¿Qué son los Engranajes de Cremallera?
Los engranajes de cremallera, también conocidos como rack gears o gear racks en inglés, son componentes que consisten en una barra o placa cuadrada o redonda con dientes uniformemente espaciados a lo largo de su superficie.
Estos engranajes se utilizan en combinación con engranajes de piñón, que son engranajes de diámetro más pequeño. Juntos, forman un sistema conocido como piñón-cremallera, el cual permite convertir movimientos rotativos y lineales en ambas direcciones.
De esta manera, podemos considerar una cremallera como una parte de un engranaje con un diámetro teóricamente infinito.
Usos de los Engranajes de Cremallera
Los engranajes de cremallera se utilizan principalmente en combinación con engranajes de piñón en diversas aplicaciones donde se requieren movimientos rotativos y lineales. Un ejemplo de su uso es en una línea de producción de una fábrica, donde una pieza transportada es atraída por un imán en una palanca, se gira 180° y luego se desprende para pasar al siguiente proceso.
En este caso, el movimiento lineal del cilindro neumático se convierte en movimiento de rotación mediante un piñón y una cremallera. Otro ejemplo común de su aplicación es en el mecanismo de dirección de cremallera y piñón de los automóviles, donde la rotación del eje de dirección se convierte en movimiento lineal de los tirantes.
Otros ejemplos típicos de utilización son:
- Mecanismos de enfoque para equipos ópticos en telescopios y microscopios.
- Mecanismos de posicionamiento vertical para husillos y mesas de taladradoras
- Mecanismos de posicionamiento y ajuste de máquinas herramienta
- Mecanismos de elevación de elevadores de construcción
Principio de los Engranajes de Cremallera
1. Dimensiones y Especificaciones
Un engranaje de cremallera es un engranaje de diámetro infinito con dientes dispuestos en línea recta, sin concepto de relación de reducción y con una relación de reducción de 1.
La tabla siguiente explica los símbolos de los dibujos dimensionales.
|
Artículo |
Símbolo |
Fórmula de cálculo |
Descripción |
|
Módulo |
m |
P/n |
Tamaño del diente en milímetros |
|
Paso |
P |
Nm |
Distancia entre dientes adyacentes en la línea de referencia |
|
Ángulo de presión |
α |
20° por ejemplo |
Ángulo del diente respecto a la normal de la línea de referencia |
|
Altura de los extremos del diente |
ha |
1.00m |
Distancia entre la línea de referencia y la punta del diente |
|
Altura del origen del diente |
hf |
1.25m |
Distancia entre la línea de referencia y el fondo del diente |
|
Longitud del diente |
hp |
2.25m |
Distancia entre el fondo y la punta del diente |
|
Número de dientes |
z |
– |
Número de dientes |
|
Coeficiente de dislocación |
x |
– |
Cantidad de dislocación dividida por el módulo |
|
Altura de la línea de paso |
H |
– |
Altura de la línea de paso |
|
Distancia de montaje |
a |
zm/2 + H + xm |
|
|
Diámetro del círculo de referencia |
d |
zm |
|
|
Recorrido de los engranajes de cremallera |
L |
πmz |
Distancia recorrida por los engranajes de cremallera en una revolución del piñón. |
2. Longitud
Los engranajes de cremallera pueden tener un número teóricamente infinito de dientes, pero a medida que aumenta el número de dientes y la longitud de la cremallera, también aumenta la flexión y deformación, lo que reduce la precisión de fabricación. Además, la longitud máxima que se puede fabricar está limitada por las capacidades de las máquinas de tallado de engranajes.
Por lo tanto, en el caso de engranajes de cremallera largos, se mecanizan las dos caras extremas de la cremallera y se conectan múltiples secciones de engranajes de cremallera para que los dientes coincidan en el paso. No hay un límite establecido para la longitud total de los engranajes de cremallera conectados, pero generalmente la longitud de una sola sección de engranaje de cremallera suele ser de alrededor de 2.000 mm.
Tipos de Engranajes de Cremallera
1. Clasificación Según la Forma del Perfil del Diente
Existen dos tipos de perfil del diente de los engranajes de cremallera: engranajes de cremallera de diente recto y engranajes de cremallera helicoidales (engranajes de cremallera de diente rebajado).
Engranajes de Cremallera de Diente Recto
Los flancos de los dientes son perpendiculares a la dirección longitudinal de los engranajes de cremallera y los dientes son paralelos y están espaciados uniformemente. La característica de este tipo de engranaje de cremallera es su forma simple y su facilidad de producción.
Engranajes de Cremallera Helicoidales (Engranajes de Cremallera de Diente de Loto)
Los flancos de los dientes forman un ángulo (ángulo de torsión) con la dirección longitudinal de los engranajes de cremallera y los dientes son paralelos y están espaciados uniformemente. Se caracterizan por su gran resistencia, su excelente silencio y su idoneidad para altas velocidades. Sin embargo, se aplica una carga de empuje en la dirección del centro axial del piñón, lo que requiere contramedidas.
Obsérvese que el paso de los dientes de los engranajes de cremallera y de Piñón es idéntico, mientras que en el caso de los engranajes helicoidales, los dientes de los engranajes de cremallera y de piñón deben tener el mismo ángulo de torsión y sentidos de torsión opuestos.
2. Clasificación Según la Forma de la Sección Transversal
Las secciones transversales típicas de los engranajes de cremallera son rectangulares (barras cuadradas) y circulares (barras redondas).
3. Otros
Además de los anteriores, también existen motores lineales, en los que el motor se fija a una cabeza lineal con un engranaje de piñón y cremallera premontado.
Más Información sobre Engranajes de Cremallera
Características del Piñón-Cremallera
Ventajas
- Capacidad para carreras largas
- Los módulos pueden cambiarse para adaptarse a cargas mayores
- Puede utilizarse para el transporte a alta velocidad
- Pueden modificarse en cuanto a material, rectificado o endurecimiento, forma, etc., para adaptarse a diversas aplicaciones.
Desventajas
- Sujetas a cargas elevadas (fuerzas de fricción).
- Suelen ser ruidosas.
- No se puede evitar la holgura.