Elementos de los Dientes de un Engranaje

Figura :

• Superficie del diente (tooth surface): Forma el lateral del diente de un engranaje.
• Perfil del diente (tooth profile): Una cara del diente en sección transversal, entre el círculo exterior y el círculo raíz.
• Flanco (flank): Superficie de contacto del diente. En engranajes rectos, suele tener un perfil involuto en sección transversal.
• Corona (crown): Modificación que otorga una ligera convexidad al flanco del diente, reduciendo su grosor hacia los extremos. Una corona completa incluye un ligero desgaste en la punta y la raíz, mejorando la distribución de carga ante desalineaciones.
• Círculo raíz (root circle): Toca la parte inferior de los espacios entre dientes en sección transversal.
• Círculo primitivo (pitch circle): Concéntrico con el círculo base e incluye el punto de paso. En engranajes acoplados, los círculos primitivos son tangentes.
• Centro del engranaje (gear center): Centro del círculo primitivo.
• Línea de centros (line of centers): Une los centros de los círculos primitivos de dos engranajes engranados. También es la perpendicular común en engranajes helicoidales cruzados y engranajes sin fin.
• Punto de paso (pitch point): Punto del perfil del diente que se encuentra sobre el círculo primitivo. En el contacto entre engranajes, ambos dientes se tocan en sus puntos de paso.
• Línea de acción (line of action): Trayectoria de contacto en engranajes de perfil involuto; es una línea recta que pasa por el punto de paso y es tangente al círculo base.
• Línea de contacto (line of contact): Línea o curva donde las superficies de dos dientes son tangentes.
• Punto de contacto (point of contact): Cualquier punto donde dos perfiles de dientes se tocan.

• Distancia entre centros (center distance): Espacio entre los ejes paralelos de engranajes rectos o helicoidales, o entre ejes cruzados en engranajes helicoidales cruzados y sin fin. También es la distancia entre los centros de los círculos primitivos.
• Desplazamiento (offset): Distancia perpendicular entre los ejes de engranajes hipoides o engranajes de cara desplazada.
• Paso (pitch): Distancia entre superficies de dientes similares y equidistantes en una línea o curva dada.
• Paso diametral (diametral pitch): Medida del tamaño del diente en el sistema inglés, representando el número de dientes por pulgada de diámetro primitivo. A mayor tamaño del diente, menor paso diametral. Los valores típicos varían de 25 a 1.
• Paso axial (axial pitch): Paso lineal en un plano axial y una superficie de paso. En engranajes helicoidales y sin fin, el paso axial es constante. En otros engranajes, puede estar restringido a la superficie de paso y medirse circularmente.
• Paso base (base pitch): En engranajes de perfil involuto, es la distancia entre curvas involutas correspondientes en el círculo base, medida a lo largo de una normal común en un plano de rotación.
• Paso base axial (axial base pitch): Paso base en engranajes helicoidales con dientes de perfil involuto en un plano axial.
• Avance (lead): Desplazamiento axial de una rosca o espiral helicoidal en una vuelta completa (360°).
• Juego (backlash): Diferencia entre el espacio del diente y el grosor del diente engranado en los círculos primitivos.

• Ángulo de hélice (helix angle): Inclinación del diente en la dirección longitudinal. Si es de 0°, el diente es paralelo al eje, formando un engranaje recto.
• Ángulo de avance (lead angle): Inclinación de una rosca respecto a una línea perpendicular al eje del eje.
• Ángulo entre ejes (shaft angle): Ángulo entre los ejes de dos engranajes no paralelos.
• Ángulo primitivo (pitch angle): En engranajes cónicos, es el ángulo entre un elemento del cono primitivo y su eje.
• Paso angular (angular pitch): Ángulo subtendido por el paso circular, usualmente expresado en radianes.

• Relación de dientes (gear-tooth ratio): Cociente entre el número de dientes del engranaje mayor y el del menor.
• Índice de contacto (contact ratio): Para asegurar una transmisión suave, al menos un par de dientes debe estar siempre en contacto. Cuanto mayor sea el solapamiento, mejor.
• Relación de caza (hunting ratio): Relación de dientes del engranaje y del piñón que garantiza que cada diente del piñón contacte con todos los dientes del engranaje antes de repetir el ciclo. Ejemplo: 13 a 48 es una relación de caza; 12 a 48 no lo es.

• Excentricidad (runout): Desviación radial con respecto al eje de rotación. En engranajes, se mide colocando pasadores entre los dientes o con un engranaje maestro.
• Rebaje (undercut): Eliminación de material en la base del perfil involuto de un diente. Ocurre cuando el número de dientes del piñón es reducido.
• Temperatura de fusión (flash temperature): Temperatura a la que la superficie del diente es lo suficientemente caliente como para destruir la película de aceite, causando soldadura o desgaste instantáneo.
• Dientes de profundidad completa (full depth teeth): Aquellos cuya profundidad de trabajo es igual a 2.000 dividido por el paso diametral normal.
• Alivio en la punta (tip relief): Eliminación de una pequeña cantidad de material en la punta del diente para facilitar el engrane suave.

