Engranaje

Engranajea hortzak dituen gurpil bat da, ardatz batetik bestera potentzia mekanikoa eta mugimendua transmititzen duena^[1][2]. Batzuetan, mugimenduaren norabidea aldatzeko ere erabiltzen den gurpila da. Transmisio hori bi engranajeren edo gehiagoren artean gertatzen da. Erradio desberdinen artean gertatzen bada mekanismoa, erradio handienari koroa deritzo eta txikiagoari piñoia.^[3]

Hasierako engranajeak amaierakoak baino erradio txikiagoa badu, lortzen da mugimenduaren abiadura moteltzea, aldiz, handiagoa bada abiadura bizkortu egingo da. Engranajearen aplikazio garrantzitsuenetariko bat da energia-iturriaren ardatz batetik mugimendua transmititzea. Adibidez, motor elektriko baten ardatzak sortzen duen mugimendua distantzia batera dagoen beste ardatz bati energia transmititzea, ardatz honek lan bat egin dezan. Sistema honetan, energia-iturrira lotutako engranajeari gurpil eragilea deritzo eta mugimendua jasotzen duen ardatzari lotuta dagoen gurpilari gurpil eragina deritzo^[4]. Gainera, sistema honek bi engranaje baino gehiago baditu, hau da, mugimendu transmisio bat baino gehiago badu, engranaje-trena izena ematen zaio. Normalean, engranajea poleekin konparatzen da, baina, engranajeak poleekin alderatuta duten abantaila da marruskadura nulua dela, hau da, ez diola gurpilari labaintzen uzten. Beraz, transmisio erlazioa zehatzagoa eta hobeagoa da. Beste aldetik, engranajeek dituzten hortzek transmisio indar gehiena jasan behar dute, beraz, hortzen fabrikazioa oso garrantzitsua da engranaje bat sortzean.

Historia

Engranajeak aipatzen dituzten lehen testuak Txinatik, Greziatik, Turkiatik eta Damaskotik datoz. Hala ere, diseinu espezifikoei buruz xehetasun gutxi daude. Antzinatasunaren adibide nabarmen bat Antiziteraren mekanismo deiturikoa, K.a. 150etik 100era bitartekoa, eta brontzez egindako 30 engranajez konposatuta dago, hortz triangeluarrak dituztenak. Ezaugarri teknologiko aurreratuak ditu, hala nola epizikloidaleko engranaje-trena, mekanismo hori aurkitu arte XIX. mendean asmatuak uste zirenak. Ciceronek aipuen arabera, badakigu Antiziterarena ez dela adibide isolatu bat, baizik eta garai hartan gutxienez antzeko bi mekanismo izan zirela, Arkimedesek eta Posidoniok eraikiak. Bestalde, Arkimedes engranajeen asmatzailetzat jotzen da, torloju amaigabe bat diseinatu zuelako.

Txinan ere, engranajeak dituzten makinen adibide oso zaharrak gordetzen dira. Adibide bat “hegoaldera begira dagoen orga” da (120-250 K.o), giza irudi baten besoa beti hegoalderantz begira mantentzen zuena, engranaje diferentzial epizikloidalei esker.

Ez dago argi nola garatu zen engranajeen teknologia hurrengo mendeetan. Baliteke, Antiziteraren mekanismoaren garaiko ezaugarriak bizirik iraun izana eta IX. mendetik XIII. mendera mundu islamiarrean zientzia eta teknologia hazten lagundu izana. Adibidez, XI. mendeko andaluziar eskuizkribu batek aipatzen du lehen aldiz erloju mekanikoetan engranaje epiziklikoak zein engranaje segmentatuen erabilpena^[5]. Astronomiari eta mekanikari buruzko lan islamikoak izan zitezkeen Aro Modernoan kalkulagailu astronomikoak berriro egitea ahalbidetu zuten oinarriak. Errenazimentuaren hasieran, Europan, teknologia hori erloju sofistikatuak garatzeko erabili zen.^[6]

Leonardo Vincik gaur egun erabiltzen diren mekanismoetako batzuen marrazki eta eskema ugari utzi zituen, besteak beste, engranaje helikoidal mota desberdinak.

