Mecanismos: engranajes
Incluso antes de la Revolución Industrial, las herramientas de un tipo u otro trabajaban tanto a favor como en contra de nosotros. Desde antiguas instalaciones hidráulicas y molinos de viento que muelen el grano y golpean el lino, hasta los trenes de transmisión que hacen funcionar las máquinas de guerra desde los motores de asedio hasta los principales tanques de batalla, el equipo fue una parte esencial de casi todos los dispositivos mecánicos jamás construidos. La próxima entrega de nuestra serie Mecanismos analizará brevemente los equipos y sus aplicaciones.
Progreso acelerado a lo largo
Como suele ser el caso, la evolución es el mejor inventor, y un mecanismo adaptado que une las patas traseras de los insectos de plantas jóvenes precede a la invención humana de herramientas en dos mil millones de años. El uso humano de equipos se remonta al menos al siglo III aC en China, y la tecnología se difundió rápida y ampliamente. En unos pocos cientos de años, los engranajes metálicos mecanizados con precisión hicieron posible construir en Grecia dispositivos dentados complejos como el mecanismo de Antikythera.
En pocas palabras, un engranaje no es más que una rueda con una especie de dientes cortados en su circunferencia. Los dientes tienen el tamaño y la forma necesarios para entrelazarse con los dientes de otros elementos mecánicos para emitir un par. Los engranajes múltiples conectados en serie se denominan tren de engranajes, y si los diámetros de los engranajes en el tren de engranajes son diferentes, el par emitido será proporcional a la diferencia. Por lo tanto, si el tren de rodaje tiene un diámetro de 1 cm y el tren de rodaje tiene 10 cm de ancho, el tren de tren aumentará el par 10 veces al reducir la velocidad de rotación en un factor de 10.
Engranajes helicoidales involutos, generados por [Greg Frost]El código clásico de OpenSCAD. Los engranajes más simples, con dientes cortados directamente a través de la cara desde la circunferencia de un disco, se denominan engranajes. Muchos trenes de engranajes de velocidad baja a media utilizan engranajes que tienen una geometría simple que es fácil de acumular. Pero las espuelas tienen algunas desventajas. Los ejes de los engranajes deben estar paralelos entre sí dentro del tren de engranajes, por lo que no es posible transferir potencia a otro plano giratorio. Además, debido a que todo el ancho de la superficie del diente está entrelazado al mismo tiempo, los dientes rectos tienden a hacer mucho ruido a velocidades más altas cuando los dientes hacen clic juntos.
Para contrarrestar esto, los dientes se pueden cortar en ángulo con el eje de rotación. Distorsionar los dientes alrededor de la circunferencia del engranaje da como resultado un patrón helicoidal, de ahí el nombre engranaje helicoidal. Los engranajes helicoidales no solo son más silenciosos, sino que también se pueden cruzar para transmitir potencia a lo largo de una línea recta. La ventaja es que debido a los dientes oblicuos, los engranajes helicoidales dan un empuje a lo largo de sus ejes. El empuje se puede tratar usando suspensiones de empuje, como rodamientos de rodillos puntiagudos, o usando dos engranajes helicoidales con direcciones de dientes opuestas en el mismo eje para cancelar el empuje axial. Esto da como resultado el hermoso engranaje en espiga que se ve en muchas aplicaciones de alta potencia, como los molinos de viento.
Kits de polvo
Durante mucho tiempo, la producción de engranajes metálicos ha sido un proceso complejo que implica múltiples pasos de mecanizado para producir dientes con la geometría deseada. Los dientes se pueden cortar mediante cualquier número de operaciones de mecanizado, como taladrar, rectificar, formar o rectificar.
Pero el corte de engranajes es caro y caro, por lo que la mayoría de los engranajes se producen actualmente mediante algún tipo de operación de molde. Las herramientas de plástico, que odiamos ver cuando miramos una herramienta eléctrica construida a precio, se pueden producir fácilmente mediante moldeo por inyección y, a pesar de su mala reputación, pueden resultar en trenes perfectamente funcionales, si no particularmente duraderos. Pero los engranajes metálicos también se pueden moldear, y los engranajes metálicos en polvo ahora representan una gran parte del mercado.
