¿Qué es el juego libre en los engranajes helicoidales?
Reacción adversa en un engranaje helicoidal El juego libre es la separación total entre los flancos de los dientes no motrices cuando los flancos motrices están en contacto a la distancia de diseño entre centros. Más precisamente: cuando un engranaje del par acoplado se mantiene fijo, el juego libre es el rango angular dentro del cual el otro engranaje puede girar sin que los flancos de los dientes se toquen en ninguno de los lados. Es la holgura incorporada en el engranaje para permitir la expansión térmica, las tolerancias de fabricación, el espacio de la película de aceite y los errores de montaje, y para evitar la interferencia entre dientes cuando se invierte el sentido de giro o cuando la dilatación térmica de la carcasa aumenta ligeramente la distancia entre centros.
La holgura se mide en el círculo primitivo como un desplazamiento lineal j_t (holgura en el plano transversal, en mm) o como un juego angular j_α en el eje del engranaje (en minutos de arco o milirradianes). Ambas magnitudes se relacionan mediante la fórmula: j_α = 2 × j_t / d₁, donde d₁ es el diámetro primitivo. Para fines de adquisición e inspección, la holgura se especifica casi siempre como j_t o como la desviación del espesor del diente respecto al valor nominal.
¿Por qué existe la reacción adversa? — Las cuatro razones técnicas
A medida que una caja de engranajes se calienta desde el arranque en frío hasta la temperatura de funcionamiento, la distancia entre centros de los engranajes aumenta a una velocidad determinada por el coeficiente de dilatación térmica del material de la carcasa (hierro fundido: 11 µm/m·°C, aluminio: 23 µm/m·°C). Para una carcasa de hierro fundido con una distancia entre centros de 200 mm y un aumento de temperatura de 50 °C: ΔC = 11 × 10⁻⁶ × 200 × 50 = 0,11 mm. Sin holgura, esta dilatación térmica provocaría interferencia entre los flancos de los dientes y causaría el agarrotamiento.
Ningún engranaje ni carcasa se fabrica con sus dimensiones nominales exactas. La distancia entre centros tiene una tolerancia de fabricación, el espesor del diente tiene una tolerancia y el diámetro primitivo del engranaje tiene una tolerancia. El juego libre compensa la peor combinación de estas tolerancias sin causar interferencia entre los dientes; el juego libre mínimo está diseñado para superar la suma de las peores tolerancias.
La película de aceite EHL entre los flancos de los dientes no motrices (el lado flojo del engranaje) debe tener holgura para evitar que el aceite se expulse bajo la presión del flanco en reposo. A alta velocidad engranaje helicoidal En los sistemas de transmisión, una holgura insuficiente en el lado flojo puede crear oscilaciones de presión en la película de aceite que contribuyen al ruido.
Las pequeñas partículas de desgaste y las partículas contaminantes en el aceite de la transmisión deben poder pasar a través de la zona de flanco sin contacto sin atascarse. Los engranajes con juego muy ajustado son susceptibles a atascos inducidos por partículas que crean cargas de impacto cuando la partícula es expulsada, una razón por la que se requiere un juego ajustado. engranaje helicoidal Estas aplicaciones también requieren una filtración de aceite muy fina.
Cómo se controla el juego: grosor del diente y distancia entre centros
Reacción adversa en un engranaje helicoidal El par se determina mediante dos variables independientes: el espesor del diente de cada engranaje (medido en el plano normal como espesor normal del diente de la cuerda s_n) y la distancia real entre centros a la que se ensambla el par. La relación entre estas y el juego resultante es:
j_n = (s_n_nominal − s_n_actual_pinion − s_n_actual_gear) × cos α_n
En la práctica, el juego libre se controla principalmente especificando el espesor del diente. desviación a partir del valor nominal: esto hace que los dientes del engranaje sean ligeramente más delgados que el espesor nominal de la evolvente perfecta. La norma DIN 3967 proporciona un sistema estandarizado de clases de tolerancia de espesor de diente que definen cuánto más delgado puede ser el diente real en relación con el valor nominal.
