El engrane más común de todos. Cuando una persona piensa en engranes, piensan en engranes de espuelas.

Transcripción

1 Engranes Los engranes son unos elementos mecánicos con mucha utilidad. Nos sirven para transmitir un movimiento giratorio de un punto a otro, obtener ventaja mecánica de un movimiento, o para convertir un movimiento giratorio en uno lineal. En VEX IQ existen diferentes tipos de engranes: Engrane de espuela El engrane más común de todos. Cuando una persona piensa en engranes, piensan en engranes de espuelas. Engranes oblicuos Los engranes transmiten movimiento entre dos ejes que corren en paralelo uno al otro. Los engranes de espuela están caracterizados por sus dientes, los cuales son rectos y paralelos al eje de rotación del engrane. Estos son la forma básica de transferir potencia mecánica utilizado en VEX. Además, los engranes de espuela se pueden encontrar en el mundo real en todo, desde automóviles a los mecanismos que abren la bandeja de un reproductor DVD. Los engranes oblicuos tienen forma cónica, y transmiten potencia entre ejes que tienen ejes de movimiento perpendiculares. Los engranes oblicuos pueden transmitir potencia entre ejes a una gran variedad de ángulos, pero lo más común es que transmitan potencia en 90 grados como se muestra en la imagen superior

2 Engranes corona Los engranes de corona son un tipo de engrane oblicuo en la cual los dientes están completamente perpendiculares a la cara del engrane. Los engranes de corona se pueden juntar con otros engranes oblicuos y engranes de espuela (como se ve en la imagen) así que el movimiento se transmite entre ejes con eje de rotación perpendiculares Engranes oruga Los engranes oruga vienen en pares: un engrane y una rueda que se unen para transmitir potencia entre ejes perpendiculares cuyos ejes de rotación están desfasados unos de otros. Los engranes oruga parecen tornillos; mientras gira, hacen girar su par. Este tipo de emparejamiento es muy útil para crear una gran ventaja mecánica en un pequeño espacio. En este tipo de par, el engrane oruga puede conducir la rueda, pero es muy difícil que la rueda haga girar la oruga. Por esta razón, estos engranes se utilizan para aplicaciones donde el diseñador no quiere que un mecanismo produzca un movimiento de retorno (Por ejemplo, los motores ventana de un auto, solo se pueden mover con el botón de la puerta, no empujando ni tirando la ventana)

3 Engranes de cremallera Un engrane de cremallera es un engrane montado en una barra recta, que se mueve de forma linear cuando se aplica torque con un engrane de espuela (conocido como el engrane piñon). Una cremallera y un piñón se configuran generalmente para convertir movimiento rotacional en lineal. Los autos lo utilizan para convertir el movimiento rotatorio de una rueda en un movimiento línea de derecha a izquierda para maniobrar el auto. En las competencias de robótica hay muchas aplicaciones donde los engranes de cremallera se pueden utilizar para crear actuadores de movimiento lineal para mecanismos de conducción.

4 Transmisión de engranes Exceder los límites físicos el motor conlleva a disminuir la vida útil del dispositivo, pero a veces se requiere obtener más fuerza o velocidad de la que el motor puede entregar, para ello, se utilizan transmisiones con engranes para obtener ventajas mecánicas. En un sistema de transmisión, existe un Engrane Conductor y un Engrane Conducido, el engrane conductor genera el movimiento con una cierta velocidad y torque, y el engrane conducido manifiesta ese mismo movimiento, pero con diferentes velocidades y torque. Si tienes un engrane conductor más grande que el engrane conducido, la velocidad de salida será mayor que la generada por el motor, sacrificando el torque del movimiento En cambio, si el engrane conductor es mas pequeño que el engrane conducido, el torque de salida será mayor que el generado por el motor, sacrificando la velocidad del movimiento. Ambos, la transmisión de engranaje y la reducción de engranaje son expresiones matemáticas que describen la relación entre un engrane conductor y un engrane conducido. Sin embargo, es importante entender las diferentes, pero similares formas de representarlos. Ambos utilizan el numero de dientes de cada engrane como valores claves, aunque el orden en inverso. La transmisión de engranaje se expresa de esta forma: (Dientes del engrane conductor) : (Dientes del engrane conducido) La reducción de engranaje se expresa a la inversa: (Dientes del engrane conducido) / (Dientes del engrane conductor)

