La transmisión de potencia desempeña un papel fundamental en las máquinas. Los engranajes cónicos son uno de los componentes clave que garantizan un funcionamiento sin problemas en diversas aplicaciones. En este artículo leeremos sobre las ruedas cónicas, sus características y sus diversas aplicaciones.
Tanto si es un ingeniero como un principiante en busca de información valiosa sobre los engranajes cónicos, esta guía ampliará sus conocimientos sobre componentes mecánicos.
Si utiliza engranajes cónicos para cambiar la dirección de la transmisión de potencia, podrá transmitir potencia de una fuente en todas las direcciones.
¿Qué son los engranajes cónicos?
Los engranajes cónicos se utilizan en combinación con otros engranajes cónicos. Tiene dientes tallados en los lados de un cono y se utiliza para transmitir la rotación entre dos ejes para que se crucen en ángulo recto. Se instalan de modo que sus ejes de rotación se crucen al cambiar la dirección del eje de potencia a un eje diferente o al combinar engranajes cónicos.
Tipos de ruedas cónicas
- Engranaje cónico recto:
- Engranaje cónico espiral:
- Engranaje cónico Zerol:
- Engranaje hipoide:
- Engranaje de inglete:
Los engranajes cónicos se utilizan ampliamente en todas las industrias y se dividen en varios tipos. Los engranajes cónicos se fabrican en enormes cantidades en todo el mundo. Además, con una cuota de mercado de aproximadamente 42%, China lidera a los otros dos países, Japón y Corea del Sur, con cuotas de 16% y 6%, respectivamente. Del mismo modo, los fabricantes de engranajes de EE.UU. también tienen una gran cuota de mercado.
A continuación se indican los tipos más comunes de engranajes cónicos:
Engranaje cónico recto
Los engranajes cónicos rectos, con una cuota de mercado de 43%, son la categoría de productos más importante de engranajes cónicos. Un engranaje cónico recto es un tipo de engranaje cónico en el que los dientes se cortan rectos y se estrechan hacia el vértice del engranaje. Dado que la fuerza que actúa en dirección axial es pequeña, suele utilizarse en lugares donde las cargas de empuje son adversas.
También tiene la ventaja de simplificar el rodamiento. La desventaja es que, al girar a altas velocidades, aumentan el ruido y las vibraciones. Debido a estas características, los engranajes cónicos rectos se recomiendan cuando el coste es una prioridad, no se requiere una rotación a alta velocidad y el ruido no es un problema.
Se utiliza generalmente cuando funciona a una velocidad relativamente baja (velocidad circunferencial de 2 m/s o menos). Es relativamente fácil de fabricar y está especialmente indicado para máquinas herramienta, máquinas de impresión, etc., así como para dispositivos diferenciales: es el engranaje cónico más popular para la transmisión de potencia.
Engranaje cónico espiral
El engranaje cónico espiral es otro tipo de engranaje cónico. Los trazos de los dientes son espirales y helicoidales, creando un ángulo helicoidal, y los dos engranajes que se cruzan se entrelazan entre sí, creando una malla más resistente. Las ventajas incluyen un bajo nivel de ruido y vibraciones incluso durante la rotación a alta velocidad, alta resistencia de la superficie del diente y menos tensión en la superficie del diente.
Además, tiene un trazo de diente curvado (normalmente un arco) en el cono de paso, lo que permite un funcionamiento más suave que las ruedas cónicas rectas. Se utiliza principalmente para el funcionamiento a alta velocidad, con una velocidad circunferencial de paso igual o superior a 10 m/s.
Engranaje cónico Zerol (engranaje cónico espiral)
Una rueda cónica espiral con un ángulo de hélice de 0 grados también se denomina rueda cónica cero. Es un engranaje cónico que tiene las características de los engranajes cónicos rectos y de los engranajes cónicos helicoidales con la misma fuerza aplicada a los dientes.
