Los engranajes se utilizan en muchos dispositivos mecánicos para proporcionar reducción de velocidad en equipos motorizados. Un motor pequeño de giro rápido puede proporcionar suficiente potencia para algunos dispositivos,pero no suficiente par. Un destornillador eléctrico tiene una gran reducción de engranajes porque necesita torque para girar los tornillos, pero el motor produce una pequeña cantidad de torque a alta velocidad. Con la reducción de engranajes, la velocidad de salida se reduce mientras se aumenta el par.
Los engranajes también pueden cambiar la dirección de rotación. Los diferenciales de automóvil utilizan engranajes cónicos para girar la potencia del eje de transmisión 90 grados y enviarla a las ruedas.
La distancia entre el centro del engranaje y el punto de contacto determina la relación de transmisión. Si una marcha tiene el doble de diámetro que la otra, la relación es de 2:1.
Engranajes rectos
Los engranajes rectos son el tipo más común. Tienen dientes rectos y están montados en ejes paralelos. Se puede utilizar una secuencia de engranajes rectos para crear reducciones de engranajes muy grandes.
Los engranajes rectos pueden ser ruidosos. Cada vez que un diente engancha un diente al otro engranaje, chocan, haciendo ruido y aumentando la tensión en los dientes.
Engranajes helicoidales
Los dientes de los engranajes helicoidales se cortan en ángulo con la cara del engranaje. Más de un diente en un sistema de engranajes helicoidales siempre está enganchado. El contacto comienza en un extremo de un diente y se desliza gradualmente a través de la cara a medida que los engranajes giran.
Este enganche gradual y el contacto con múltiples dientes hacen que los engranajes helicoidales funcionen más suaves y silenciosos que los engranajes rectos. Los engranajes helicoidales generalmente se montan en ejes paralelos, pero si los ángulos de los dientes del engranaje son correctos, se pueden montar en ejes perpendiculares, cambiando el ángulo de rotación en 90 grados.
Debido al ángulo del diente, crean una carga de empuje en el engranaje cuando se acoplan. Los dispositivos con engranajes helicoidales tienen rodamientos que pueden soportar esta carga de empuje.
Engranajes cónicos
Los engranajes cónicos son útiles cuando se debe cambiar la dirección del eje de rotación. Por lo general, se montan en ejes separados por 90 grados, pero se pueden diseñar para trabajar en otros ángulos.
Los dientes en engranajes cónicos pueden ser rectos o en espiral. Los dientes de engranajes cónicos rectos tienen el mismo problema que los dientes de engranajes rectos rectos: a medida que cada diente se acopla, entra en contacto con el diente correspondiente de una sola vez.
La solución a este problema es curvar los dientes de los engranajes. Estos dientes en espiral se enganchan al igual que los dientes de engranaje helicoidales. El contacto comienza en un extremo del engranaje y se desliza progresivamente por todo el diente.
En engranajes cónicos rectos y en espiral, los ejes deben montarse en el mismo plano para que los centros de los engranajes estén alineados.
Engranajes helicoidales
Los engranajes helicoidales se utilizan cuando se necesitan grandes reducciones de engranajes. Los engranajes helicoidales pueden tener reducciones de 20:1; algunos superan 300: 1.
Muchos engranajes helicoidales tienen una propiedad única: el gusano puede girar fácilmente el engranaje, pero el engranaje no puede girar el gusano. Esta diferencia se debe a que el ángulo en el gusano es tan bajo que cuando el engranaje intenta girarlo, la fricción entre el engranaje y el gusano mantiene al gusano en su lugar. Esta propiedad es útil para sistemas de transporte porque la función de bloqueo puede actuar como un freno para el transportador cuando el motor no está girando.
Perfil de engranaje evolvente
Hoy en día, prácticamente todos los engranajes utilizan un perfil de diente llamado evolvente. Este perfil especialmente curvado mantiene una relación constante de velocidad de rotación entre los dos engranajes. A medida que los engranajes giran, el punto de contacto se mueve, pero el perfil del diente compensa continuamente el movimiento.
Marshall Brain, fundador y CEO de HowStuff Works.com, estará en el stand de la Asociación de Ingeniería de Instalaciones (AFE) el lunes y martes (5 y 6 de marzo) de la Semana Nacional de Fabricación.