5 Ejemplo 1: Transmisión de engranaje 36 : 12 transmisión 36 a 12 Reducción de engranaje 12 / 36 -> 1/3 reducción 1 a 3 Ejemplo 2: Transmisión de engranaje 12 : 60 transmisión 12 a 60 Reducción de engranaje 60 / 12 -> 5/1 reducción 5 a 1

6 Tren de engranaje y engranes ociosos Un Tren de Engranaje simple es un set de engranes rotatorios que transmiten poder de una entrada (sea un Engrane Conductor conectado a un motor) a una salida (como un Engrane Conducido conectado a una rueda o mecanismo). Un Tren de Engranaje simple puede tener cualquier cantidad de engranes en una sola línea. Todos los engranes entre el Engrane Conductor y el Engrane Conducido que solo transmiten potencia se conocen como Engranes Ociosos. Los Engranes Ociosos NO TIENEN EFECTO en la transmisión o reducción de engranaje, independiente del número de dientes que tengan. Ejemplo de tren de engranaje: En los 3 ejemplos de Tren de engranaje, el Engrane Conductor es de 12 dientes y el Engrane Conducido es de 36 dientes, así la Transmisión de Engranes para los tres engranes es lo mismo 12:36. El tamaño y el número de los Engranes Ociosos no tienen efecto en la Transmisión o Reducción de Engranes, solo transmiten poder.

7 Dado que los engranes ociosos no tienen ningún efecto en la transmisión o reducción de engranes, se pueden utilizar para extender la transmisión de movimiento o poder a distancias largas. Lo importante es tener en cuenta que cada vez que un engrane se conecta a otro en serie, el giro se invierte. Por lo cual, teniendo la cantidad correcta de engranes, puedes tener una transmisión para un chasis que funcione con un solo motor. Hay que tener cuidado, que si se utiliza una cantidad incorrecta de engranes, la transmisión puede funcionar mal.

8 Engranaje compuesto y reducción compuesta. En ciertas situaciones, un diseño puede requerir más ventaja mecánica que una simple transmisión puede proveer o de otra forma resultaría impráctico. Por ejemplo, si un diseño de robot VEX IQ requiere una transmisión 12:500 es un problema porque no existen un engrane de 500 dientes disponible. En esta situación, el diseñador puede varias reducciones en un mismo mecanismo. Esto se llama Reducción Compuesta. En una Reducción Compuesta, hay muchos pares de engranes, cada uno tiene su propia Transmisión, y un eje compartido que conecta los pares unos a otros. El Engranaje Compuesto resultante aún tiene un Engrane Conductor y un Engrane Conducido, y aun tiene una Reducción. Sin embargo, ahora se llama Reducción de Engranaje Compuesta y se calcula multiplicando las reducciones de cada par individual. Reducción: (60/12) x (60/12) (5/1) x (5/1) 25/1 -> Reducción compuesta 25 a 1

9 Otros tipos de reducciones Otras formas de lograr una transmisión o una reducción es utilizando cadenas o poleas, se rigen bajo el mismo principio de engranes para la reducción, la diferencia es que con esta transmisión no se produce una inversión de giro como con los engranes, y se puede abarcar una mayor distancia. En el caso de las poleas y correas, como no tienen dientes, se utiliza el radio para calcular la reducción.

10 Para terminar Lo bello de la mecánica es crear mecanismos capaces de imitar o mejorar las funciones humanas. Y al igual que nosotros, tienen un límite, una ventaja y desventaja. Sacar provecho a estas ventajas y asegurar un correcto funcionamiento es el objetivo de un buen ingeniero. Requiere tiempo, dedicación y mucha paciencia lograr un buen resultado, pero son de los momentos complicados donde salen las mejores soluciones. Formulario Transmisión = (Dientes del engrane conductor) : (Dientes del engrane conducido) Reducción = (Dientes del engrane conducido) / (Dientes del engrane conductor) Torque de salida = Torque de salida x Reducción Reducción necesaria = Torque de salida / Torque de entrada Velocidad de salida = Velocidad de entrada / Reducción Reducción requerida = Velocidad de entrada / Velocidad de salida Reducción compuesta = Reducción 1 x Reducción 2 x Reducción 3 x (todas las reducciones)