En comparación con los engranajes cónicos helicoidales, la principal ventaja es que se puede suprimir la carga de empuje. Se utiliza en equipos industriales y automóviles. Los trazos de los dientes son curvos y tienen un aspecto muy bello. Pero a diferencia del perfil del diente de una rueda cónica espiral, no tiene un perfil del diente en el que los dientes se retuercen juntos en forma cónica en la periferia exterior.
Engranaje hipoide
Una rueda hipoide tiene trazos de dientes en espiral y ejes escalonados que no son paralelos ni se cruzan en los lados de entrada o salida de la rueda. Aunque son similares a las ruedas cónicas en espiral, se diferencian en que sus ejes se cruzan.
Ambas se parecen en que utilizan una gran relación de reducción y se emplean con grandes pares de torsión. Estos engranajes se utilizan principalmente en sistemas de transmisión de automóviles, sistemas de transmisión de trenes, reductores de velocidad (autobuses, camiones, coches particulares de lujo), etc.
Las ventajas de los engranajes hipoides son una gran relación de reducción, un bajo nivel de ruido y vibraciones, y una resistencia capaz de soportar grandes pares. En cuanto a la relación de reducción, los engranajes hipoides pueden aumentar el número de dientes en el lado de entrada (piñón hipoide) y en el lado de salida (engranaje hipoide).
Engranaje de inglete
Los engranajes con el mismo número de dientes se denominan engranajes de inglete. El ángulo estándar del eje es de 90 grados, y el plano de paso es de 45 grados. También hay engranajes de inglete de 45 grados, 60 grados y 120 grados, e inglete tiene el significado de mitra o junta. Son las piezas de transmisión de potencia, accionamiento y transporte de los equipos.
La potencia puede transmitirse a través de ejes ortogonales. Suele utilizarse en aplicaciones en las que no es necesario cambiar de engranaje, basta con cambiar el sentido de giro de un eje.
Los engranajes de inglete se utilizan principalmente en la industria de semiconductores, la industria alimentaria, la maquinaria industrial general y la maquinaria agrícola.
¿Qué son los engranajes helicoidales?
Los engranajes en espiral, también conocidos como engranajes helicoidales. Son un tipo de engranaje con dientes cortados en ángulo a lo largo de la cara del engranaje.
Estas son sus principales características:
- Dientes helicoidales:
- Reducción del ruido y las vibraciones:
- Mayor eficiencia:
- Carga de empuje axial:
Diferencia entre engranaje cónico y engranaje helicoidal
Engranaje cónico recto vs. engranaje cónico espiral
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Característica |
Engranaje cónico recto |
Engranaje cónico espiral |
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Perfil de los dientes |
Dientes rectos cortados a lo largo del eje del cono |
Dientes helicoidales con perfil curvo |
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Nivel de ruido |
Más ruidoso debido al impacto del diente en el enganche |
Más silencioso gracias al engranaje gradual de los dientes |
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Vibración |
Mayor vibración por impacto |
Menores vibraciones gracias a un mallado más suave |
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Carga de empuje |
Baja carga de empuje axial |
Mayor carga axial de empuje debido al ángulo helicoidal |
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Eficacia |
Menor eficiencia a altas velocidades |
Mayor eficiencia a altas velocidades |
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Aplicaciones |
- Aplicaciones de baja velocidad - Aplicaciones sensibles a los costes - Aplicaciones en las que el ruido no es una preocupación importante |
- Aplicaciones de alta velocidad - Aplicaciones que requieren un funcionamiento suave - Aplicaciones en las que la reducción del ruido es importante |
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Complejidad de la fabricación |
Fabricación más sencilla |
Fabricación más compleja |
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Coste |
Coste generalmente inferior |
Coste generalmente más elevado |
Aspectos técnicos de los engranajes cónicos
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Aspecto |
Descripción |
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Definición |
Engranajes con dientes tallados a lo largo de los flancos de un cono. |
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Característica principal |
Forma cónica y ejes que se cruzan en ángulos (normalmente de 90 grados). |
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Función principal |
Transmite potencia entre ejes que se cruzan, cambiando el sentido de giro. |
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Ventajas |
- Diseño compacto para cambiar la dirección del eje. - Económico (engranajes cónicos rectos). |
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Desventajas |
- Los engranajes cónicos rectos pueden ser ruidosos a altas velocidades. - Algunos tipos generan una carga de empuje axial. |
Los engranajes cónicos son económicos, tienen una larga vida útil y una gran funcionalidad en comparación con los engranajes metálicos o de plástico. Son más eficientes que los engranajes helicoidales y tienen relaciones más bajas que se traducen en mayores velocidades y tasas de desplazamiento.
