Engranaje planetario
El engranaje planetario se usa aquí para aumentar la velocidad de salida. El portaplanetas (verde) es impulsado por un par de entrada. El sol (amarillo) proporciona el par de salida, mientras la corona (rojo) permanece fija. Adviértanse las las marcas rojas antes antes y después después de que el eje de de entrada rote 45º 45º en el sentido de las agujas del reloj. reloj.
Un engranaje planetario o engranaje epicicloidal es un sistema de engranajes (o tren de engranajes ) consistente en uno o más engranajes externos o planetas que rotan sobre un engranaje central o sol . Típicamente, los planetas se montan sobre un brazo móvil o porta-planetas que a su vez puede rotar en relación al sol. Los sistemas de engranajes planetarios pueden incorporar también el uso de un engranaje anular externo o corona, que engrana con los planetas. Otra terminología extendida y equivalente es la que considera el eje central el planeta, siendo los engranajes a su alrededor satélites acoplados por tanto a un porta-satélites. El engranaje planetario más utilizado se encuentra dentro de la transmisión de un vehículo vehículo..
[editar ]Relación de cambio
El portaplanetas (verde) se deja estacionario mientras el sol (amarillo) se usa como entrada. Los planetas (azul) giran en una proporción determinada por el número de dientes de cada engranaje. Aquí, la relación es -24/16 o -3/2; cada planeta gira a 3/2 la velocidad del sol, en el sentido contrario.
Cambios internos para bicicletas. Éste, Rohloff Speedhub 500/14, produce catorce relaciones de transmisión diferentes.
La velocidad de transmisión en un sistema de engranaje planetario es muy poco intuitiva, especialmente porque hay varias formas de convertir la rotación de entrada en una de salida. Los tres componentes básicos de un engranaje epicicloidal son:
Sol : El engranaje central.
Portaplanetas (Carrier): Sujeta uno o más engranajes planeta periféricos, del mismo tamaño,
engranados con el sol.
Corona o anillo : Un anillo externo con dientes en su cara interna que engrana con el o los planetas.
En cualquier sistema de engranaje planetario, uno de estos tres componentes básicos permanece estacionario, uno de los dos restantes es la entrada, proporcionando potencia al sistema, y el último componente es la salida, recibiendo la potencia del sistema. La relación de la rotación de entrada con la de salida depende del número de dientes de cada rueda y de qué componente permanezca estacionario. Una situación es cuando el portaplanetas permanece estacionario y el sol se usa como entrada. En este caso, los planetas simplemente rotan sobre sus propios ejes a una velocidad determinada por el número de dientes de cada engranaje. Si el sol tiene S dientes y cada planeta tiene P dientes, entonces la relación es igual a -S/P . Por ejemplo, si el sol tiene 24 dientes y cada planeta tiene 16, entonces la relación es -24/16 o -3/2, lo que significa que cada giro en sentido horario produce 1,5 giros en sentido antihorario en los planetas. Esta rotación de los planetas puede a su vez impulsar la corona, en una relación correspondiente. Si la corona tiene C dientes, entonces rotará P /C giros por cada uno de los planetas. Por ejemplo, si la corona tiene 64 dientes y los planetas 16, un giro en sentido horario de és tos resulta en 16/64 o 1/4 de giro en el mismo sentido de la c orona. Extendiendo este caso con el de arriba:
Un giro del sol provoca -S/P giros de los planetas
Un giro de los planetas provoca P /C giros de la corona
Por tanto, con el portaplanetas bloqueado, un giro del planeta provoca - S/C giros de la corona. La corona también puede dejarse fija (configuración que posee mayor aplicaciones industriales), realizando la entrada sobre el carrier, produciéndose así la rotación de salida en el sol. Esta configuración producirá una relación de cambio mayor, igual a 1+ C /S. Todo esto se describe con la ecuación:
donde n es el factor de forma del engranaje planetario, definido según:
Si la corona permanece estacionaria y el sol se usa como entrada, el portaplanetas será la salida. La relación de cambio en este caso ser á 1/(1+C /S). Esta es la menor relación de cambio alcanzable con un sistema de engranaje epicicloidal. Este tipo de engranaje se usa a veces en tractores y equipo de construcción para proporcionar un par elevado a las ruedas. Más engranajes sol y planetas pueden situarse en serie en el mismo sistema (de forma que el eje de salida de cada etapa sea el de entrada de la siguiente), logrando así un tren con una mayor (o menor) relación de cambio. De esta forma es como algunas transmisiones automáticas funcionan.
Tren planetario.
