Mis Primeros Engranajes

publicado en: Proyectos mecanizado | 2

Hoy quería publicar una entrada de uno de los últimos trabajos que he estado haciendo. Siendo un poco observador, se aprecia que últimamente muchas cosas que hago están orientadas a una temática particular…. Temática infantil, para ser exacto. Y es que el hecho de tener un crío de 2 añitos condiciona bastante, hasta en las propias aficiones.

El caso es que como la comunicación con un niño de 2 años no es todo lo fluida que debería ser, he interpretado por mi mismo con que juguete le apetecería jugar. Y como al final la cabra tira al monte, me he imaginado que hacia mucha ilusión tener un panel de engranajes con los que poder combinar y hacer cadenas de engranajes de MDF. Lo he llamado “Mis Primero Engranajes”

En concepto es algo muy sencillo, pues el juguete en si es un panel con muchos agujeros y una secuencia de engranajes de un mismo modulo, y diferente numero de dientes para tener una buena combinatoria, y poder hacer trenes de engranajes.

No me voy a extender mucho en la forma de dibujar engranajes, pero para diseñarlos hay que tener claro una serie de conceptos. Lo primero a elegir, es el modulo del engranaje. Este valor sera compartido por todos los engranajes, y definirá la forma y proporción de los dientes para permitir que engranen entre ellos independientemente del numero de dientes. Este modulo es el parámetro que nos dibujara el perfil del diente de cada engranaje, tambien llamado perfil Evolvente.

Después ya podemos seleccionar el numero de dientes de cada engranaje, e ir dibujando nuestra cadena. Lógicamente hay un montón de parámetros mas que nos definen el engranaje, pero no los voy a explicar aquí, me llevaría un par de entradas explicar todo esto. En el siguiente diagrama veréis una explicación gráfica de las principales características de los engranajes de dientes rectos:

diagrama con los principales conceptos de un engranaje

Si realmente os interesa, aquí tenéis un extracto de un articulo de la Wikipedia, donde se definen las principales medidas y características de un engranaje de dientes rectos (el mas sencillo de todos):


Los engranajes cilíndricos rectos son el tipo de engranaje más simple que existe. Se utilizan generalmente para velocidades pequeñas y medias; a grandes velocidades, si no son rectificados, o ha sido corregido su tallado, producen ruido cuyo nivel depende de la velocidad de giro que tengan.

  • Diente de un engranaje: son los que realizan el esfuerzo de empuje y transmiten la potencia desde los ejes motrices a los ejes conducidos. El perfil del diente, o sea la forma de sus flancos, está constituido por dos curvas evolventes de círculo, simétricas respecto al eje que pasa por el centro del mismo.
  • Módulo: el módulo de un engranaje es una característica de magnitud que se define como la relación entre la medida del diámetro primitivo expresado en milímetros y el número de dientes. En los países anglosajones se emplea otra característica llamada Diametral Pitch, que es inversamente proporcional al módulo. El valor del módulo se fija mediante cálculo de resistencia de materiales en virtud de la potencia a transmitir y en función de la relación de transmisión que se establezca. El tamaño de los dientes está normalizado. El módulo está indicado por números. Dos engranajes que engranen tienen que tener el mismo módulo.
  • Circunferencia primitiva: es la circunferencia a lo largo de la cual engranan los dientes. Con relación a la circunferencia primitiva se determinan todas las características que definen los diferentes elementos de los dientes de los engranajes.
  • Paso circular: es la longitud de la circunferencia primitiva correspondiente a un diente y un vano consecutivos.
  • Espesor del diente: es el grosor del diente en la zona de contacto, o sea, del diámetro primitivo.
  • Número de dientes: es el número de dientes que tiene el engranaje. Se simboliza como . Es fundamental para calcular la relación de transmisión. El número de dientes de un engranaje no debe estar por debajo de 18 dientes cuando el ángulo de presión es 20º ni por debajo de 12 dientes cuando el ángulo de presión es de 25º.
  • Diámetro exterior: es el diámetro de la circunferencia que limita la parte exterior del engranaje.
  • Diámetro interior: es el diámetro de la circunferencia que limita el pie del diente.
  • Pie del diente: también se conoce con el nombre de dedendum. Es la parte del diente comprendida entre la circunferencia interior y la circunferencia primitiva.
  • Cabeza del diente: también se conoce con el nombre de adendum. Es la parte del diente comprendida entre el diámetro exterior y el diámetro primitivo.
  • Flanco: es la cara interior del diente, es su zona de rozamiento.
  • Altura del diente: es la suma de la altura de la cabeza (adendum) más la altura del pie (dedendum).
  • Ángulo de presión: el que forma la línea de acción con la tangente a la circunferencia de paso, φ (20º o 25º son los ángulos normalizados).
  • Largo del diente: es la longitud que tiene el diente del engranaje
  • Distancia entre centro de dos engranajes: es la distancia que hay entre los centros de las circunferencias de los engranajes.
  • Relación de transmisión: es la relación de giro que existe entre el piñón conductor y la rueda conducida. La Rt puede ser reductora de velocidad o multiplicadora de velocidad. La relación de transmisión recomendada7​ tanto en caso de reducción como de multiplicación depende de la velocidad que tenga la transmisión con los datos orientativos que se indican:

