Tres tipos de desalineación de ejes y sus efectos en los engranajes helicoidales
El ideal engranaje helicoidal El par funciona con sus dos ejes centrales perfectamente paralelos, coplanares (a la distancia de diseño entre centros) y sin desplazamiento axial relativo entre los anchos de las caras de los engranajes. Cualquier desviación de esta condición ideal crea una desalineación que distorsiona la distribución de la presión de contacto. Pueden producirse tres tipos distintos de desalineación, de forma independiente o combinada:
Los ejes de ambos ejes son paralelos, pero están separados por una distancia distinta a la distancia entre centros de diseño C. Si la distancia real entre centros es menor que la de diseño, la holgura disminuye y el par de engranajes puede atascarse. Si es mayor, la holgura aumenta y la distribución de la carga entre los pares de dientes cambia. Un error de 0,1 mm en la distancia entre centros de un par de engranajes M5 modifica la holgura en aproximadamente 0,07 mm, dentro de la tolerancia de la norma DIN 3967 clase e/f.
Los ejes centrales no son paralelos; convergen o divergen a lo largo del ancho de la cara. La desalineación angular provoca que la zona de contacto se concentre en un extremo del diente: el extremo donde el espacio es menor soporta toda la carga transmitida, mientras que el otro extremo queda descargado. La carga resultante en el borde aumenta la tensión de contacto muy por encima del valor de diseño. Una desalineación angular de tan solo 0,02 mm/100 mm puede causar una carga detectable en el borde en una pieza de precisión DIN Clase 5. engranaje helicoidal.
Un engranaje se desplaza axialmente con respecto al otro, de modo que sus anchos de cara no se superponen completamente. Esta discrepancia reduce el ancho efectivo de la cara engranada, incrementando la tensión de contacto en la proporción entre el ancho total de la cara y el ancho efectivo de contacto. Para un engranaje con un ancho de cara de 100 mm y un desplazamiento axial de 5 mm, el ancho efectivo de la cara es de 95 mm, lo que supone una reducción de 5% en la capacidad de carga. Si el ancho de cara supera los 10%, la carga en el borde del extremo del diente expuesto se convierte en una importante concentración de fatiga.
Tolerancias de desalineación admisibles para engranajes helicoidales
La desalineación angular admisible para un engranaje helicoidal El par está directamente vinculado a la tolerancia de desviación de la línea DIN del engranaje (Fβ), ya que la desalineación angular produce el mismo efecto de contacto que la desviación de la línea: un desplazamiento sistemático de la zona de contacto hacia un extremo de la cara. El margen total de desalineación debe permanecer dentro de la banda de tolerancia después de considerar tanto la desviación de la línea de fabricación del engranaje como la desalineación inducida por la carcasa.
| Clase de precisión DIN | Tolerancia típica de Fβ (M5, b=100 mm) | Desalineación angular máxima permitida | Desviación máxima de la distancia al centro |
|---|---|---|---|
| Clase DIN 5 (rectificado, de precisión) | 8 µm | 0,008 mm / 100 mm (8 µm/100 mm) | ±0,03 mm respecto al valor nominal C |
| Clase DIN 6 (tierra, estándar) | 12 µm | 0,012 mm / 100 mm | ±0,05 mm |
| Clase DIN 7 (tallado de precisión) | 18 µm | 0,018 mm / 100 mm | ±0,08 mm |
| Clase DIN 8 (fresado estándar) | 25 µm | 0,025 mm / 100 mm | ±0,12 mm |
Procedimiento de alineación láser de ejes para transmisiones por engranajes
Verificación del paralelismo de los orificios de la carcasa: la alineación de los orificios de la carcasa del engranaje determina la desalineación angular real que se observa. engranaje helicoidal par. El mecanizado de precisión de la carcasa y la alineación láser durante la instalación contribuyen a mantenerse dentro del presupuesto de tolerancia Fβ.
Los sistemas de alineación láser (como PRÜFTECHNIK ROTALIGN o similares) miden las posiciones reales del eje en dos planos simultáneamente, proporcionando tanto el desplazamiento paralelo como la desalineación angular en las direcciones horizontal y vertical. Para un engranaje helicoidal La instalación del accionamiento, el procedimiento de alineación consta de cuatro pasos:
Revisión suave del pie antes de la alineación
Antes de realizar cualquier medición, compruebe que las cuatro patas de la máquina estén firmemente apoyadas sobre la base. Una pata floja (una que no esté completamente apoyada) provoca que el bastidor se tuerza al apretar los tornillos, creando una desalineación reproducible que parece variar durante la medición. Confirme que todas las patas estén bien apoyadas con calzas de menos de 0,05 mm; no debe haber ningún espacio entre ellas.