Normalmente, los gatos de engranajes cónicos mantienen la característica de autobloqueo a la vez que proporcionan mayores velocidades de desplazamiento. Además, ofrecen varias características que se mencionan a continuación:
Transmisión de movimiento y potencia entre ejes de intersección
Los engranajes cónicos sirven para transferir movimiento y fuerza entre ejes que se cruzan. En un engranaje cónico, las roscas de los engranajes se cruzan aproximadamente a 90 grados, lo que permite cambiar la dirección de la fuerza de rotación en ángulo recto.
Tiene forma cónica como un paraguas y se utiliza en combinación con ruedas cónicas. Además, para cambiar la velocidad de rotación de los engranajes cónicos, se utilizan engranajes con distinto número de dientes, similares a los engranajes rectos.
Transmisión de potencia suave y eficiente
Los engranajes cónicos suelen fabricarse con materiales como acero aleado, acero al carbono o acero endurecido. Estos materiales ofrecen una solidez, resistencia a los impactos y resistencia al desgaste excepcionales, lo que garantiza una transmisión de potencia suave y eficaz.
Gran resistencia química y a la corrosión
Los engranajes cónicos son conocidos por su excepcional resistencia química y a la corrosión, lo que permite utilizarlos en condiciones duras.
Estos engranajes tienen varias ventajas sobre otros engranajes, como una mayor resistencia, mejores grados de precisión y un mayor grado de fiabilidad. Pueden soportar temperaturas más elevadas y garantizan una durabilidad a largo plazo.
Requiere una talladora de engranajes especializada a gran escala
La producción de engranajes cónicos requiere una máquina de tallado de engranajes especializada a gran escala. El método más típico es el método Gleason, y otros métodos incluyen el método Klingelnberg y el método Fiat.
Se trata de un ejemplo especial del método de tallado de dientes para ruedas cónicas rectas, pero se dice que este método es ineficaz. Corte cada ranura del diente utilizando una máquina indexadora que pueda crear una inclinación equivalente al ángulo del cono y una fresa diseñada específicamente para cilindros.
Buena lubricidad y facilidad de moldeo
Los engranajes cónicos son apreciados por su facilidad de moldeado, lo que los convierte en componentes versátiles en los procesos de fabricación. Además, tienen buena lubricidad para reducir la fricción y el desgaste entre los dientes del engranaje. Estas cualidades hacen que los engranajes cónicos sean adecuados para diversas aplicaciones en las que el funcionamiento suave y la durabilidad son esenciales.
Ejemplos y aplicaciones de los engranajes cónicos
Los engranajes cónicos, caracterizados por su forma cónica y sus ejes en intersección, son componentes vitales en diversos sistemas mecánicos. Su versatilidad permite diversas aplicaciones, como el cambio del sentido de giro en 90 grados y la transmisión de potencia. Descubra los diversos usos y aplicaciones de los engranajes cónicos que se enumeran a continuación:
Automoción
Los engranajes cónicos se utilizan mucho en aplicaciones de automoción, como accionamientos diferenciales, sistemas de transmisión y sistemas de tracción trasera en automóviles. Eso permite que las ruedas giren a distintas velocidades manteniendo la tracción y la estabilidad, especialmente durante los giros. Entre sus productos, los engranajes cónicos rectos constituyen el mayor segmento, en el que la automoción tiene un 53% compartir.
Maquinaria ligera y pesada
Los engranajes cónicos se utilizan para propulsar o hacer funcionar unidades auxiliares en equipos ligeros y pesados como cortacéspedes, tractores pequeños, molinos de cemento, trituradoras de cono, mezcladoras de arena, carretillas elevadoras y maquinaria de minería.