Engranajeen bidez abiadura angeluarraren transmisio uniformeari buruzko lehen datuak 1674. urtekoak dira, Olaf Roemerrek daniar astronomo ospetsuak (1644-1710) hortzaren forma edo profila epizikloide proposatu zuenean.

Robert Willis (1800-1875), lehen ingeniari mekanikoetako bat bezala hartua, izan zen epizikloidea praktikan lehen aldiz aplikatu zuena, engranaje trukagarri sorta baten eraikuntzan erabili zuenean. Era berean, lehen matematikarietako batzuena izan zen hortzaren birakari-profilaren erabileraren ideia, baina Willisi ere zor zaizkio lan praktikoak. Willis-i zor zaio odontografoaren sorrera, hortzaren birakari-profilaren trazadura sinplifikaturako balio duen tresna.

Baliteke, Phillipe de Lahire frantziarra izatea birakari-profileko hortza sortzen lehena 1695ean, Roemerrek epizikloidala sortu eta denbora gutxira.

Hortz birakari-profilaren lehen aplikazio praktikoa Leonhard Euler suitzarrak (1707) egin zuen. 1856an, Christian Schiele-k engranaje zuzenak fresatzeko sistema aurkitu zuen fresa ama baten bidez, baina prozedura ez zen praktikan jarri 1887ra arte, Grant-en patentean oinarrituta.^[7]

1874an, William Gleason estatubatuarrak engranaje konikoen lehen fresatzeko makina asmatu zuen, eta bere seme-alaben ekintzari esker, bereziki bere alaba Kate Gleason (1865-1933), bere enpresa Gleason Works munduko makina-erreminten fabrikatzaile garrantzitsuenetako bat bihurtu zen.

1897an, Robert Hermann Pfauter (1854-1914) asmatzaile alemaniarrak makina unibertsal bat asmatu eta patentatu zuen, fresa ama bidez engranaje zuzen eta helikoidalak egiteko. Asmakizun horren eta engranajeen mekanizazioan egin zituen beste hainbat asmakizun eta aplikazioren ondorioz, Pfauter Company enpresa sortu zuen.

1905ean, M. Chambon engranaje konikoen hortzak egiteko makinaren sortzailea izan zen, fresa ama bidez. Garai hartan, gutxi gorabehera, André Citroënek engranaje helikoidal bikoitzak asmatu zituen.^[8]

1906an, Friedrich Wilhelm Lorenz (1842-1924) ingeniari eta enpresaburu alemaniarra engranajeak mekanizatzeko makinak eta ekipoak sortzen espezializatu zen, eta 1906an engranajeak taillatzeko makina bat fabrikatu zuen, 6 m-ko diametroa, 100 modulua eta 1,5 m-ko hortzen luzera duen gurpil baten hortzak mekanizatzeko gai zena.

XIX. mendearen amaieran, engranajeen garapenaren urrezko garaiarekin batera, Fellows Gear Shaper Company enpresaren sortzaile eta asmatzaileak, Edwin R. Fellowsek (1846-1945), metodo iraultzaile bat asmatu zuen amaigabeko torloju globikoak mekanizatzeko, hala nola, ibilgailuen direkzio-kaxetan muntatzen zirenak hidraulikoak izan aurretik.

Engranaje motak

Engranajeen sailkapen nagusia biraketa-ardatzen antolamenduaren eta hortz moten arabera egiten da. Irizpide horien arabera, engranaje mota hauek daude:

Engranaje paraleloak^[9]

Mota honetan engranajeen ardatzak paraleloki kokatuta daude, eta normalean abiadura aldatzeko erabiltzen dira. Engranaje mota honen barruan bi azpimota daude, engranaje zilindriko zuzenak ( hortz zuzenak dituzten engranajeak) eta engranaje helikoidalak (hortz helikoidalak dituzten engranajeak).