Medir la condición actual en frío
Monte los cabezales láser en ambos ejes; gírelos a tres posiciones (9, 12 y 3 en punto); deje que el sistema calcule el desplazamiento paralelo actual y la desalineación angular. Registre el estado de alineación en frío antes de cualquier corrección; este será el punto de referencia para calcular la corrección por dilatación térmica.
Aplicar corrección de crecimiento térmico
Introduzca el desfase de dilatación térmica calculado (coeficiente del material de la carcasa × distancia entre centros × aumento de temperatura) para que el sistema busque un estado de alineación en frío que sea correcto a la temperatura de funcionamiento. Para una carcasa de hierro fundido con una distancia entre centros de 200 mm y un aumento de 50 °C: dilatación térmica vertical = 11 µm/m × 0,2 m × 50 °C = 0,11 mm; esto debe compensarse previamente en la alineación en frío.
Corregir y verificar
Aplique las correcciones de calce según lo indique el sistema láser. Vuelva a medir hasta que tanto el desplazamiento paralelo como la desalineación angular estén dentro de la tolerancia de la tabla anterior. Confirme que los valores finales de alineación en frío estén dentro de la tolerancia para la clase DIN especificada. engranaje helicoidal Par. Documentar y firmar antes de operar bajo carga.
Coronación de plomo: la compensación de ingeniería por la desalineación residual
Incluso después de una alineación láser precisa, la deflexión del eje bajo carga de funcionamiento introduce una desalineación angular residual que no estaba presente durante la medición de alineación en frío. Para un eje de engranaje de diámetro d y longitud L (entre cojinetes) que transmite una fuerza tangencial F_t, la deflexión angular bajo carga es:
θ_deflexión ≈ F_t × L² / (3 × E × I) [radianes, donde I = π × d⁴ / 64]
Esta inclinación angular inducida por la deflexión desplaza la zona de contacto hacia un extremo de la cara, exactamente el mismo efecto que la desalineación angular debida a una instalación incorrecta. El coronamiento del diente (una curva parabólica deliberada en el diente, con el centro de la cara ligeramente más alto que los extremos de la cara, típicamente entre 5 y 20 µm) compensa esta deflexión: bajo carga de funcionamiento, la deflexión presiona el diente coronado para que haga contacto con toda la cara en lugar de con el borde. La magnitud óptima del coronamiento es igual al desplazamiento máximo de contacto inducido por la deflexión previsto al par nominal, calculado a partir de la geometría del eje y la carga transmitida. Korea Ever-Power rectifica el perfil de coronamiento especificado en el diente durante el ciclo de rectificado HÖFLER, cuantificado en el trazado del analizador de engranajes como una desviación parabólica suave de un diente recto.
Selección de acoplamientos y su papel en la acomodación de desalineaciones
El acoplamiento que conecta el motor al engranaje helicoidal El eje de entrada y el acoplamiento en la salida juegan un papel fundamental en si la desalineación entre la máquina y la carcasa de la caja de engranajes es absorbida por el acoplamiento (correcto) o transmitida a través del eje al engranaje (incorrecto). Los tres tipos de acoplamiento más relevantes para engranaje helicoidal unidades:
| Tipo de acoplamiento | Capacidad de desalineación angular | Desplazamiento axial | Lo mejor para |
|---|---|---|---|
| Acoplamiento de disco rígido | Casi cero: transmite la desalineación directamente al eje del engranaje. | Casi cero | Accionamientos de alta velocidad de precisión donde la alineación entre ejes se confirma mediante láser dentro de la tolerancia DIN Clase 5; nunca como acoplamiento de uso general. |
| Acoplamiento de mandíbula/araña flexible | Capacidad angular de 1–2° | Compatibilidad axial moderada | Industrial estándar engranaje helicoidal Accionamientos donde se espera una ligera desalineación; fácil sustitución de la araña de elastómero |
| Acoplamiento de engranajes (dientes coronados) | 0,5–1,5° por elemento | Algunos axiales; controlados por la corona del diente | Accionamientos industriales pesados y de grúas con gran par, donde el acoplamiento flexible no puede transmitir el par nominal; el acoplamiento de engranajes admite una desalineación moderada sin transmitir momentos de flexión al engranaje helicoidal eje |
| Junta universal (cardán) | Gran desviación angular (5–30°) | Acomodado mediante junta deslizante | Accionamientos con gran desplazamiento intencional del eje (accionamientos principales de laminadores, ejes de transmisión de vehículos); en ángulos grandes, introduce una variación cíclica de la velocidad al doble de la frecuencia del eje. |
Especificación de alineación y coronación de plomo de Korea Ever-Power
Korea Ever-Power especifica las tolerancias de alineación de instalación requeridas (angulares y paralelas) para cada engranaje de corte helicoidal orden, basado en la clase de precisión DIN del engranaje y el ancho de la cara. Para aplicaciones donde la deflexión del eje bajo carga es significativa, Korea Ever-Power calcula la magnitud óptima de coronación del paso y la rectifica en el paso del diente como una capacidad estándar en los equipos de rectificado HÖFLER. Como un directo fabricante de engranajes helicoidalesLa documentación de ingeniería de Korea Ever-Power para cada pedido de engranajes incluye la tolerancia de alineación de la instalación, la especificación de coronación del plomo y el rango de temperatura de funcionamiento aceptable, lo que proporciona al equipo de instalación la información necesaria antes de que se instale el engranaje, en lugar de después de que se produzca una falla por carga en el borde.
