos veces más rápido que el más grande. Si el engranaje más grande tiene 60 dientes y el más pequeño tiene 20, la relación también es 3:1.
Cuando un solo par de engranajes no puede lograr la reducción o el aumento deseado, los engranajes se encadenan en un tren de engranajes. Cada etapa adicional multiplica el ratio global.
En un ejemplo común, un engranaje violeta que tiene la mitad del tamaño de un engranaje azul girará dos veces más rápido. Conectar un segundo par de engranajes similares puede aumentar la relación a 4:1 y un tercer par a 8:1, lo que permite a los diseñadores ajustar la velocidad y el par para sistemas complejos.
Los engranajes helicoidales destacan por ofrecer relaciones extremadamente altas en un espacio compacto. Una sola vuelta del gusano puede mover un engranaje con 40 dientes por un diente, creando una proporción de 40:1. Este principio impulsa los limpiaparabrisas, los odómetros mecánicos y muchas máquinas industriales.
Los juegos de engranajes planetarios utilizan un engranaje solar central, múltiples engranajes planetarios y un engranaje de anillo exterior. Ofrecen:
Al fijar la corona y accionar el sol, se puede lograr una reducción de 6:1. Cambiar qué componente está estacionario o en marcha cambia la relación; por ejemplo, fijar el sol produce una reducción de 7:1, mientras que fijar el anillo puede producir una proporción de 1,17:1.
Cuando dos ejes deben girar juntos pero están físicamente separados, un simple par de engranajes o un sistema de cadena/correa puede mantenerlos sincronizados. Las cadenas y correas dentadas ofrecen soluciones livianas y de baja fricción que pueden unir múltiples engranajes, algo común en motores donde una sola correa impulsa el cigüeñal, los árboles de levas y los accesorios.
Divida la velocidad angular del eje de salida por la velocidad del eje de entrada, o divida el número de dientes del engranaje impulsor por los del engranaje conducido.
Las relaciones más altas dan más torque a bajas velocidades, ideal para aceleración. Las relaciones más bajas favorecen velocidades más altas y son adecuadas para viajes en carretera.
Para remolques ligeros, es común una relación de 3,73; Para remolcar objetos pesados (más de 5000 libras) normalmente se requiere al menos una relación de 4,10.
Sí. El par es igual a la fuerza multiplicada por el radio; los engranajes más grandes tienen mayores radios, por lo que generan más torque con la misma fuerza.
Las relaciones de transmisión cambian entre par y velocidad. Al seleccionar la relación adecuada, los diseñadores equilibran la aceleración, la velocidad máxima y la entrega de potencia para la aplicación prevista.
Para profundizar su comprensión:
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