Sistema de tolerancia del espesor del diente DIN 3967
DIN 3967 especifica la tolerancia del espesor del diente para un engranaje helicoidal como dos desviaciones del espesor nominal del diente: la desviación superior A_s (cuánto más delgado que el nominal es el espesor máximo permitido del diente) y la desviación inferior A_i (cuánto más delgado que el mínimo). Tanto A_s como A_i son negativas (el diente real siempre es más delgado que el nominal para garantizar el juego). La tolerancia del espesor del diente T_s = A_s − A_i.
| Clase DIN 3967 | Descripción | Rango típico de j_n (para Mn=5, α_n=20°) | Solicitud |
|---|---|---|---|
| d (muy grande) | Juego muy amplio | 0,30–0,60 mm | Accionamientos industriales pesados y lentos; gran oscilación térmica; facilidad de montaje. |
| e (grande) | Gran reacción negativa | 0,20–0,40 mm | Cajas de engranajes industriales estándar (polipastos de grúa, cintas transportadoras, bombas) |
| f (normal) | reacción normal | 0,14–0,28 mm | Maquinaria general, cajas de engranajes cerradas estándar: la especificación más común. |
| g (estrecho) | Reacción más limitada | 0,08–0,18 mm | Maquinaria de precisión, máquinas herramienta (ejes sin posicionamiento) |
| h (apretado) | Ajustado: de cero a mínimo | 0,00–0,10 mm | Ejes de posicionamiento CNC, mesas giratorias, accionamientos de registro para imprentas, aplicaciones servo con inversión de giro. |
Juego libre estándar frente a juego libre ajustado: cuándo es apropiado usar cada uno
Detalle del diente del engranaje helicoidal: la holgura es el espacio entre los flancos no motrices (lado flojo) cuando los flancos motrices están en contacto. Está determinada por el espesor real del diente en relación con el nominal, medido como espesor normal de la cuerda del diente s_n en el círculo primitivo.
Juego estándar (DIN 3967 Clase e/f) — Transmisiones de potencia
El juego estándar (clase e o f en DIN 3967) es la especificación correcta para la gran mayoría de engranaje helicoidal Transmisión de potencia: grúas, transportadores, compresores, bombas, ventiladores y reductores cerrados en general. En la clase f (normal), la holgura de aproximadamente 0,1–0,25 mm proporciona la holgura adecuada para la expansión térmica, se adapta a las tolerancias de fabricación y permite que la película lubricante funcione correctamente. La holgura estándar no causa ningún problema operativo en transmisiones unidireccionales o de inversión poco frecuente; la holgura es demasiado pequeña para producir un impacto audible cuando la inversión es lenta o poco frecuente.
Juego reducido (clase DIN 3967 g/h) — Cuando importa
Se requiere un juego libre reducido en dos categorías de aplicaciones específicas, ambas implican engranaje helicoidal pares que invierten su dirección con frecuencia y donde la precisión de la posición angular del eje de salida es importante:
- Ejes de posicionamiento de máquinas herramienta CNC: Los ejes X, Y, Z de una máquina herramienta CNC utilizan accionamientos de cremallera y piñón o husillo de bolas con engranajes helicoidales En la caja de engranajes servo, cualquier juego en el tren de engranajes se manifiesta como pérdida de movimiento cuando el eje invierte su dirección: el motor atraviesa el espacio libre antes de que la mesa comience a moverse, lo que genera un error de posicionamiento igual al juego dividido por la relación de transmisión en la herramienta. El juego de clase g o h (normalmente j_n = 0,01–0,04 mm para engranajes de caja de engranajes servo Mn = 2–4) limita esta pérdida de movimiento a un valor inferior al objetivo de repetibilidad de posicionamiento del eje (normalmente ±1–5 µm).