Engranaje gurutzatuak

Mota honetan engranajeen ardatzak angelu bat osatzen dute, normalean angelu hori 90º-koa da, hau da, perpendikularrak dira. Hauek mugimenduaren orientazioa aldatzeko erabiltzen dira.

Engranaje zuzenak

Engranaje zuzena

Engranaje zuzenek potentzia transmititzen dute plano berean bi ardatzak (bultzagailua eta eroanbidea) paraleloan daudenean. Engranaje zuzenen hortzak ardatzarekiko paraleloak dira. Beraz, beste engranaje zuzen batekin engranatzen denean, potentzia transmititzen du ardatz paralelo batean. Automobilgintzan, garraio-sistemetan, engranaje-ponpa eta -motorretan, abiadura-murriztaileetan eta abarretan aplikazioak dituzten engranaje-forma ohikoenak dira.

Engranaje helikoidalak

Engranaje helikoidalek hortzak ardatzarekiko angelu batera jarrita dituzte. Gainera, hortz asko dituzte kontaktuan transmisioan zehar. Ondorioz, engranaje mekaniko helikoidalek karga handiagoak garraia ditzakete. Gainera, zarata eta bibrazio gutxiagorekin lan egiten dute, kargak hobeto banatuta daudelako. Gainera, higadura-baldintza gutxiago dituzte, marruskadura gutxiago baitago.

Hortzen fabrikazioa

Engranajeen parterik garrantzitsuena hortzak dira, indar guztia jasaten duen atala da. Engranaje baten hortzak eratzeko prozedura ugari daude, hala nola hareazko galdaketa, oskolezko moldekatzea, estaldura bidezko galdaketa, molde iraunkorreko galdaketa, matrize-galdaketa eta galdaketa zentrifugoa. Hortzak hautsen metalurgia-prozesuaren bidez ere eratzen dira, edo, estrusio bidez, aluminiozko barra bakar bat sor daiteke eta, ondoren, engranajetan xerratu. Tamainarekin alderatuta karga handiak jasaten dituzten engranajeak altzairuzkoak izaten dira, eta ebakitzeko makina formatzaileekin edo ebakitzeko makina sortzaileekin mozten dira. Formazio-ebaketan, hortzaren espazioak ebakigailuaren forma zehatza hartzen du. Sorkuntza-ebaketan, hortzaren profilaren forma desberdina duen erreminta bat engranajearen diskoarekiko mugitzen da, hortzaren forma egokia lortzeko. Hortz-formazioaren metodo berrienetako bat eta etorkizun handia dutenetako bat hotzean ijeztuta sortua da, eta dadoak altzairuzko diskoen aurka mugitzen dira hortzak osatzeko. Metalaren propietate mekanikoak asko hobetzen dira ijezketa-prozesuaren bidez, eta, aldi berean, kalitate handiko profil sortu bat lortzen da. Engranaje baten hortzak fresaketaz, arrabotaz edo fresa amaz mekanizatzen dira. Amaitzeko, eskuilatu, esmerilatu edo leundu egiten dira.

Hortzen mekanizazioa

Engranajeen hortzen forma fresatzeko makina batekin ebaki daiteke, hortzaren espaziora egokitzeko. Teorian, metodo hori erabiltzen denean, fresa desberdin bat erabili behar da engranaje bakoitzerako; izan ere, 25 hortz dituen batek, adibidez, 24 hortz dituen batek ez bezalako forma duen hortzaren espazio bat izango du. Egia esan, espazio-aldaketa ez da hain handia, eta erabaki da zortzi fresa bakarrik erabil daitezkeela edozein engranaje doitasunez mozteko, 12 hortzeko tartean, kremaileraraino.

Transmisio-erlazioa

Transmisio-erlazioa hurrengoa da:

${\displaystyle Z_{1}\cdot n_{1}=Z_{2}\cdot n_{2}}$

• Z₁: lehenengo engranajearen hortz kopurua.
• Z₂: bigarren engranajearen hortz kopurua.
• n₁: lehenengo engranajearen biraketa-abiadura.
• n₂: bigarren engranajearen biraketa-abiadura.