• Author / Uploaded
• Angelica Carvajal

Citation preview

Universidad Nacional Experimental “Francisco De Miranda” Área De Tecnología Complejo El Sabino Programa: Ingeniería Mecánica

ENGRANES PLANETARIOS

Introducción

Se denomina engranaje al mecanismo utilizado para transmitir potencia mecánica entre las distintas partes de una máquina. Los engranajes están formados por dos ruedas dentadas, de las cuales a la mayor se le denomina corona y al menor piñón. Un engranaje sirve para transmitir movimiento circular mediante contacto de ruedas dentadas. Existen diversos tipos de engranajes según el trabajo que se requiera. Uno de los tipos más comunes es el engranaje planetario, cuyo uso en la empresa automovilística es de gran importancia.

Engrane Planetario

Un engrane planetario o engranaje epicicloidal es un sistema de engranajes (o tren de engranaje) 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. Los ejes de engranajes planetarios tienen múltiples usos en una variedad de industrias, incluidas la automoción, la industria de vehículos pesados, la agrícola y la construcción. Se utilizan en conjuntos de engranajes planetarios, en diferenciales y en trenes de accionamiento de válvulas para motores. Además de diseños sólidos, se proporciona una variedad de ejes huecos para engranajes planetarios. Se dispone de extremos con diferentes formas para aplicaciones específicas, incluidos extremos más blandos para facilitar la fijación en porta planetarios de transmisión automática. El engranaje planetario más utilizado se encuentra dentro de la transmisión de un vehículo.

Los componentes que forman un conjunto de engranes planetarios son: 1) Los engranes planetarios, 2) El porta planetarios, 3) La corona y 4) El engranaje solar. Ver figura 1.

Historia Diferencial de engranaje epicicloidal, que se utiliza para el cálculo del calendario, ha sido identificado en el mecanismo de Antikythera griega que data de alrededor del 87 aC. Richard de Wallingford, un abad Inglés de St. Albans monasterio se acredita para reinventar engranaje epicicloidal de un reloj astronómico en el siglo 14. En 1588, ingeniero militar italiano Agostino Ramelli inventó el bookwheel, un atril verticalmente giratoria contiene engranaje epicicloidal con dos niveles de engranajes planetarios para mantener la orientación correcta de los libros.

Ventajas y desventajas Ventajas de engranajes planetarios más de engranajes de eje paralelo incluyen alta densidad de potencia, gran reducción en un pequeño volumen, múltiples combinaciones cinemáticas, reacciones de torsión puros, y ejes de transmisión coaxial. Las desventajas incluyen cargas de rodamientos, los requisitos de lubricación constante, la inaccesibilidad y la complejidad del diseño. La disposición de engranaje planetario es un diseño de ingeniería que ofrece muchas ventajas sobre las disposiciones tradicionales de caja de cambios. Una de las ventajas es su combinación única de tanto compacidad y eficiencia de transmisión de potencia pendientes. Una pérdida de eficiencia típica de un acuerdo reductor planetario es sólo un 3% por etapa. Este tipo de eficiencia asegura que una alta proporción de la entrada ser la energía se transmite a través de la caja de cambios, en vez de ser desperdiciada en las pérdidas mecánicas del interior de la caja de cambios. Otra ventaja de la disposición de engranaje planetario es distribución de la carga. Debido a la carga que se transmite es compartida entre múltiples planetas, la capacidad de par se incrementa en gran medida. Cuantos más planetas en el sistema, la mayor capacidad de carga y mayor la densidad de par. La disposición de engranaje planetario también crea una mayor estabilidad debido a la distribución uniforme de la masa y el aumento de rigidez rotacional. En un sistema de planeta escalonado las vibraciones son significativamente mayor que la de una caja de cambios no compuesto. A medida que se aplica el par de un engranaje de un tamaño y trasladado en un engranaje de otro tamaño, el equipo compuesto experimentará tracción lateral, haciendo que la presión desigual en los dientes de los engranajes, lo que aumenta la fricción y el desgaste, y la disminución de la vida de engranajes.

En comparación, el par de torsión aplicado en sentido radial sobre un engranaje compuesto no será transferido en radialmente por el engranaje, sin ninguna presión lateral sobre los dientes de los engranajes.

Cálculo del número de dientes de un engrane planetario

Por conveniencia vamos a llamar R, S y P al número de dientes de los engranajes. R Número de dientes de la corona. S Número de dientes en el planeta (engranaje central). P Número de dientes en los engranajes satélites. La primera condición para que un engranaje planetario funcione es que todos los dientes tengan el mismo módulo, o el mismo paso circular. Esto asegura que los dientes encajan. La segunda condición es: R= 2 x P + S Es decir, el número de dientes de la corona es igual al número de dientes en el engranaje central más dos veces el número de dientes en los engranajes satélites. En los engranajes que vemos en la figura número 2, quedaría de la siguiente forma: 30= 2 x 9 + 12.