- Accionamientos de imprentas y máquinas de embalaje: Las imprentas multicolor requieren un registro exacto (alineación color con color) a velocidades superiores a 10 000 hojas por hora. Cualquier holgura en los engranajes que accionan los cilindros de impresión produce un error de registro cíclico a la velocidad de inversión de los accionamientos oscilantes. La holgura de clase g es estándar para los accionamientos de los cilindros de impresión de las imprentas.
Cómo se mide la reacción adversa en la práctica
Se utilizan tres métodos prácticos para verificar engranaje helicoidal Reacción negativa en la producción y en la inspección de entrada:
| Método | Cómo funciona | Lo mejor para | Limitación |
|---|---|---|---|
| Analizador de engranajes (espesor del diente) | Mide la desviación real del espesor del diente (A_s, A_i) en el analizador de engranajes; calcula el juego esperado a partir de las mediciones de ambos engranajes. | Inspección de producción; inspección de engranajes sueltos antes del montaje. | No tiene en cuenta la variación real de la distancia entre centros en la carcasa. |
| Calibre de plomo (calibre de espesores) en malla | Inserte una galga de espesores entre los flancos de los dientes no motrices con los flancos motrices en contacto total; el espesor máximo de la galga que pasa es igual al juego libre. | Medición en campo de la caja de engranajes ensamblada; rápida y económica. | Difícil para engranajes helicoidales con gran anchura de cara (el calibre debe hacer contacto a lo largo de toda la línea de contacto diagonal). |
| Indicador de cuadrante en el aro del engranaje | Fijar un engranaje; balancear el engranaje acoplado hacia adelante y hacia atrás; la lectura total del indicador es igual al juego en el diámetro del círculo primitivo. | Caja de engranajes ensamblada; mide el juego de funcionamiento real, incluida la distancia entre centros de la carcasa. | Requiere acceso simultáneo a ambos engranajes; solo es práctico en engranajes abiertos o accesibles. |
Cómo aumenta la reacción negativa a lo largo de la vida útil del servicio.
Como un engranaje helicoidal Con el tiempo, el par de dientes se desgasta, perdiendo gradualmente material en ambos flancos: el espesor real del diente disminuye y la holgura aumenta. En una caja de engranajes industrial con flancos de dientes blandos bien lubricada (QT HB 280), el desgaste normal incrementa la holgura en aproximadamente 0,005–0,020 mm por año de operación continua a carga moderada. Cuando la holgura supera aproximadamente el triple del valor de diseño original, el ruido de los engranajes suele aumentar notablemente debido a la mayor fuerza de impacto en el lado flojo al invertir la carga, y la tensión de flexión en la raíz del diente aumenta debido a la sobrecarga dinámica del impacto. Por lo tanto, la medición de la holgura es un parámetro útil para el monitoreo de la condición: un aumento en la tasa de holgura indica un desgaste acelerado y señala la proximidad de un requisito de mantenimiento.
Especificación del juego libre en un dibujo de engranaje helicoidal
El juego libre se especifica en un engranaje helicoidal Dibujo mediante la notación de clase de desviación del espesor del diente según DIN 3967. La notación de dibujo correcta aparece en la tabla de datos del engranaje como:
Clase de desviación del espesor del diente: DIN 3967 − [clase de juego][clase de tolerancia]
Ejemplo: DIN 3967 − ef (juego lateral clase e, tolerancia de espesor de diente f)
Los dos caracteres especifican: el primero es la clase de juego (a a d = grande; e, f = normal; g, h = ajustado), y el segundo es la tolerancia del espesor del diente (cuán ancho es el rango desde el espesor máximo al mínimo del diente). Especificaciones comunes para engranajes helicoidales: DIN 3967 − ef (industrial normal), DIN 3967 − fg (industrial de precisión), DIN 3967 − gh (servo/posicionamiento).
Korea Ever-Power: Reacción adversa especificada y verificada en cada pedido.
Terreno Ever-Power de Corea engranaje helicoidal — La desviación del espesor del diente según DIN 3967 se mide en el analizador de engranajes y se informa en el certificado de inspección. La confirmación de la clase de juego se incluye como documentación estándar en cada pedido de precisión.
