## Tipología de Engranajes

### Diversidad geométrica según la configuración de ejes

Aunque el perfil de evolvente es común a casi todos los engranajes, la **geometría del diente** y de la rueda varía según la **orientación relativa de los ejes** a conectar y los **requisitos de carga, velocidad y ruido**.

La clasificación básica atiende a la relación espacial entre los ejes:

### 1. Ejes paralelos: cilíndricos rectos y helicoidales

- **Cilíndricos rectos (spur gears):** Los dientes son paralelos al eje de rotación. Son los más **simples de fabricar** y no generan fuerzas axiales. Eficiencia alta (98-99%). Sin embargo, el contacto entre dientes ocurre **de golpe** (toda la línea de contacto entra simultáneamente), lo que genera **impactos y ruido** a altas velocidades. **Uso típico:** electrodomésticos, juguetes, reductores de baja/media velocidad, máquinas herramienta sencillas.

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- **Cilíndricos helicoidales:** Los dientes forman una **hélice** alrededor del eje. El contacto es **progresivo** (comienza en un extremo del diente y avanza gradualmente), lo que los hace mucho más **silenciosos y suaves**. Tienen mayor relación de contacto ($\varepsilon_\alpha$ aumenta) y pueden transmitir más potencia. **Inconveniente:** generan una **componente de fuerza axial** que debe ser absorbida por los rodamientos. **Uso típico:** cajas de cambios de automóviles, transmisiones industriales de alta velocidad, compresores.

- **Doble helicoidal (herringbone o espina de pez):** Dos hélices de sentido opuesto en la misma rueda. **Anulan mutuamente** el empuje axial, manteniendo todas las ventajas de los helicoidales. Son muy robustos y capaces de transmitir grandes potencias. **Inconveniente:** fabricación compleja y costosa (requiere fresas especiales o mecanizado por generación muy preciso). **Uso típico:** grandes reductores de potencia (turbinas, laminadores, barcos), donde el coste se justifica.

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### 2. Ejes que se cortan (ejes concurrentes): engranajes cónicos

Cuando los ejes de entrada y salida **se cortan** (típicamente a 90°, pero puede ser cualquier ángulo), se usan engranajes **cónicos** (bevel gears). En lugar de cilindros, las superficies primitivas son **conos**.

- **Cónicos rectos:** Los dientes son rectos y van del vértice del cono a la base. Son la versión cónica de los spur. **Pros:** fabricación relativamente sencilla, económicos. **Contras:** ruidosos a alta velocidad, el contacto es brusco. **Uso típico:** cambios de dirección a 90° en aplicaciones de baja/media velocidad (taladros de columna, reductores angulares sencillos).

- **Cónicos espirales (spiral bevel, sistema Gleason):** Los dientes están **curvados**, similar a los helicoidales pero en superficie cónica. El contacto es progresivo, lo que los hace **mucho más suaves, silenciosos y resistentes**. **Contras:** fabricación compleja (requiere máquinas especializadas Gleason o Klingelnberg), más caros. **Uso típico:** diferenciales de automóviles (eje trasero/delantero), transmisiones de helicópteros, aplicaciones de alta velocidad y precisión.

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### 3. Ejes que se cruzan (ejes alabeados, no concurrentes)

Cuando los ejes **ni son paralelos ni se cortan** (se cruzan en el espacio), se usan geometrías especiales con deslizamiento relativo significativo:

- **Hipoidales (hypoid gears):** Similares a los cónicos espirales, pero con los ejes **desplazados verticalmente** (no se cortan). Esta geometría permite en un automóvil bajar la altura del árbol de transmisión (mejora la habitabilidad) y usar piñones más robustos. Tienen **mucho deslizamiento relativo**, lo que genera calor y requiere **lubricantes de extrema presión (EP)**. **Uso típico:** diferenciales de automóviles modernos.

- **Tornillo sin fin y corona (worm and worm gear):** El piñón es un **tornillo** (1 o más entradas) y la rueda es una corona helicoidal que lo abraza. Permite **reducciones enormes en una sola etapa** (relaciones de 20:1 a 100:1 o más). Es **muy silencioso** porque el contacto es tipo "frotamiento" sobre una superficie grande. 
  - **Irreversibilidad:** Si el ángulo de avance de la hélice del tornillo es pequeño ($\tan\gamma < \mu$, donde $\mu$ es el coeficiente de fricción), la corona **no puede mover** al tornillo. Esto es útil como **freno de seguridad** (montacargas, mesas elevadoras, tornillos de ajuste).
  - **Contras:** Eficiencia baja (50-80%) debido al alto deslizamiento. Genera mucho **calor**; requiere buena refrigeración y lubricación.
  - **Uso típico:** Elevadores, cintas transportadoras, mecanismos de posicionamiento, reductores compactos de alta reducción, clavijeros de instrumentos musicales.

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### 4. Transformación de movimiento: rotación ↔ traslación

- **Piñón–cremallera (rack and pinion):** La cremallera es un engranaje de radio infinito (dientes rectos sobre una barra). El piñón, al girar, hace que la cremallera se desplace linealmente (o viceversa). Relación: $v = r \cdot \omega$ (velocidad lineal = radio primitivo × velocidad angular). Es la forma más directa y precisa de convertir rotación en traslación. **Atención al juego (backlash):** en aplicaciones de precisión (CNC) se usan sistemas de precarga o doble cremallera. **Uso típico:** Direcciones de automóviles, mesas de máquinas herramienta (tornos, fresadoras CNC), puertas automáticas, ascensores (cremallera vertical).