Preguntas frecuentes
Desalineación angular del eje en un engranaje helicoidal El efecto de contacto de la transmisión es equivalente a un error sistemático de desviación de avance en el diente del engranaje. Con una geometría de engranaje perfecta, pero con una desalineación angular de 0,02 mm/100 mm de ancho de cara, la zona de contacto se desplaza hacia un borde de la cara, tal como ocurriría con un engranaje con Fβ = 20 µm. Los dos efectos son aditivos: un engranaje DIN Clase 7 (tolerancia Fβ = 18 µm) instalado con una desalineación de 0,015 mm/100 mm tiene un error de avance total efectivo de aproximadamente 33 µm, que supera la norma DIN Clase 8. El picado resultante parece idéntico al picado por carga de borde causado durante la fabricación; solo el historial de los registros de alineación revela la verdadera causa.
Sí, con ciertas limitaciones. Un mayor abombamiento de los terminales concentra el contacto en un ancho menor en el centro de la cara, lo que reduce la longitud efectiva de contacto y, por lo tanto, aumenta la tensión de contacto. Para una desalineación de 0,02 mm/100 mm que no se puede corregir mediante realineación (por ejemplo, la flexión inherente de la carcasa bajo carga), especificar un abombamiento de los terminales de 15 a 20 µm compensa adecuadamente la desalineación sin un aumento excesivo de la tensión de contacto. Más allá de un abombamiento de 30 a 40 µm para un engranaje M5, el ancho de contacto reducido aumenta la tensión de contacto lo suficiente como para contrarrestar el beneficio de la distribución de los terminales; la solución correcta en ese nivel de desalineación es reducir la desalineación en lugar de aumentar el abombamiento.
En una caja de engranajes estándar montada en el suelo, los ejes de los engranajes son horizontales. La dilatación térmica de la carcasa y las patas del motor se produce en los tres ejes, pero la dilatación vertical es la más significativa para la alineación: la gravedad actúa hacia abajo, por lo que el peso de la máquina recae sobre los soportes del suelo. La dilatación térmica horizontal se absorbe gracias a la capacidad de la máquina para deslizarse sobre su bastidor base sin generar fuerzas de recuperación. La dilatación térmica vertical eleva el eje del motor con respecto al eje de la caja de engranajes si ambos no se dilatan por igual, lo que provoca una desalineación angular vertical. Las configuraciones de motor montado en la parte superior presentan efectos de dilatación térmica diferentes y requieren un análisis específico.
Para un engranaje helicoidal Con la clase de juego estándar (DIN 3967 clase e/f), el desplazamiento axial entre los engranajes acoplados es aceptable hasta aproximadamente 3–5% de ancho de cara; para b = 100 mm, esto es un desplazamiento axial máximo de 3–5 mm antes de que la esquina del borde del diente expuesto genere una concentración de tensión significativa. En la práctica, el empuje axial debe ser absorbido por cojinetes de empuje para que no se produzca ningún desplazamiento axial en el engranaje. Los pares de engranajes flotantes (sin cojinete de empuje) solo son aceptables para engranajes de doble hélice (espina de pescado) donde el par de engranajes se autocentra axialmente.
Documentación de tolerancia de alineación con cada pedido de engranajes helicoidales.
Korea Ever-Power proporciona tolerancias de alineación para la instalación, especificaciones de coronación de los terminales y directrices sobre dilatación térmica con cada pedido de engranajes helicoidales de precisión, lo que proporciona al equipo de instalación la información que necesita antes de que se instale el engranaje, y no después de que se produzca un fallo.
Tolerancia de alineación · Coronación de los terminales · Cálculo de la compensación térmica · Recomendación de acoplamiento · Incluido en cada pedido
Editor: Cxm
