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Los engranajes helicoidales mecanizados por CNC son similares a los engranajes rectos, excepto que sus dientes están cortados en ángulo con respecto al orificio (eje) en lugar de ser rectos y paralelos al orificio como los dientes de un engranaje recto. La línea de contacto entre dos dientes no es paralela a los dientes sino inclinada.
Beneficios del mecanizado CNC de engranajes helicoidales
Los engranajes helicoidales pueden soportar cargas mayores. Como se mencionó, los engranajes helicoidales son similares a los engranajes rectos pero con los dientes del engranaje producidos en ángulo con respecto al eje del engranaje. Esto permite que los engranajes helicoidales soporten más carga que los engranajes rectos y funcionen de manera más silenciosa.
Los juegos de engranajes helicoidales ofrecen más flexibilidad en comparación con los engranajes rectos estándar. Por ejemplo, cuando se usa en ángulo recto, puede usar engranajes de derecha o de izquierda dependiendo de la dirección de rotación de salida deseada.
Los engranajes helicoidales son más versátiles. Se pueden utilizar tanto en configuraciones de caja de cambios en paralelo (en línea) como en ángulo recto. También se fabrican con la dirección de la hélice del diente del engranaje en orientación derecha e izquierda. (Tenga en cuenta que los juegos de engranajes helicoidales utilizados en paralelo deben utilizar un engranaje derecho y otro izquierdo).
Las cajas de engranajes helicoidales de ángulo recto pueden tener una gama mayor de diámetros de engranajes. Esto ayuda a que las cajas de engranajes helicoidales alcancen diversas relaciones, así como la distancia entre los ejes de entrada/salida.
Los engranajes helicoidales ofrecen un mayor alcance. Cuando se usan en paralelo, se pueden usar múltiples engranajes helicoidales para ofrecer una amplia gama de relaciones de transmisión y distancia entre los ejes de entrada/salida.
Las cajas de engranajes helicoidales de ángulo recto proporcionan ejes que no se cruzan, lo que significa que los ejes de entrada/salida están desplazados entre sí en diferentes planos a una distancia determinada por los diámetros de los engranajes.
La ventaja mecánica, también conocida como relación entre el par de salida y el par de entrada en un sistema, es el principio rector detrás de los engranajes helicoidales. La relación de transmisión, o la relación entre la velocidad de la última marcha y la velocidad de la marcha inicial en un tren de engranajes, determina la ventaja mecánica de los engranajes. La ley de conservación de la energía juega un papel clave en esta relación para los trenes de engranajes. Este concepto se puede simplificar al analizar trenes de engranajes examinando la energía ahorrada del sistema. Además, este análisis relaciona las velocidades angulares de los engranajes con sus pares.
Los dientes especiales en los engranajes helicoidales se colocan en un ángulo específico con respecto al eje y la cara del engranaje. Cuando dos dientes en un sistema de engranajes helicoidales hacen contacto, el punto inicial de contacto está en un extremo del diente y, a medida que los engranajes giran, el contacto se expande gradualmente hasta que los dos dientes están completamente acoplados. Dado que más de un diente hace contacto durante la acción, el engranaje puede soportar una carga mayor.
Debido al reparto de carga entre los dientes en este diseño de engrane gradual, los engranajes helicoidales pueden funcionar de manera más silenciosa y suave que los engranajes rectos. Por esta razón, los engranajes helicoidales se utilizan en prácticamente todas las transmisiones de automóviles. Además, los dientes doblados de los engranajes helicoidales los obligan a escalonarse, lo que significa que deben apilarse en zigzag o desalinearse. Los dientes del siguiente engranaje están orientados de manera diferente a los del primer engranaje para que puedan engranar.
El contacto deslizante entre los dientes provocado por el ángulo inclinado de los dientes también genera fuerzas axiales y calor, lo que reduce la eficiencia. Los dientes en ángulo de los engranajes helicoidales hacen que se coloque una carga de empuje sobre el engranaje cuando engrana. Los dispositivos de engranajes helicoidales tienen cojinetes que ayudan en la rotación y que pueden soportar esta fuerza de empuje. Dentro del equipo, los cojinetes sostienen el eje giratorio. Los engranajes helicoidales requieren cojinetes de empuje o de rodillos, a menudo más grandes y más caros que los cojinetes lisos utilizados con los engranajes rectos, ya que deben soportar fuerzas tanto radiales como axiales. El tamaño de la tangente al ángulo de la hélice determina cómo cambian las fuerzas axiales. El ángulo de la hélice normalmente está limitado a 45 grados debido a la generación de fuerzas axiales, aunque los ángulos de hélice más grandes ofrecen una mejor velocidad y un movimiento más suave.