Los kits de metal en polvo se producen llenando un molde con un polvo de aleación de metal muy fino mezclado con aglutinantes y lubricantes. El polvo en el molde es comprimido por un pistón hidráulico con una herramienta compatible con la forma del molde, y la enorme presión fusiona las partículas de metal en un sólido lo suficientemente fuerte como para ser manipulado. Luego, las piezas verdes se calientan para fusionar permanentemente las partículas en la pieza metálica final, que en muchos casos está lista para usar sin más mecanizado.
https://www.youtube.com/watch?v=s1TGXa3pB5M
Ejecute su propio
Si bien la pulvimetalurgia no es asequible para la mayoría de las tiendas de artículos para el hogar, los kits de bricolaje son muy factibles para cualquiera que tenga acceso a algunas máquinas herramienta básicas. Nunca nos cansaremos de mirar [Chris] mecanizado de engranajes y piñones de reloj Clickspring, y aunque esos engranajes son altamente especializados para el mundo de la metrología, muchos de los mismos principios se aplican a engranajes para otras aplicaciones. La impresión 3D también permite trenes de herramientas personalizados, y los resultados pueden ser sorprendentemente sólidos en las condiciones adecuadas. Y no olvide los enrutadores CNC que producen herramientas grandes y pequeñas en todo tipo de materiales.
Es difícil incluso rayar la superficie de lo que entra en la ingeniería detrás de los engranajes (geometría de los dientes, ángulos de presión, líneas de contacto) ni podemos cubrir los engranajes realmente interesantes, como transmisiones armoniosas y engranajes epicicloidales. Pero esto es al menos un comienzo y una muestra de lo que está buscando cuando comience a agregar engranajes a sus edificios. ¡Abre las cerraduras de increíbles proyectos de herramientas en los comentarios!
Miroslav dice:
Si hablamos de las herramientas de bricolaje, la herramienta Cage es bastante fácil de fabricar en madera, con herramientas sencillas:
https://en.wikipedia.org/wiki/Gear#Cage_gear
TGT dice:
Huh, nunca escuché esa expresión para esos. He escuchado herramientas de linterna y herramientas de alfiler para cuando solo un lado está cerrado. Una de las (ciertamente pocas) buenas cualidades de estos es que cuando se rompe un diente, es muy sencillo reemplazarlo en lugar de reemplazar todo el mecanismo.
Ren dice:
Una explosión del pasado ...
https://la-tecnologia.com/2010/06/30/how-to-design-your-gears/
TGT dice:
Sí, me doy cuenta de que a veces también han aparecido aquí carteles sobre circuitos y ordenadores.
Robar dice:
¿Alguien tiene el enlace a la increíble colección de herramientas especiales? Creo recordar bien que estaban casi listos para usar en impresión 3D (plantillas y similares).
Ostraco dice:
"Pero el corte de herramientas es caro y caro, por lo que la mayoría de los kits se producen actualmente mediante algún tipo de operación de molde. Las herramientas de plástico que odiamos ver cuando miramos una herramienta eléctrica construida a precio pueden producirse fácilmente mediante moldeo por inyección, y a pesar de su mala calidad reputación, pueden resultar en trenes perfectamente practicables, si no particularmente duraderos. Pero los engranajes metálicos también se pueden moldear, y los engranajes metálicos en polvo ahora constituyen una gran parte del mercado ".
Fundición:
John dice:
Las herramientas utilizadas por Chris en Clickspring se utilizan en relojería, el estudio y medición del tiempo, no en metrología, el estudio de medir cualquier cosa (normalmente dimensiones físicas)
Ren dice:
Compre uno podría argumentar fácilmente que la relojería es un subconjunto de la metrología porque la metrología incluye estándares de frecuencia, por lo que los relojes.
Dibujos dice:
John tiene la mitad de razón. Los engranajes de los relojes Clickspring (reloj y reloj) Y, a menudo, la metrología (ciencia de la medición-medición, es decir, calibres e indicadores) utilizan un tipo de engranaje llamado engranaje cicloidal, destinado a la precisión y suavidad de movimiento, para un movimiento tan suave y continuo distribución del movimiento como sea posible. En relojería, esto está destinado a medir con precisión el movimiento en forma de temporizadores que lo requieran. En metrología, este es el mismo caso porque proporciona una posición precisa para el movimiento aplicado a los engranajes para cosas que requieren alta precisión de movimiento con poca fuerza: muchos relojes comparadores y equipos de medición, donde el movimiento perdido del engranaje equivaldría a la pérdida de medición de distancia en un calibre. lecturas.
