¿Qué son los Engranajes Helicoidales?
Los engranajes helicoidales son engranajes con forma de rueda dentada cuyas bandas dentadas se retuercen contra el eje. Son más resistentes y silenciosas que las ruedas dentadas rectas, que tienen las bandas dentadas paralelas al eje, porque la tasa de engrane entre ruedas dentadas es mayor (el área donde las ruedas dentadas engranan entre sí es mayor).
Estos engranajes se utilizan ampliamente en diversos dispositivos de transmisión, reductores y transmisiones de automoción que requieren silenciosidad y alta eficacia de transmisión. El ángulo helicoidal varía según el tipo, y los ángulos entre los engranajes deben coincidir.
Usos de los Engranajes Helicoidales
La mayoría de las transmisiones de los turismos en general utilizan engranajes helicoidales por sus características de baja vibración, suavidad de acoplamiento, silencio y confort de marcha, y por su capacidad de convertir eficazmente la potencia del motor en potencia.
También se utilizan en los engranajes reductores, que mantienen la fuente de potencia del motor a una velocidad constante, y en las cajas de cambios, que pueden cambiar de velocidad a voluntad. Estas dos máquinas van siempre unidas a todo lo que funciona con un motor, por lo que los engranajes helicoidales desempeñan un papel fundamental.
Principio de los Engranajes Helicoidales
Los engranajes helicoidales engranan de forma intermitente como los engranajes rectos, mientras que los engranajes helicoidales engranan de forma continua, por lo que son menos ruidosos y más resistentes a altas velocidades, pero son más complejos que los engranajes rectos simples, por lo que son más caros de fabricar.
Otra desventaja de los engranajes helicoidales es que, debido a su estructura, el empuje se genera en la dirección axial de los engranajes, o carga de empuje.
Las cargas de empuje se hacen más fuertes a medida que aumenta la potencia, por lo que se requiere un cojinete independiente para recibir las cargas de empuje. Sin un cojinete, puede producirse desgaste y mala rotación.
Se requiere un cojinete de empuje separado del engranaje, se necesita espacio para el cojinete. Como aplicación, los engranajes helicoidales son una combinación de engranajes helicoidales derechos e izquierdos para reducir la carga de empuje, que es una desventaja de los engranajes helicoidales.
Los engranajes helicoidales tienen la característica de anularse entre sí en la dirección en la que actúa la carga de empuje, por lo que no se genera carga de empuje.
Diseño de los Engranajes Helicoidales
Los engranajes helicoidales con el sistema de dientes en ángulo recto pueden utilizarse las mismas fórmulas de cálculo que para los engranajes rectos, ya que el engrane visto desde la parte frontal de los dientes es el mismo que para los engranajes rectos.
La fórmula de cálculo se describe detalladamente en los datos técnicos del fabricante, pero es posible calcular las dimensiones necesarias para el diseño del montaje del engranaje, como la distancia entre los centros del engranaje, y los valores necesarios para los cálculos de resistencia.
Lo que hay que tener en cuenta son las fuerzas axiales. Los engranajes helicoidales tienen dientes inclinados, por lo que las fuerzas axiales se generan en las superficies de contacto de los dientes. Cuanto mayor es el ángulo de torsión, mayor es la fuerza, y la dirección de la fuerza cambia entre la dirección de rotación y la dirección de torsión.
Por esta razón, el rodamiento debe ser capaz de soportar cargas axiales, y se utilizan rodamientos que pueden soportar cargas axiales, como los rodamientos angulares. Cuando se realiza tanto la rotación hacia delante como hacia atrás, se generan fuerzas en ambas direcciones, por lo que se utiliza un rodamiento combinado para soportar ambas cargas. Generalmente, un lado se fija axialmente y el otro se apoya.
Los materiales utilizados incluyen metal y resina, y es necesario seleccionar el material que mejor se adapte a la aplicación.
Engranajes Helicoidales de Hasbah
Para calcular la cantidad de holgura de los engranajes helicoidales, se utiliza la Tabla Numérica de Cálculo de Holgura especificada para calcular la holgura entre los dientes determinando la reducción del grosor del diente, que luego se convierte en un ángulo.
Por ejemplo, para una rueda dentada de clase 5 con un módulo de cuadratura del diente de 2, 30 y 60 dientes y un ángulo de torsión de 30°, el módulo frontal es de 2,31 y el diámetro del círculo primitivo es de 69,3 y 138,6, respectivamente. Estas condiciones dan lugar a una reducción del espesor del diente de 60 a 250 micras para las ruedas pequeñas y de 70 a 300 micras para las ruedas grandes, con un juego mínimo de 60 + 70 = 130 micras y un juego máximo de 250 + 300 = 550 micras.
Según la aplicación, puede ser necesario reducir el juego del diente por debajo del límite especificado o reducir el margen de tolerancia del juego. En este caso, es posible reducir la holgura fijando una tolerancia más pequeña para un valor denominado espesor del diente de la horquilla, pero si se hace demasiado pequeño, no habrá lubricación suficiente, lo que provocará una lubricación insuficiente, un desgaste más rápido del diente y un aumento del par de accionamiento y del ruido.
Hay que tener cuidado de no hacerlo demasiado pequeño, especialmente en funcionamiento a alta velocidad. Si es demasiado grande, pueden producirse traqueteos en parada y vibraciones durante las fluctuaciones de carga.