¿Por qué elegir un engranaje helicoidal de mecanizado CNC?
Los engranajes helicoidales son engranajes cilíndricos cuyos dientes no son paralelos al eje de rotación. Los dientes están en ángulo y aparecen como un segmento de una hélice que hace que transmita potencia entre ejes paralelos o en ángulo recto. La principal diferencia entre una caja de cambios helicoidal y otras es que los dientes forman una hélice y tienen el potencial de funcionar más silenciosamente. Otra ventaja de utilizar estos engranajes es que tendrán más capacidad para transmitir carga entre dos ejes paralelos en comparación con el módulo similar y el ancho equivalente de los engranajes rectos. Y por supuesto, habrá menos desgaste ya que la carga se repartirá entre varios dientes.
Engranaje helicoidal doble
Las fuerzas necesarias para superar el empuje axial pueden neutralizarse o contrarrestarse mediante engranajes helicoidales dobles. Se divide toda la cara en dos partes iguales con manos opuestas y el mismo ángulo de hélice. Las fuerzas están contenidas en el engranaje y no se transfieren al rodamiento porque los empujes axiales se oponen entre sí. Por lo tanto, estos engranajes tienen las ventajas de una alta capacidad de carga y una transmisión confiable. Los engranajes de doble hélice se utilizan con frecuencia para la transmisión de potencia en turbinas de gas, generadores, motores primarios, bombas, ventiladores y compresores en barcos marítimos y maquinaria de construcción debido a sus beneficios.
Engranaje en espiga
Un engranaje en espiga es un tipo particular de engranaje de doble hélice. El engranaje en espiga tiene dos juegos de dientes, uno en el lado derecho y otro en el izquierdo, en un solo engranaje. Cuando hay dos juegos de dientes de engranaje, el empuje de uno anula al otro. Cuando son visibles desde la parte superior, cada una de las ranuras en espiral de este engranaje se asemeja a la letra V y forman un patrón en espiga. Como resultado de este patrón, los engranajes en espiga no producen ninguna carga axial adicional.
Piñón y cremallera helicoidal
Un tipo particular de actuador lineal conocido como piñón y cremallera helicoidal transforma el movimiento giratorio del piñón circular en movimiento lineal en la cremallera. Una cremallera es simplemente una barra recta con dientes de engranaje, pero también puede conceptualizarse como parte de un engranaje con un radio infinito. Las cremalleras y piñones helicoidales son asequibles para movimientos lineales con longitudes de movimiento superiores a 2 metros. Transforman el movimiento de rotación en movimiento lineal cuando se combinan. La cremallera se acciona en línea cuando se gira el piñón. En cambio, si la cremallera se mueve linealmente, el piñón girará.
Engranaje de tornillo
Cuando están engranados, los engranajes helicoidales presentan una acción helicoidal o un deslizamiento permanente del flanco, en lugar de un simple movimiento de rodadura. De este modo, ningún punto de los cuerpos de referencia de ruedas dentadas cruzadas puede atribuirse a un proceso de rodadura puro y las velocidades circunferenciales de las ruedas dentadas no son idénticas en ningún punto. Los cuerpos de referencia de engranajes helicoidales son hiperboloides rotacionales. Una línea recta oblicua se gira alrededor de un eje de rotación para producir un hiperboloide. Los engranajes de tornillo están fabricados para velocidades y pares de torsión moderados, como los que se utilizan en los accionamientos de máquinas herramienta.
Engranajes helicoidales
Los engranajes helicoidales son objetos cilíndricos con una rosca exterior en espiral que se engrana con otro engranaje para girarlo. En este sistema de engranajes en particular, un tornillo sin fin o un tornillo chocan con un engranaje. Varias industrias utilizan engranajes helicoidales para aumentar el par y cuando se requieren reducciones significativas de engranajes. Los engranajes helicoidales suelen tener reducciones de 20:1 y, a veces, incluso de 300:1 o más.