La mayoría de las dentaduras postizas en el mundo, independientemente de su estilo de malla (es decir, espina de pescado, espolón, etc.) son de hecho otra forma de perfil dentario llamado dentición involuta. Este tipo de engranaje está diseñado para la máxima transmisión de potencia con el menor desgaste, sin la preocupación de la precisión del movimiento como primordial. Esto se debe a que en la mayoría de las aplicaciones, los engranajes se utilizan para transmitir potencia en lugar de precisión de movimiento directo. Estos engranajes son la forma en la transmisión de su automóvil, herramientas eléctricas y máquinas. No funcionan bien en relojes, excepto que a menudo se usan en los trenes de herramientas curvos de relojes y, por lo tanto, no en los engranajes que componen el tren de relojes que generalmente se mueven para ahorrar tiempo.
¿Tiene sentido? 2 tipos de engranajes en el mundo (a excepción de formas exóticas raras que rara vez se usan): involuta (para transmisión de potencia, usado en el 99% de los usos de engranajes) y cicloide (usado en trenes de engranajes que ahorran tiempo y medidores precisos para precisión, suavidad y regularidad de movimiento). Los kits de epiciloides son versiones de engranajes internos de los kits de cicloides.
Lo sé como relojero entrenado.
Max dice:
Ese momento en el que el comentario frecuente ocasional te enseña mucho más que el “resumen ejecutivo” de viñetas gratis disfrazado de artículo ...
Dibujos dice:
Gracias, estoy intentando: D Esto es algo complicado de entender realmente y siento que hay una falta de personas que entiendan y puedan resumirlo inteligentemente para las personas que no lo tienen. El engranaje preciso es un tema muy interesante, si desea obtener más información, el libro Corte de ruedas y piñones en Horology de Malcomb J Wild es bueno para la teoría de engranajes cicloides, Engranajes y corte de engranajes de Ivan Law es adecuado para engranajes involutas normales. Si realmente quiere salirse con la suya, los más accesibles y completos son los kits de dispositivos pequeños de WO Davis. Soy dueño de todo esto lo que hago.
Galane dice:
El video de prensado y sinterizado muestra la fabricación de dientes, no engranajes. Los dientes no se utilizan para impulsarse entre sí directamente, se utilizan con cadenas. ¿Qué tal un artículo de HaD sobre dientes versus dientes?
Ren dice:
¿Alguien pensará en los Cogs de Cogswell?
DainBramage dice:
Porque todos preferimos los piñones espaciales.
Michael Thompson dice:
JETSON !!!!!!!
Astro dice:
¡Sí jefe, quiero decir, sí, señor Spacely!
Jenningsthecat dice:
Si la serie continúa con más antecedentes sobre los engranajes, entonces ciertamente sería necesaria alguna información sobre varios tipos de engranajes de reacción. Luego están los "engranajes de línea", también llamados "bastidores".
yetihehe dice:
No, solo hacen artículos de nivel de entrada y luego puedes saciar tu curiosidad en otro lugar. Estos artículos son para principiantes que no saben nada sobre un tema. Es bueno, pero si realmente quieres aprender sobre algo, tienes que hacerlo en términos de un verdadero hacker y aprender tú mismo. No se limite a hacer una búsqueda en Google, haga una búsqueda profunda real, lea algunos artículos y luego busque algunos más.
andar_b dice:
Recuerdo haber visto al encargado de prensa limpiando las viejas máquinas de duplicar en la imprenta en la que trabajaba.
