En el ámbito de la ingeniería mecánica, las ruedas dentadas son elementos esenciales en la transmisión de movimiento. Este artículo se centrará en brindar una comprensión clara sobre qué son, los tipos que hay y sus aplicaciones en diferentes máquinas o mecanismos. ¡Continúa con la lectura para que comprendas la importancia de estos dispositivos!
¿Qué son las ruedas dentadas?
También, se conocen como engranajes, las ruedas dentadas son componentes mecánicos generalmente de acero o plástico que poseen dientes o crestas en todo su perímetro, por ejemplo pueden ser rectos, curvos u oblicuos. Estos al girar, se encajan perfectamente a una segunda rueda para transferir potencia mecánica, cambio de velocidad y dirección a otras piezas. Asimismo, es posible que presenten variaciones en tamaño y cantidad de dientes, afectando el movimiento y la fuerza transferida de una rueda dentada a otra.
Partes de una rueda dentada
Ahora que ya conoces la definición de las ruedas dentadas, vamos a mostrarte cómo se conforma este mecanismo para que te quede aún más claro el concepto.
- Diente: parte que se encarga de ejercer la fuerza de empuje y, por tanto, transmite el movimiento giratorio y la potencia de una rueda a la otra.
- Paso: es la distancia que hay entre el centro de un diente y el siguiente. Este punto es de suma importancia, ya que para lograr un engranaje adecuado, es necesario que ambas tengan el mismo paso.
- Circunferencia primitiva: circunferencia imaginaria que pasa por el centro de cada diente. Es el círculo que determina la forma y el tamaño de los dientes.
- Eje: elemento cilíndrico situado en el centro que se encarga de guiar el movimiento de rotación.
- Ángulo de presión: es el ángulo que forma la dirección de la fuerza y velocidad de contacto entre dos ruedas dentadas.
De igual forma, existen otros conceptos que, aunque no se clasifican como partes directas de la rueda, están correlacionados con ella, estos incluyen:
- Número de dientes (Z): corresponde al número total de dientes presentes. Por lo general, se simboliza con la letra Z, y desempeña un papel fundamental en el cálculo de la relación de transmisión.
- Diámetro primitivo (Dp): es el diámetro de la circunferencia primitiva.
- Módulo (m): relación entre el diámetro primitivo y el número de dientes. Así pues, la fórmula para calcular el módulo de una rueda es la siguiente:
m=Dp/Z
¿Cuáles son los tipos de rueda dentada?
Por otra parte, se reconocen cinco tipos de engranajes, clasificados según su diseño: rectos, helicoidales, cónicos, de tornillo e hipoide. La elección entre ellas dependerá de la orientación del eje, la eficiencia, velocidad, etc. A continuación, detallamos cada una para que puedas determinar cuál es la más apropiada para satisfacer las necesidades particulares de cada situación.
Ruedas dentadas rectas
Están formadas por un disco con dientes proyectados de forma radial para ser montados en ejes paralelos al eje de rotación. A su vez, se usan en aplicaciones de velocidad angular media-baja. Algunas de sus ventajas más importantes son:
- Diseño y fabricación sencilla.
- Transmiten gran potencia.
- Relación de velocidad constante y estable.
- Tienen una mayor eficiencia.
- No producen empujes axiales.
Engranajes helicoidales
En este tipo, los dientes se orientan en ángulos de hasta 45º y se diferencian de los rectos por la forma oblicua en la que interactúan sus dientes en relación al eje de rotación, que puede ser paralelo o cruzarse, generalmente, a 90º. Cuando el eje se cruza, las ruedas dentadas helicoidales se aplican junto a un tornillo sin fín. Además, existen versiones simples y dobles, siendo estas últimas usadas en aplicaciones que requieren de alta velocidad y relación en una sola etapa.
- Son mucho más resistentes a los golpes y vibraciones.
- En comparación con los anteriores, son capaces de llevar más carga.
- Son más silenciosos.
- Tienen menos vibración y funcionan a mayor velocidad.
- Producen cargas de empuje.
Ruedas dentadas cónicas
Son un tipo de mecanismo que emplea dos ruedas dentadas con forma angular o cónica, las cuales presentan un ángulo de presión de 20 grados. Estas permiten la transmisión de movimiento entre ejes que son perpendiculares o que tienen un ángulo diferente a 90º. Dicho diseño es particularmente útil para transmitir velocidades angulares en rangos medios y bajos.
Por otra parte, dentro de esta clasificación existen tres subtipos de ruedas cónicas que se diferencian por el tipo de diente que poseen:
- Engranajes cónicos de dientes rectos.
- Los engranajes cónicos con espiral de dientes curvados.
- Engranajes cónicos de dientes oblicuos.
Engranaje de tornillo
El mecanismo se compone de un sistema de tornillo sin fin con un dentado helicoidal interconectado, conocido como piñón o corona, que transmite el movimiento entre ejes perpendiculares. En cada vuelta completa del tornillo, el engranaje gira un diente, posibilitando notables reducciones de velocidad en el sistema. Además, se emplea para transmitir fuerza y movimiento entre dos ejes que son perpendiculares entre sí.
- Perfecto para eliminar cualquier posibilidad de que los movimientos de la rueda se transmitan al tornillo.
- Los reductores de velocidad no ocupan mucho espacio, facilitando su implementación en muchos sistemas industriales.
Rueda dentada hipoide
Estas ruedas dentadas comparten similitudes con los engranajes cónicos en espiral, aunque se distinguen por la orientación de las líneas centrales de sus ejes, que no se cruzan. La disposición helicoidal de los dientes en este engranaje no solo reduce significativamente el ruido generado durante su funcionamiento, sino que también confiere una mayor resistencia en comparación con los engranes de dientes en espiral.
- Son más compactas.
- Tienen una mayor eficiencia.
- Son más silenciosas que los elementos cónicos convencionales.
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¿Dónde se usa la rueda dentada?
Las ruedas dentadas representan una de las herramientas de ingeniería más antiguas, ya que desempeñan un papel fundamental en la transmisión de movimiento y fuerza, así como en la regulación de la velocidad en diversas máquinas. Además, según la aplicación, se emplean distintos tipos de engranajes, cada uno concebido para satisfacer requisitos particulares de potencia y torque. En este sentido, los usos específicos de cada clasificación son los siguientes:
Rectas: se usan en aplicaciones de velocidad moderada, como acondicionamientos de molinos, equipos de elevación y maquinaria en general.
Helicoidales: resultan perfectos para la minería, plantas papeleras, extrusoras, grúas de puertos, entre otros.
De tornillo: se usa en una variedad de aplicaciones, desde pequeños motores hasta sistemas de puertas automáticas, instrumentos musicales, mecanismos de sujeción y elevadores.
Hipoide: especializados en la transmisión vehicular, estos engranajes desempeñan un papel esencial en vehículos, fresadoras, tornos, motores, entre otros.
Ahora, la próxima vez que observes ruedas dentadas, recuerda que, detrás de su aparente simplicidad, se encuentra un componente ingenioso que impulsa diversas maquinarias con precisión y eficiencia. ¿Te pareció de utilidad el artículo? Si fue así, visita nuestro blog y síguenos en todas las redes sociales como Aceros Torices, aquí encontrarás más contenido similar.