Korea Ever-Power especifica la clase de juego DIN 3967 correcta para cada engranaje de corte helicoidal orden — confirmar la clase apropiada para el tipo de aplicación (transmisión de potencia estándar frente a servo de posicionamiento) y verificar la desviación real del espesor del diente mediante la medición del analizador de engranajes. Como un directo fabricante de engranajes helicoidalesLa clase de holgura se confirma en el certificado de inspección que se entrega con cada pedido.
Preguntas frecuentes
No, la clase de precisión DIN (DIN 3962) y la clase de juego (DIN 3967) son especificaciones independientes. Un engranaje puede tener una precisión DIN Clase 5 con juego estándar (clase e/f), o una precisión DIN Clase 8 con juego reducido (clase g/h). La clase de precisión determina la similitud entre el perfil del diente, el avance y el paso con la geometría ideal; la clase de juego determina el espesor real del diente en relación con el espesor nominal. Ambas deben especificarse en el plano; ninguna implica la otra.
Cuando un engranaje helicoidal Cuando la caja de engranajes se calienta, la carcasa se expande, aumentando la distancia entre centros. Dado que la holgura j_n ∝ (C − C_diseño) para un espesor de diente determinado, aumentar C incrementa la holgura. Los dientes del engranaje también se expanden, pero la distancia entre centros de la carcasa crece proporcionalmente más que los diámetros primitivos del engranaje para un engranaje de acero típico en una carcasa de hierro fundido, debido a que la carcasa tiene una mayor longitud a la temperatura de funcionamiento (distancia entre centros de 200 mm frente a un radio de engranaje de 40 mm). Esto significa que la holgura siempre es mayor a la temperatura de funcionamiento que en el montaje en frío, por lo que la holgura mínima debe diseñarse a la temperatura de funcionamiento, no en el montaje en frío.
No es posible lograr una holgura cero real en un solo sistema estándar. engranaje helicoidal par debido a tolerancias de fabricación y requisitos de expansión térmica. Lo que se puede lograr: anti-retroceso engranaje helicoidal En este sistema, se utilizan pares de engranajes con precarga axial mediante resorte para compensar la holgura. Un engranaje se divide axialmente en dos, y un resorte empuja una mitad contra el engranaje correspondiente para eliminar el espacio en el lado flojo. Este método logra una holgura prácticamente nula en aplicaciones de posicionamiento, aunque a costa de un mayor desgaste del flanco de los dientes debido a la fuerza de precarga constante y una mayor pérdida de par motor por la fricción de la precarga.
Para la mayoría de las transmisiones de energía industrial en general engranaje helicoidal Repuestos — polipastos de grúa, accionamientos de transportadores, reductores de bombas, accionamientos de ventiladores — la clase e (grande) o la clase f (normal) según la norma DIN 3967 son apropiadas. Se prefiere la clase e cuando la carcasa original del reductor está desgastada y la distancia entre centros real es ligeramente mayor que la nominal (lo que proporciona un margen de juego menor que el que ofrecería una carcasa nueva). La clase f es estándar para carcasas nuevas y engranajes de repuesto en carcasas en buen estado. Especifique la clase g o h solo si se confirma que la aplicación es un servomotor o un accionamiento de posicionamiento; un juego menor al necesario crea dificultades de montaje y un desgaste acelerado sin ningún beneficio operativo.
Especifique la clase de juego correcta para su engranaje helicoidal.
Indique el tipo de aplicación, el rango de temperatura de funcionamiento y si el accionamiento invierte su sentido de giro bajo carga. Korea Ever-Power confirma la clase de holgura DIN 3967 correcta, la especifica en el plano de producción y verifica la desviación real del espesor del diente mediante la medición con un analizador de engranajes en cada pedido.
Clases A a H de la norma DIN 3967 · Medición del espesor de los dientes con analizador de engranajes · Certificado de holgura · Cantidad mínima de pedido: 1 pieza
Editor: Cxm
