Caja de engranajes helicoidales de la serie S con eje en ángulo recto, fabricada en China por el fabricante OEM, con diseño de caja de engranajes helicoidales de bajo ruido.

Caja de engranajes helicoidales

Generalmente, una caja de engranajes helicoidales consta de dos engranajes. Estos dos engranajes tienen dientes tallados y se insertan uno dentro del otro. Juntos, transmiten par y velocidad. Este tipo de caja de engranajes se utiliza en una amplia variedad de aplicaciones.

Principio de funcionamiento

Además de ser más económicos de fabricar, los engranajes helicoidales ofrecen varias ventajas sobre los engranajes rectos. En primer lugar, proporcionan un funcionamiento más suave, menor vibración y niveles de ruido más bajos. También transmiten cargas mayores que los engranajes rectos. Estos engranajes se utilizan en diversas industrias, como la alimentaria, la del plástico y la petrolera.
Otra característica importante de los engranajes helicoidales es el acoplamiento suave y gradual de los dientes. Esto contribuye a un funcionamiento más fluido, especialmente bajo cargas pesadas. Este proceso reduce los golpes y la holgura, así como el desgaste.
Además, el ángulo de hélice es una variable que se puede ajustar según la aplicación. Generalmente, el ángulo es hacia la izquierda o hacia la derecha, y puede variar según el ángulo de visión.
Los engranajes helicoidales se utilizan habitualmente en transmisiones cerradas, como cintas transportadoras, sopladores y ascensores. Ofrecen un funcionamiento más suave, lo que los hace ideales para aplicaciones que requieren un funcionamiento silencioso. Sin embargo, los engranajes helicoidales son menos eficientes en la transmisión de potencia que los engranajes rectos.
La tensión de contacto relativa (RCS) calculada para un engranaje helicoidal es similar a la de un engranaje recto. Sin embargo, el volumen Vi, que depende de la hélice, es diferente. Este volumen se define como el volumen total de la cavidad helicoidal, calculado mediante la integración a lo largo del ancho de la cara. El volumen de una cavidad genérica es mayor que el de una cavidad helicoidal sin hélice.
Además, la relación de contacto se reduce. Esto se debe a que los dos dientes no son paralelos entre sí. Una gruesa película de aceite impide que los dientes entren en contacto. Esta película también enfría las superficies de los dientes del engranaje.
El factor de servicio es un valor que tiene en cuenta las condiciones de uso de un engranaje. Generalmente, es una relación entre el par máximo y el par producido.

Eficiencia

Durante una reciente campaña de medición de cajas de cambios, se sometieron a pruebas exhaustivas 13 cajas de cambios comerciales. Se midió la eficiencia a par y potencia nominales. Los mapas de eficiencia resultantes, presentados en este artículo, muestran que la eficiencia de cada caja de cambios es bastante similar.
La eficiencia de una caja de cambios depende del número de dientes de los engranajes y de la relación entre ellos. Cuanto menor sea la relación, mayor será la eficiencia.
La eficiencia también se ve afectada por el par de carga. Cuanto mayor sea el par de carga, menor será la eficiencia. Esto es especialmente cierto en el caso de las cajas de cambios con relaciones de transmisión elevadas.
La pérdida de potencia también se ve afectada por las relaciones de contacto y solapamiento. En las cajas de engranajes con relaciones elevadas, la diferencia entre la eficiencia calculada en el catálogo y la calculada mediante el modelo es mayor que en las cajas de engranajes con relaciones bajas. Afortunadamente, las mejoras en la lubricación están reduciendo esta diferencia.
La caja de engranajes helicoidales es la más eficaz del sector. Transfiere el movimiento entre configuraciones paralelas y genera menos ruido que los engranajes rectos. Estos engranajes se acoplan de forma suave y precisa, por lo que son menos propensos al desgaste. Además, permiten una mayor capacidad de transmisión de potencia.
Si bien los engranajes helicoidales son eficaces, son más caros que los engranajes tradicionales. Sin embargo, el ahorro a largo plazo puede ser significativo. Es importante considerar las ventajas de una caja de engranajes helicoidales antes de elegir una para su aplicación.
Al comparar la eficiencia de una caja de engranajes helicoidales con la de una caja de engranajes de tornillo sin fin, esta última resulta más eficiente. Sin embargo, la diferencia de eficiencia no es tan grande como en muchas otras cajas de engranajes.
La eficiencia de una caja de engranajes helicoidales también se ve afectada por la velocidad de los engranajes. La caja de engranajes debe contar con una lubricación adecuada para los cojinetes. Asimismo, es importante considerar el espacio disponible en la línea de transmisión.