Relación de transmisión

La relación de transmisión en un sistema de engranaje epicicloidal es muy intuitivo, particularmente porque hay varias maneras en las que una rotación de entrada puede ser convertida en una rotación de salida. Los tres componentes básicos del engranaje epicicloidal son: Sun: El engranaje central Compañía Planet: Contiene uno o más engranajes planetarios periféricos, todas del mismo tamaño, engranado con el engranaje solar Annulus: Un anillo exterior con los dientes ubicados en el interior que engrana con el engranaje planetario o engranajes En muchos sistemas de engranajes epicicloidales, uno de estos tres componentes básicos se mantiene estacionario, uno de los dos componentes restantes es una entrada, que proporciona la energía al sistema, mientras que el último componente es una salida, recibe energía desde el sistema. La relación de rotación de entrada a la rotación de salida es dependiente del número de dientes en cada marcha, y sobre la cual componente se mantiene estacionario. En otros sistemas, tales como transmisiones de vehículos híbridos, dos de los componentes se utilizan como entradas con la tercera salida que proporciona con respecto a las dos entradas. En una disposición, el soporte planetario se mantiene estacionario, y el engranaje solar se utiliza como entrada. En este caso, los engranajes planetarios simplemente giran alrededor de sus propios ejes a una velocidad determinada por el número de dientes de cada engranaje. Si el engranaje tiene dientes Ns, y cada satélite tiene dientes Np, entonces la relación es igual a -Ns/Np. Por ejemplo, si el engranaje solar tiene 24 dientes, y cada planeta tiene 16 dientes, entonces la relación es -24/16, o -3/2, lo que significa que una vuelta en sentido horario del engranaje solar produce 1,5 vueltas hacia la izquierda de cada uno de los el engranaje de planeta alrededor de su eje. Esta rotación de los engranajes planetarios puede a su vez conducir el anillo, en una proporción correspondiente. Si el anillo tiene Na dientes, entonces el anillo girará por Np/Na vueltas por cada vuelta de los engranajes planetarios. Por ejemplo, si el anillo tiene 64 dientes, y los planetas 16, un giro hacia la derecha de un planeta resultados de engranajes en 16/64 o 1/4 vueltas en sentido horario del anillo.

Extendiendo este caso de la de arriba: Una vuelta de los resultados del engranaje de sol en las curvas de los planetas Una vuelta de un planeta resultado de engranajes de las vueltas del anillo Por lo tanto, con el soporte planetario bloqueado, a su vez uno de los resultados de engranaje sol en vueltas de la corona circular. El anillo también puede ser considerado fijo, con aportaciones al portador de engranaje planetario, rotación de salida se produce luego de la marcha sol. Esta configuración producirá un aumento de la relación de transmisión, igual a 1 Na/Ns. Todos estos son descritos por la ecuación: Donde n es el factor de forma del engranaje planetario, que se define por: Si el anillo se mantiene estacionario y el engranaje solar se utiliza como la entrada, el soporte planetario será la salida. La relación de transmisión en este caso será 1 /. Esta es la relación de transmisión más baja alcanzable con un tren de engranajes epicicloidal. Este tipo de engranaje se utiliza a veces en los tractores y equipos de construcción para proporcionar un alto par motor a las ruedas motrices. En los engranajes de cubo de bicicleta, el sol es generalmente estacionaria, está montada sobre el eje o incluso mecanizar directamente sobre ella. El portador de engranaje planetario se utiliza como entrada. En este caso la relación de transmisión viene dado simplemente por/Na. El número de dientes en el engranaje planetario es irrelevante.

Diferencial

Un diferencial es el elemento mecánico que permite que las ruedas derechas e izquierda de un vehículo giren a velocidades diferentes, según éste se encuentre tomando una curva hacia un lado o hacia el otro. Cuando un vehículo toma una curva, por ejemplo hacia la derecha, la rueda derecha recorre un camino más corto que la rueda izquierda, ya que esta última se encuentra en la parte exterior de la curva. Antiguamente, las ruedas de los vehículos estaban montadas de forma fija sobre el eje. Este hecho significaba que una de las dos ruedas no giraba bien, desestabilizando el vehículo. Mediante el diferencial se consigue que cada rueda pueda girar correctamente en una curva, sin perder por ello la fijación de ambas sobre el eje, de manera que la tracción del motor actúa con la misma fuerza sobre cada una de las dos ruedas.

Funcionamiento: El diferencial consta de engranajes dispuestos en forma de "U" en el eje. Cuando ambas ruedas recorren el mismo camino, por ir el vehículo en línea recta, el engranaje se mantiene en situación neutra. Sin embargo, en una curva los engranajes se desplazan ligeramente, compensando con ello las diferentes velocidades de giro de las ruedas.

La diferencia de giro también se produce entre los dos ejes. Las ruedas directrices describen una circunferencia de radio mayor que las no directrices, por ello se utiliza el diferencial.

Un vehículo con tracción en las cuatro ruedas puede tener hasta tres diferenciales: uno en el eje frontal, uno en el eje trasero y un diferencial central.

En el hipotético caso de que ambos ejes sean directrices, el que tenga mayor ángulo de giro describirá un radio mayor.

Anexos

Figura 1.

Figura 2.