Durante la Segunda Guerra Mundial, se desarrolló una variante es pecial del engranaje epicicloidal para los radares portátiles, que necesitaban una relación reductora muy elevada en muy poco volumen. Esta variante tenía dos engranajes anulares externos, cada uno con la mitad de grosor que los demás engranajes. Uno de estos dos anillos externos se mantenía fijo y tenía menos dientes que el otro. De esta forma, varios giros del sol hacía que los planetas completaran una única revolución, que a su vez hacía que el engranaje anular libre rotase un solo diente.
Engranaje planetario o epicicloidal . Es un sistema que permite hacer varias desmultiplicaciones
con un solo juego de engranajes. Se utiliza de muy diversas maneras: por ejemplo, es el diferencial de casi todos los coches de motor y cambio transversal; también es el engranaje com ún en las cajas de cambio automáticas con convertidor hidráulico de par. Está formado por cuatro elementos: planeta, satélites, portasatélites, y corona.
El planeta es una rueda con dentado exterior. Constituye el engranaje interior del sistema. Los satélites son varias ruedas con dentado exte rior (generalmente tres o cuatro) que pueden estar fijas con relación al planeta y la corona, o bien pueden girar sobre ellos.
El portasatélite es una pieza que une los ejes de giro de los satélites. Si no hay movimiento relativo entre el planeta y del portasatélites (por ejemplo, cuando giran sincrónicamente), los satélites no se giran alrededor del planeta. Si hay giro relativo entre el planeta y el portasatélites, los satélites giran alrededor del planeta (el sentido de giro del los satélites es siempre inverso al del planeta). Si el planeta y portasatélites se mueven sincrónicamente (por tanto, sin g iro de los satélites), puede haber transmisión de par entre el planeta y el portasatélites, o viceversa. La corona es una rueda con dentado interior, engranada en los satélites. Si hay giro relativo entre la corona y el portasatélites, los satélites giran a lo largo de la corona. (el sentido de giro del los satélites es siempre inverso al de la corona). Si la corona y portasatélites se mueven sincrónicamente (por tanto, sin giro de los satélites), puede haber transmisión de par entre la corona y el portasatélites, o viceversa. En una transmisión, hay un semieje conectado al planeta, otro al portasatéltes y otro a la corona. Estos tres elementos pueden impulsar, ser impulsados o girar solidariamente. Las distintas relaciones de transmisión dependen solo de los dientes que tengan el planeta y la corona, número de dientes de los satélites no influye en las relaciones de transmisión.
TRANSMISION DEL MOVIMIENTO POR ENGRANAJ ES Y SUS A PLICACIONES
TRANSMISION POR ENGRANA JES
La potencia puede transmitirse desde un árbol a otro por medio de correas, ruedas de fricción engranajes o cadenas. Cuando la razón entre las velocidades tiene que ser constante se aplica ruedas de engrane. Es evidente que cualquier par de superficies que rueden juntas con un movimiento de rodadura pura, de manera a dar la relación de velocidades deseada, puede servir de base para el diseño de un para de ruedas dentadas. El movimiento transmitido por un par de ruedas dentadas bien diseñadas es idéntico al de las curvas o superficies básicas rodando una sobre otra. Para que un par de curvas puedan moverse una sobre otra con un movimiento de rodadura pura, el punto de tangencia de las curvas tiene que hallarse siempre sobre la recta que une los centros de rotación de las curvas. Los primeros datos que existen sobre la transmisión de rotaciones con velocidad angular uniforme por medio de engranajes, corresponden al año 1674, cuando el famoso astrónomo danés Olaf Roemer propuso la forma o perfil del diente en epicicloide. Del profesor Camus fue la idea de la intercambiabilidad de las ruedas dentadas y Robert Willis, profesor de Cambridge, fue el que obtuvo la primera aplicación práctica de la epicicloide al emplearla en la construcción de una serie de engranajes intercambiables. De la misma manera, de los primeros matemáticos fue la idea del empleo de la evolvente de círculo en el perfil del diente, pero también se deben a Willis las realizaciones prácticas. Es muy posible que fuera el francés Phillipe de Lahire el primero en concebir el diente de perfil en evolvente en 1695, muy poco tiempo después de que Roemer concibiera el epicicioidal. La primera aplicación práctica del diente en evolvente fue debida a l suizo Leonard Euler (1707). A Willis se le debe la creación del odontógrafo de su nombre para el trazado simplificado del perfil del diente de evolvente. En 1856, Christian Schiele descubrió el sistema de fresado de engranajes rectos por medio de la fresa madre, pero el procedimiento no se lleva a la práctica hasta 1887, a base de la patente Grant. En 1897, Hermann Pfauter, alemán, inventa y patenta una máquina universal de dentar engranajes rectos y helicoidales por fresa-madre con mecanismo diferencial. Por último, en 1905, M. Chambon, de Lyon, fue el creador de la máquina para el dentado de engranajes cónicos por procedimiento de fresa.madre.