Velocidad lenta: 

Velocidad normal : 

Velocidad elevada:

Hay dos tipos de engranajes, los llamados de diente normal y los de diente corto cuya altura es más pequeña que el considerado como diente normal. En los engranajes de diente corto, la cabeza del diente vale ), y la altura del pie del diente vale () siendo el valor de la altura total del diente ()

Fórmulas constructivas de los engranajes rectos

Diámetro primitivo

Módulo=

Paso circular    

Número de dientes

Diámetro exterior

Grueso del diente

Hueco del diente

Diámetro interior

Pie del diente

Cabeza del diente

Altura del diente

Distancia entre centros

Ecuación general de transmisión’:


Como podéis ver, dibujar un engranaje puede ser algo realmente complicado y laborioso, lo cual sinceramente desaconsejo bastante. Para dibujar hay varias herramientas en internet, incluso online, en las que se puede dibujar el 2D del engranaje sin más que introducir los parámetros correspondientes. Esta seria una de ellas, es bastante buena: http://geargenerator.com

Con esta herramienta, tendríamos el 2D de los engranajes que queramos, que podemos exportar a formato CAD (dxf por ejemplo). Yo en mi caso, voy a hacer los siguientes engranajes: 8, 12, 16, 20, 24, 28, 32, 36, 40, 44 y 48 dientes.

Mi idea es poder incluso hacer combinaciones, fijando un engranaje a otro, y hacer trenes de engranajes con desmultiplicaciones varias. Bueno, os comento el procedimiento que he seguido:

Lo primero es seleccionar un modulo, para que salgan unos engranajes de un tamaño que me interese. En mi caso, como la fresa mas pequeña que tengo para madera es de Ø3mm, esto me va a condicionar, así que basándome en esto, dibujo engranajes en los que una fresa de ese diámetro definan los huecos por completo y no tenga que lijar después.

Con la herramienta online, genero el CAD de todos mis engranajes, con las características que quiero, y los guardo como DXF. Este DXF lo edito y lo preparo para cortarlo después. Según voy haciendo los engranajes mas grandes, voy creando los radios interiores para darles algo de estética, siempre con las mismas proporciones.

Todas las medidas de los engranajes

 

Para poder hacer solidarios dos engranajes, con el fin de hacer las cadenas de engranajes que he comentado, todos los engranajes tendrán en común el agujero central y un agujero desplazado que utilizaré para clavar un palito de madera entre ellos y hacerlos solidarios.

La base donde se va a montar todo, no es mas que un panel de madera con una matriz de agujeros donde poder ir clavando los palitos que harán de ejes. Estos palitos los podre colocar donde quiera para poder montar mis engranajes donde me de la gana. A que distancia se ponen estos agujeros? es algo a lo que le he dado muchas vueltas, y la verdad, resultaría tremendamente complicado encontrar un patrón geométricamente exacto que sirviera para engranar de forma correcta todos los tamaños de engranajes en múltiples posiciones. Personalmente creo que es imposible. Por ello, al final he hecho agujeros en una matriz recta distanciados 10mm entre si. De esta forma, aunque no engranen como toca, se quedaran muy cerca, y bueno, estos engranajes no van a mover ningún mecanismo complejo ni soportar grandes cargas, así que si no engranan perfectamente, tampoco nos vamos a tirar de los pelos, no?

Panel donde se montaran los engranajes

 

El panel mide 54x44cm, asi que habrá sitio mas que de sobra para jugar todo lo que queramos. Y ya que estamos, un pequeño grabado para personalizar el “juguete”

Asi pues, una vez todo el diseño realizado, procedemos al mecanizado:

 

Caputra del LinuxCNC con el programa de corte de los engranajes
Engranajes una vez cortados
Engranajes terminados
Todos los engranajes juntos
Detalle del engrane entre dientes

Y ahora el panel:

Detalle del grabado
Detalle de la matriz de agujeros

Y por supuesto, no pueden faltar los “palitos”:

Palitos de Ø6mm
Los palitos montados en los agujeros

Y finalmente, como queda todo montado:

En esta imagen, se puede ver como engranan los dientes, y como se conserva el punto de presion qye sigue el perfil evolvente del diente. Perfecto!

Y aqui todos los engranajes montados sobre el panel:

Todos los engranajes montados

 

Y como ya habia comentado, aqui teneis un ejemplo de como montar el tren de engranajes y las desmultiplicaciones:

Tren de engranajes

Y con esto ya estaria. Para darle un buen acabado habria que pintarlo, pero con cuidado de no embozar los agujeros del panel, ni de los de los engranajes, porque el ajuste es bastante fino, y son un monton de agujeros si hay que repasarlos despues!

Bueno, que esta entrada sirva como idea de juguete, ergalo o simplemente cosa curiosa para crios, y no tan crios. Ya os adelanto que el mio no le ha llamado mucho la atencion… aunque aun es muy pequeño… o no?

Espero que os haya gustado.

2 Respuestas

  1. javier puppo

    Estimado Tu “juguete” me parece genial! podrias enviarme el archivo para hacer lo mismo? tengo una hija de 11 que le encantara.

    Saludos

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