Aplicaciones

Las aplicaciones de las cajas de engranajes helicoidales son muy diversas y se utilizan en numerosas industrias. Algunas de ellas son la industria gráfica, la del caucho, la del plástico, la cementera, la de la maquinaria pesada y la química.
Las cajas de engranajes helicoidales también se utilizan en cintas transportadoras y elevadores. Son muy duraderas y pueden soportar cargas mayores. Además, son más silenciosas que las de engranajes rectos. También se emplean en muchas transmisiones de automóviles.
Las cajas de engranajes helicoidales transmiten potencia entre dos ejes paralelos. Son una buena alternativa a los engranajes rectos. Son compactas y reducen la vibración y el ruido. Además, son muy duraderas y pueden funcionar con ejes no paralelos.
Su aplicación más común se encuentra en la industria automotriz. Las cajas de engranajes helicoidales también se utilizan en otras industrias. Son muy útiles en ascensores, cintas transportadoras y otros entornos industriales pesados. Además, proporcionan una alta reducción de velocidad y se emplean habitualmente en sistemas de control de automatización. También se utilizan en la industria minera y cementera.
Las cajas de engranajes helicoidales se pueden fabricar con diversas modificaciones. Esto es importante porque algunas industrias pueden requerir cajas de engranajes diferentes.
Los engranajes helicoidales tienen un mayor número de dientes, lo que reduce el desgaste. Además, son menos ruidosos que los engranajes rectos. Su capacidad para generar una gran fuerza de empuje los hace ideales para aplicaciones de alta velocidad. También permiten distribuir la carga entre varios ejes y se utilizan en aplicaciones con altos niveles de impacto y vibración.
Las cajas de engranajes helicoidales funcionan con mayor eficiencia que las de engranajes rectos. Sin embargo, los costos de fabricación de los engranajes helicoidales son mayores que los de los engranajes rectos.
Las cajas de engranajes helicoidales también tienen la ventaja de transferir potencia entre ejes en ángulo recto. Pueden funcionar en conjunto con engranajes de ejes cruzados, lo que elimina las cargas de impacto.

Variaciones

En el mercado existen diversas variantes de reductores helicoidales para diferentes industrias. Se utilizan ampliamente en transmisiones de automóviles y otros sectores. Son más silenciosos que los engranajes rectos, además de ser duraderos y altamente eficientes. Sin embargo, pueden generar mayor fricción y desgaste.
Los engranajes helicoidales están formados por dientes que giran alrededor de un cuerpo cilíndrico en un ángulo determinado. Este ángulo se denomina ángulo de hélice y puede ajustarse para adaptarse al engranaje y a su entorno.
El ángulo de hélice también determina la fuerza axial que produce el engranaje. Un ángulo de hélice mayor genera una fuerza axial superior. Este aumento de fuerza axial debe ser absorbido por los cojinetes. El ángulo de presión también influye directamente en la fuerza normal y en los radios de curvatura del diente.
Los engranajes helicoidales pueden montarse en paralelo o cruzados. Los engranajes helicoidales conectados en paralelo requieren el mismo paso y ángulo de presión para funcionar correctamente. Los engranajes helicoidales conectados en cruz pueden funcionar de forma más silenciosa y suave que los engranajes rectos. Sin embargo, también pueden utilizarse para transmitir pares más elevados.
Los engranajes helicoidales también están disponibles en diseños de hélice simple y doble. Los engranajes helicoidales simples se fabrican con las mismas herramientas y equipos que los engranajes rectos. A diferencia de estos últimos, los engranajes helicoidales simples tienen mayor superficie de contacto. Además, son más adecuados para transmisiones de precisión.
Los engranajes helicoidales dobles, también conocidos como engranajes de espina de pescado, se fabrican mediante el corte de una ranura entre dos dientes. Permiten eliminar las fuerzas axiales y ofrecen una alta capacidad de carga.
Los engranajes helicoidales se utilizan habitualmente en aplicaciones de transmisión de baja potencia. También constituyen una alternativa para conectar ejes paralelos y no paralelos, y se emplean además en aplicaciones de alta velocidad.

radio de la punta de la herramienta

Entre los numerosos parámetros que se utilizan en el diseño de una caja de engranajes helicoidales, el radio de la punta del diente es probablemente el más importante, aunque solo sea por ser uno de los menos intuitivos. La mejor manera de estimar el diámetro de un diente de engranaje helicoidal es utilizar un perfil de referencia como base para el cálculo. Se utiliza un procedimiento similar para calcular el ángulo de hélice. Una punta de herramienta demasiado pequeña dará como resultado un diente socavado, lo cual es un problema si se tiene un engranaje con un gran número de dientes y se desea reducir la probabilidad de fallo de los mismos.
Para los aficionados a los engranajes, existen numerosas herramientas y procesos para el diseño de engranajes helicoidales, siendo el diámetro de la punta solo uno de ellos. Afortunadamente para los expertos en diseño de engranajes, el diseño de engranajes helicoidales es mucho más complejo de lo que parece a simple vista. Por ejemplo, un diente de engranaje helicoidal es una superficie tridimensional, por lo que su forma y función pueden calcularse matemáticamente o numéricamente.
Además de la imprecisión del diente, la caja de engranajes helicoidales también es producto de un proceso de fabricación. El principal factor es el desplazamiento del perfil, que es la distancia entre el diámetro primitivo del engranaje y la línea de referencia de la herramienta de corte. Si bien un diseñador de engranajes podría ignorar este problema, a menudo se considera en el diseño para maximizar las relaciones de contacto. Esto significa que los dientes del engranaje deben ser capaces de soportar el par de torsión de sus respectivos trenes de engranajes.
Un engranaje helicoidal es un conjunto geométrico, y la mejor manera de diseñarlo es minimizar la resistencia a la flexión del diente y maximizar su rigidez. Para ello, es necesario limitar el grosor de la punta del diente. Esto se suele conseguir con un perfil de diente que se adapta al contorno del diente del engranaje al que se pretende reemplazar.

editor by CX 2023-05-09