Esa cosa estaba LLENA de herramientas de pólvora. Y mucho polvo de papel. Y mucho polvo más.
jafinch78 dice:
Vi algunos videos mientras lanzaba hace unos días y encontré esto: https://www.youtube.com/watch?v=OxpYLPF931g&t=3s
También dejaré una línea para referencia al equipo magnético: https://en.wikipedia.org/wiki/Magnetic_gear
dwywit dice:
Reemplacé la cadena del eje de mi Moto Guzzi por engranajes, y afortunadamente eran de acero, en lugar de otra caja popular y más barata de aluminio endurecido. Los propietarios de los tipos de aluminio se sintieron decepcionados cuando sus equipos se retiraron antes de tiempo debido a una instalación deficiente: fueron diseñados para operar en un baño de aceite más profundo que los conjuntos de acero, y cuando no lo estaban, sufrieron de una condición degenerativa llamada brinnelling - desgaste hacia fuera al soldar la lubricación límite, por lo que no hay baño de aceite. Las superficies metálicas de los dientes en contacto directo entre sí se soldarían juntas en soldaduras microscópicas por puntos, luego se romperían cuando los dientes se alejaran entre sí, lo que eventualmente causaría la pérdida de la superficie cementada, engranajes lentos y, en consecuencia, un rendimiento deficiente de tren de válvulas. Me alegro de tener acero.
0xFF dice:
Me las arreglé para cortar dientes con láser de madera contrachapada. Mi robot de cócteles los usa para voltear botellas: https://la-tecnologia.io/project/27966-flipper
El bastidor incluso está hecho de álamo pero accionado por una reducción de 3 a 1 de la capa de abedul mediante un paso NEMA23.
Si hay espacio disponible, la debilidad de la madera puede evitarse fácilmente eligiendo un diámetro y un módulo más grandes.
Obviamente, el corte por láser se limita a engranajes rectos.Biotronics dice:
¿Está realmente limitado a engranajes rectos? Quiero decir, obviamente sí, pero si apila kits de engranajes delgados, con un poco de limpieza, es posible que pueda hacer engranajes helicoidales o helicoidales.
Florian Festi dice:
Probablemente sea más fácil dejar que un torno corte y luego crear sus vermilares con él. Las espuelas se hacen fácilmente con un cuchillo láser. Y pueden resultar útiles al crear el engranaje para la función de corte de roscas de su nuevo torno.
Biotronics dice:
"[A] un mecanismo dental que une las patas traseras de los insectos de las plantas jóvenes es anterior a la invención humana de las dentaduras postizas en dos mil millones de años. "
Miles de millones podrían ser una exageración, ¿verdad? Los primeros organismos multicelulares se formaron hace unos 600 millones de años, y no creo que muchos de ellos tuvieran cajas de cambios.
Max dice:
Probablemente una cosa imperial / métrica - tal vez fueron "años de perros" ...
mrehorst dice:
He jugado con engranajes varias veces, primero para crear una extrusora única para una impresora 3D, las tuercas contrarrotantes enrollan los hilos en un filamento de 3 mm y lo empujan hacia el extremo caliente (https://www.thingiverse.com/thing: 261037) y, más recientemente, hizo un eje Z elevado con correa para una impresora 3D (utilizando un reductor de tornillo sin fin para evitar que la cama se caiga cuando se interrumpe la alimentación del motor).
El reductor de gusano funciona bien, pero era caro (OnDrives Rino: $ 140), así que estoy esperando que llegue algo de equipo para poder probar un reductor de engranajes imprimible ($ 40) que diseñé. Espere una publicación de blog y probablemente una publicación de la-tecnologiaio cuando finalmente lleguen los kits.
La impresión 3D hace que sea sorprendentemente fácil hacer cosas con engranajes.
Albert_dH dice:
¿Alguien podría hacer un artículo sobre la construcción de * cajas de engranajes * en lugar de solo el equipo?
Los detalles de la disposición de los ejes y los aspectos precisos de cómo ajustar el espacio para una fricción aceptable parecen darse como garantizados cuando el enfoque está solo en los engranajes mismos.
Andy Pugh dice:
Los engranajes rectos y helicoidales de alta calidad en la industria generalmente se fabrican mediante cizallamiento, donde una cuchilla dentada con una pista en espiral de dientes rectos gira en una proporción fija al espacio del engranaje. Esto genera la forma de diente involuta correcta para cualquier número de dientes.
Esto solía ser difícil, pero con CNC ahora se puede lograr en un modesto taller casero. Solo necesita vaciar el engranaje en proporción a la velocidad del husillo. Agregue un codificador a su eje y algo de lógica entre allí y un controlador paso a paso (o servicio) y estará encantado de comenzar.Aquí hay un video que hice hace unos años que muestra exactamente este enfoque. Produce engranajes en minutos. https://www.youtube.com/watch?v=ZhICrb0Tbn4