Engranajes helicoidales cónicos
Aunque también se pueden hacer funcionar en otros ángulos, las cajas de engranajes cónicos helicoidales son cajas de engranajes angulares en las que el eje de salida del engranaje gira 90 grados con respecto al eje del rotor del motor. Los ejes pueden ser macizos o huecos. Cuando un eje necesita girar en una dirección diferente, los engranajes cónicos resultan útiles. Las aplicaciones que involucran motores con engranajes angulares que requieren alta densidad de potencia y par de salida deben usar cajas de engranajes con engranajes cónicos helicoidales. Las cajas de engranajes helicoidales cónicas se caracterizan por tener dientes curvos encerrados dentro de una base en forma de cono en el borde del dispositivo. Al crear un movimiento giratorio entre ejes no paralelos, este diseño logra un funcionamiento estable y silencioso. Como es habitual, los dientes espirales engranan con otros engranajes helicoidales. Comenzando en un extremo del engranaje, el contacto aumenta gradualmente a lo largo de cada diente.
Los materiales adecuados para engranajes helicoidales incluyen aceros aleados como acero de cementación, acero de cementación o acero de nitruración. Estos materiales proporcionan excelente resistencia, tenacidad y resistencia al desgaste, lo que garantiza un rendimiento confiable incluso bajo cargas pesadas.
Aplicación del engranaje helicoidal de mecanizado CNC
Dado que los engranajes helicoidales experimentan menos desgaste y fricción que otros engranajes y al mismo tiempo tienen una capacidad sustancial de transferencia de fuerza, son perfectos para aplicaciones de alta velocidad.
La superposición de descargas posteriores desde los intervalos entre los dientes se incrementa mediante el diseño de engranajes helicoidales sobre la disposición en espina de pescado. De este modo, el flujo de descarga es más suave. Como resultado, se pueden fabricar engranajes con mayor capacidad con menos dientes grandes sin sacrificar el flujo suave.
Los compresores centrífugos y las turbinas se desaceleran mediante engranajes helicoidales para igualar las velocidades nominales de motores y generadores. Estos engranajes deben enfriarse y lubricarse adecuadamente para funcionar correctamente.
Los engranajes de tipo helicoidal para automóviles son más duraderos que los engranajes rectos porque tienen más dientes que pueden engranarse, creando una superficie más grande que puede soportar el peso. Debido a esto, los engranajes de tipo helicoidal son una excelente opción para aplicaciones de automóviles de servicio pesado, como operaciones de transmisión.
Los dientes de los engranajes helicoidales permiten que las fuerzas axiales resistan movimientos de torsión o giro. Por lo tanto, se recomienda el uso de estos engranajes con maquinaria que necesita una velocidad de rotación más rápida, transporta cargas pesadas de artículos o funciona de forma continua.
Diseño e ingeniería de engranajes.
El proceso de fabricación comienza con el diseño y la ingeniería de engranajes. Esto incluye determinar las especificaciones del engranaje, como el perfil del diente, el ángulo de la hélice, el ángulo de presión y el módulo (o paso), según los requisitos de la aplicación. El software de diseño asistido por computadora (CAD) se utiliza comúnmente para diseñar la geometría del engranaje y los perfiles de los dientes.
Selección de materiales
La elección del material es fundamental para la fabricación de engranajes helicoidales. Los materiales comunes utilizados incluyen aceros aleados, aceros al carbono o aceros para engranajes especializados. El material debe poseer alta resistencia, buena resistencia a la fatiga y resistencia al desgaste. Factores como la capacidad de carga, las condiciones de operación y la vida útil deseada de los engranajes guían el proceso de selección de materiales.
Técnicas de corte de engranajes
Las dos técnicas principales de corte de engranajes utilizadas para fabricar engranajes helicoidales son:
Tallado:El tallado con fresado es el método más común y eficiente para la producción en masa de engranajes helicoidales. Implica el uso de una fresa, una herramienta de corte especializada con múltiples filos, para cortar gradualmente los dientes helicoidales. El engranaje en bruto gira mientras la placa se mueve axialmente, generando la forma del diente helicoidal.
Formación:El moldeado implica el uso de una máquina moldeadora de engranajes, donde una herramienta de corte, conocida como cortador moldeador, corta progresivamente los dientes con un movimiento rotacional y axial. Si bien el tallado por fresado se utiliza más comúnmente, el conformado es adecuado para producciones de lotes pequeños o para engranajes con módulos más grandes.