Caja reductora de precisión.

Figura : Esta caja de engranajes de ángulo recto está diseñada para aplicaciones de servomecanismos de alto rendimiento. Incluye engranajes planetarios helicoidales de salida, un engranaje solar rígido, engranajes cónicos espirales y un piñón de entrada equilibrado.

Reducción de engranajes de precisión en servosistemas modernos: conceptos y beneficios

Las cajas reductoras de precisión fabricadas en planta se han convertido en una solución clave para mejorar el rendimiento de los servosistemas compactos actuales. Estos componentes permiten reemplazar engranajes, correas y poleas externas utilizadas en sistemas de mayor tamaño, simplificando el diseño, reduciendo el consumo de energía y los costos operativos.

Una de sus principales funciones es transformar un movimiento rotativo de alta velocidad y bajo torque, característico de servomotores pequeños, en una salida de baja velocidad y alto torque. Están disponibles en configuraciones en línea y en ángulo recto. Las primeras se montan directamente sobre el eje del motor, mientras que las de ángulo recto, utilizando engranajes cónicos, ofrecen una solución más compacta, ideal para instalaciones con limitaciones de espacio.

Tipos de engranajes y eficiencia

Los engranajes cónicos, rectos o espirales, permiten acoplamientos a 90°, siendo los espirales más eficientes gracias a su acción progresiva de acoplamiento. Estos últimos presentan mayores relaciones de contacto (entre 2.0 y 3.0) que los engranajes rectos (alrededor de 1.4), lo que se traduce en menos vibraciones, menor ruido y capacidad para soportar cargas hasta un 30% mayores. Gracias a esta geometría y al acoplamiento tipo “rodadura”, la eficiencia puede superar el 90%.

Montaje y alineación

El montaje convencional de servomotores con cajas reductoras requiere múltiples pasos y componentes (piñón, placa adaptadora, acoplamiento), generando errores de alineación y vibraciones. Para simplificar este proceso, se ha adoptado la integración del piñón como parte de la caja reductora desde fábrica. Esto facilita la instalación, ya que solo se necesita insertar el eje del motor, fijarlo mediante una abrazadera y asegurar la carcasa con tornillos.

La implementación de rodamientos flotantes autoalineables también ha mejorado la precisión del conjunto, eliminando desalineaciones al momento del acople. El piñón se mantiene equilibrado en su alojamiento, evitando oscilaciones, reduciendo la fricción, el desgaste y el ruido. El sellado trasero evita la entrada de polvo y la pérdida de lubricante, permitiendo el uso de grasas ligeras o semilíquidas en lugar de grasas pesadas.

Eficiencia y rentabilidad

El uso de cajas reductoras no siempre implica un incremento en los costos totales del sistema. En realidad, puede contribuir a reducirlos: al permitir servomotores más pequeños que consumen menos corriente, el ahorro energético es considerable, especialmente en aplicaciones de bajo régimen y alto torque. Aunque en sistemas de alta velocidad y bajo torque los motores directos pueden ser suficientes, en la mayoría de los casos la combinación servo/reductora sigue siendo más eficiente.

Términos destacados:

• Alineación incorrecta (Misalignment)
• Caja reductora de precisión (Precision gearhead)
• Conexión directa (Direct-drive connection)
• Consumo de energía (Power consumption)
• Contactos espiralados (Spiral-cut teeth)
• Costos operativos (Operating costs)
• Eficiencia de funcionamiento (Operating efficiency)
• Engranajes cónicos (Bevel gears)
• Engranajes de contacto recto (Straight-cut gears)
• Engranajes helicoidales (Spiral bevel gears)
• Engranajes planetarios (Planetary gears)
• Ensamblaje equilibrado (Balanced assembly)
• Instalación horizontal (Horizontal mounting)
• Instalación vertical (Vertical mounting)
• Lubricantes semilíquidos (Semifluid lubricants)
• Montaje de piñón (Pinion mounting)
• Montaje simple (Simplified mounting)
• Motor de acoplamiento (Coupling motor)
• Motor pequeño (Small servomotor)
• Nivel de ruido (Noise level)
• Piñón autoalineado (Self-aligning pinion)
• Piñón equilibrado (Balanced pinion)
• Relación de contacto (Contact ratio)
• Rodamiento autoalineable (Self-aligning bearing)
• Rodamiento flotante (Floating bearing)
• Ruidos y vibraciones (Noise and vibration)
• Sellado del alojamiento (Housing sealing)
• Sistema de engranajes (Gear system)
• Torque alto (High torque)
• Velocidad de entrada (Input speed)

Elegir una caja reductora de precisión debe basarse en un análisis detallado de los requerimientos de torque y velocidad. En aplicaciones donde se requiere alto torque a bajas velocidades, las cajas reductoras son imprescindibles. La evaluación costo-beneficio debe considerar el precio de compra y los ahorros energéticos esperados a lo largo del ciclo operativo del servosistema.