CAMPO DE A PLICACIÓN DE L OS ENGRANAJ ES
Existe una gran variedad de formas y tamaños de engranajes, desde los más pequeños usados en relojería e instrumentos científicos (se alcanza el módulo 0,05) a los de grandes dimensiones,
empleados, por ejemplo, en las reducciones de velocidad de las turbinas de vapor de los buques, en el accionamiento de los hornos y molinos de las fábricas de cemento, etc. El campo de a plicación de los engranajes es prácticamente ilimitado. Los encontramos en las centrales de producción de energía eléctrica, hidroeléctrica y en los elementos de transporte terrestre: locomotoras, automotores, camiones, automóviles, transporte marítimo en toques de todas clases, aviones, en la industria siderúrgica: laminadores, transportadores, etc., minas y astilleros, fábricas de cemento, grúas, montacargas, máquinas-herramientas, maquinaria textil, de al imentación, de vestir y calzar, industria química y farmacéutica, etc., hasta los más simples movimientos de accionamiento manual. Toda esta gran variedad de aplicaciones del engranaje puede decirse que tiene por única finalidad la transmisión de la rotación o giro de un eje a otro distinto, reduciendo o aumentando la velocidad del primero, constituyendo los llamados “reductores o multiplicadores de velocidad” y los “cambios de velocidades”. Una variedad muy interesante de todos estos mecanismos la constituyen los llamados “trenes epicicloidales” y los “diferenciales”. 2.- VENTAJA S Y DESVENTAJA S DE L A TRANSMISIÓN POR ENGRANES
Debido a la forma curva de los perfiles de los dientes es de evolvente o cicloidal el movimiento transmitido por un par de ruedas dentadas es de rodadura pura. Además la relación de rotaciones con velocidad angular de la transmisión engranajes, es uniforme. Por esta razón se aplica como reductor o multiplicador de velocidades en máquinas en las que se requiere una velocidad específica y que no tenga alteraciones o fluctuaciones de velocidad.
Los engranes proporcionan a las máquinas una gradación utilizable de relaciones de velocidad. Los engranes permiten grandes transmisiones de potencia desde el eje de una fuente de energía hasta otro eje situado a cierta distancia y que ha de realizar un trabajo s in perdidas de energía. Los engranes tienen como desventaja que no pueden transmitir potencia entre distancias grandes entre centros para estos casos se utiliza poleas o cadenas. Los engranes tienen un costo elevado comparado con los otros tipos de transmisión por cadenas y las poleas.
u relación de transmisión se calcula de la siguiente forma: Donde Z R, es el número de dientes del Ring Gear y Z S es el número de dientes del engrane Sol. La velocidad de giro del engrane Planeta se calcula de la siguiente forma:
La frecuencia de engrane de un sistema de engranajes planetarios es:
Un defecto en el Ring Gear se podrá ver en una frecuencia igual al número de planetas multiplicado por la velocidad de rotación del portasatélites. Un defecto en el sol se mostrará a una frecuencia igual al número de planetas multiplicado
por la velocidad de giro del sol menos la del portasatélites. Por último, un defecto en un planeta aparecerá a una frecuencia igual al doble de la velocidad de giro del planeta.
Hay dos tipos de engranajes planetarios para reducir la velocidad de la hélice con respecto a la del cigüeñal. Un sistema tiene el engranaje principal (sol) fijado rígidamente a la sección delantera del motor, y una corona interna es impulsada por el cigüeñal. El piñón esta unido al eje de lo que quiere mover. y montado en ella y son una serie de piñones que cuando el cigüeñal gira, los piñones giran en torno al principal fijo, en compañía de la hélice en la misma dirección, pero a una velocidad reducida. Los reductores de velocidad de engranajes planetarios, interiores o anulares son variaciones del engranaje recto en los que los dientes están tallados en la parte interior de un anillo o de una rueda con reborde, en vez de en el exterior. Los engranajes interiores suelen ser impulsados por un piñón, (también llamado piñón Sol, que es un engranaje pequeño con pocos dientes). Este tipo de engrane mantiene el sentido de la velocidad angular .1 El tallado de estos engranajes se realiza mediante talladoras mortajadoras de generación. La eficiencia de este sistema de reductores planetarios es igual a 98^(#etapas); es decir si tiene 5 etapas de reducción la eficiencia de este reductor seria 0,904 o 90,4%. Debido a que tienen mas dientes en contacto que los otros tipos de reductores, son capaces de transferir / soportar mas torque; por lo que su uso en la industria cada vez es mas difundido. Ya que generalmente un reductor convencional de flechas paralelas en aplicaciones de alto torque debe de recurrir a arreglos de corona / cadenas lo cual vuelve no solo requiere de mas tamaño sino que también implicara el uso de lubricantes para el arreglo corona / cadena.