Tratamiento térmico
Después del corte de engranajes, se aplican procesos de tratamiento térmico para mejorar las propiedades mecánicas del material. Los métodos típicos de tratamiento térmico incluyen:
Carburación:La carburación implica introducir carbono en la superficie del engranaje mediante un proceso de calentamiento en un entorno rico en carbono. Esto aumenta la dureza y la resistencia al desgaste de los dientes del engranaje.
Temple y revenido:Después de la cementación, los engranajes se templan para enfriarlos rápidamente, seguido de un templado para reducir la fragilidad y mejorar la tenacidad y resistencia general del material.
Operaciones de acabado
Las operaciones de acabado se realizan para lograr el acabado superficial, la precisión y la reducción de ruido deseados. Estas operaciones pueden incluir rectificado, bruñido o lapeado de los dientes del engranaje. También se pueden aplicar procesos de tratamiento de superficies, como granallado o nitruración, para mejorar la dureza de la superficie de los engranajes, la resistencia al desgaste y la resistencia a la fatiga.
Control de calidad e inspección.
Las medidas de control de calidad garantizan que los engranajes helicoidales cumplan con las especificaciones y estándares requeridos. Las técnicas de inspección comunes incluyen:
Inspección dimensional:Medición de dimensiones críticas, como el perfil del diente, el diámetro de paso y la desviación, utilizando máquinas de medición de coordenadas (CMM) o instrumentos de medición de engranajes.
Inspección de superficie:Inspección visual o automatizada de las superficies de los engranajes en busca de defectos, como grietas, rebabas o irregularidades, utilizando técnicas como inspección visual, pruebas de tintes penetrantes o inspección de partículas magnéticas.
Prueba de dureza:Determinación de la dureza del engranaje utilizando métodos de prueba de dureza, como la prueba de dureza Rockwell o Brinell, para garantizar que el engranaje cumpla con las especificaciones de dureza requeridas.
Análisis del patrón de contacto de los dientes de los engranajes:Análisis del patrón de contacto de los dientes de los engranajes durante el engrane para garantizar la alineación adecuada de los engranajes y la distribución de carga. Esto se puede hacer mediante técnicas como la verificación de los patrones de contacto de los dientes utilizando tintes especiales o software de análisis de patrones de contacto.
Cómo mantener el engranaje helicoidal de mecanizado CNC
Inspeccione los engranajes helicoidales con frecuencia.
Todas las cajas de cambios y engranajes helicoidales requieren inspecciones visuales constantes para asegurarse de no pasar por alto ningún signo revelador de fugas, decoloración de la pintura, vibraciones excesivas y otros. Estos pueden indicar una necesidad de limpieza intensiva o reemplazos.
Limpiar diariamente
La limpieza diaria es esencial para los engranajes helicoidales y las cajas de cambios que trabajan en áreas ambientalmente desafiantes con altos niveles de polvo, suciedad y arena. Los contaminantes pueden contribuir al calentamiento general del motor, a la desalineación y al daño de los engranajes.
Lubricar regularmente
Una caja de cambios lubricada periódicamente puede evitar problemas de sobrecalentamiento. La cantidad, calidad y tipo de lubricación son fundamentales para lograr el rendimiento óptimo del motor. Consulte con el fabricante de su máquina sobre los lubricadores más compatibles disponibles.
Observar la temperatura del engranaje
Los engranajes helicoidales y las cajas de cambios aún pueden sobrecalentarse con una limpieza diaria y una lubricación regular debido a varios factores. Por lo tanto, controle siempre la temperatura del equipo mediante una pistola de infrarrojos. Mida el rendimiento de la caja de cambios durante sus actividades máximas para obtener resultados de observación óptimos.
Tenga en cuenta la velocidad de la caja de cambios helicoidal
Los engranajes helicoidales pueden lograr resultados de primer nivel si las cajas de cambios cumplen con las demandas de sus actividades operativas. Sin embargo, las cajas de cambios se deterioran y su rendimiento disminuye con el tiempo. Verifique la velocidad de la caja de cambios helicoidal de su máquina para asegurarse de que esté funcionando sin problemas.
Certificaciones
Nuestra fábrica
Fundada en mayo de 2006. Es una empresa de alta tecnología que se centra en I+D, fabricación y venta de componentes industriales, de automatización y de vehículos.
Los productos procesados actuales cubren automatización FA, robots, servomotores, codificadores, automóviles, medicina, ferrocarriles de alta velocidad y otros campos.
Preguntas más frecuentes
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