Son esenciales para la transmisión de potencia, ya que permiten transferir eficazmente el movimiento de rotación del motor a las ruedas o las cuchillas de corte.
Ferrocarriles
Los engranajes cónicos también se utilizan en las cajas de cambios y diferenciales de los vehículos ferroviarios, permitiendo a la locomotora avanzar o retroceder. Garantizan un funcionamiento suave y una distribución eficaz de la potencia.
Equipos de construcción
Se emplean habitualmente en los ejes de transmisión de vehículos de construcción como excavadoras, cargadoras y bulldozers. Los engranajes cónicos de los equipos de construcción proporcionan una transmisión de par fiable para elevar y posicionar cargas pesadas con precisión y control.
Reductores industriales
Los engranajes cónicos se emplean en sistemas transportadores, ascensores y equipos de manipulación de materiales, garantizando un movimiento y transferencia eficaces de las mercancías dentro de las instalaciones industriales.
Aplicaciones especiales
Los engranajes cónicos se utilizan en molinillos de café con grandes manivelas, batidoras y taladros manuales y dispositivos controlados por radio. También son esenciales para los motores de aviación, la industria naval y el campo médico para un rendimiento y seguridad óptimos.
Tabla comparativa de engranajes cónicos (fundición inyectada)
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Característica |
Engranaje cónico |
Engranaje cónico espiral |
Engranaje cónico helicoidal (Igual que Bisel en espiral) |
Engranaje de inglete (Tipo de engranaje cónico) |
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Tolerancia |
±0,1 - 0,3 mm (dependiendo de la complejidad) |
±0,1 - 0,2 mm (tolerancias más estrictas debido al dentado helicoidal) |
±0,1 - 0,2 mm (tolerancias más estrictas debido al dentado helicoidal) |
±0,1 - 0,3 mm (dependiendo de la complejidad) |
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Material |
Aleación de zinc (ZA-8, ZA-12) |
Aleación de aluminio (A356, A380) |
Aleación de aluminio (A356, A380) |
Aleación de zinc (ZA-8, ZA-12) o aleación de aluminio (A356, A380) |
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Coste aproximado |
Baja |
Más alto que el bisel recto |
Más alto que el bisel recto |
Similar al engranaje cónico |
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Plazo de entrega |
4-6 semanas |
6-8 semanas |
6-8 semanas |
4-6 semanas |
PREGUNTAS FRECUENTES
¿Qué es un engranaje cónico?
Un engranaje cónico es un tipo de engranaje con dientes tallados a lo largo de la superficie de un cono. Estos engranajes se utilizan para transmitir movimiento y potencia entre ejes que se cruzan y no son paralelos entre sí.
¿Para qué se utilizan los engranajes cónicos?
Los engranajes cónicos se utilizan para transmitir movimiento y potencia entre ejes que se cruzan en diferentes ángulos. Su versatilidad y su capacidad para transmitir el movimiento con eficacia en ángulos los convierten en componentes indispensables en una amplia gama de industrias y aplicaciones.
¿Para qué se utilizan los engranajes cónicos?
Los engranajes cónicos cambian la dirección de la transmisión de potencia entre ejes que se cruzan, normalmente a 90 grados. Son componentes cruciales en coches, cajas de cambios y máquinas diversas.
¿Cuál es la ventaja de un engranaje cónico?
Los engranajes cónicos ofrecen una forma compacta de cambiar la dirección del eje y son relativamente sencillos de fabricar, por lo que resultan rentables para muchas aplicaciones.
¿Cuáles son los inconvenientes de los engranajes cónicos?
Los engranajes cónicos rectos pueden ser ruidosos a altas velocidades, y algunos tipos generan una carga axial de empuje que requiere un soporte de rodamiento adicional.
¿Cuál es la diferencia entre una rueda cónica y una rueda de inglete?
Ambos son engranajes cónicos, pero los engranajes de inglete tienen el mismo número de dientes y están diseñados específicamente para una intersección de eje de 90 grados para simplemente cambiar de dirección, no alterar las relaciones de velocidad.