Engranaje cónico

Engranajes cónicos son engranajes en los que los ejes de los dos ejes se cruzan y las caras de los dientes de los propios engranajes tienen forma cónica. Los engranajes cónicos suelen montarse en ejes separados 90 grados, pero también pueden diseñarse para funcionar en otros ángulos. La superficie de paso de los engranajes cónicos es un cono, conocido como cono de paso. Los engranajes cónicos cambian el eje de rotación de la entrega de potencia rotacional y se usan ampliamente en entornos mecánicos.

Introducción

Dos conceptos importantes en el engranaje son superficie de paso y ángulo de paso. La superficie de paso de un engranaje es la superficie imaginaria sin dientes que se tendría al promediar los picos y valles de los dientes individuales. La superficie de paso de un engranaje ordinario tiene la forma de un cilindro. El ángulo de paso de un engranaje es el ángulo entre la cara de la superficie de paso y el eje.

Los tipos más familiares de engranajes cónicos tienen ángulos de paso de menos de 90 grados y, por lo tanto, tienen forma de cono. Este tipo de engranaje cónico se llama externo porque los dientes del engranaje apuntan hacia afuera. Las superficies de paso de los engranajes cónicos externos engranados son coaxiales con los ejes del engranaje; los vértices de las dos superficies están en el punto de intersección de los ejes del eje.

El uso de un engranaje cónico original tiene una importancia aún mayor para la fiabilidad del eje que cualquier otra pieza de repuesto. Los engranajes cónicos que tienen ángulos de paso superiores a noventa grados tienen dientes que apuntan hacia adentro y se denominan engranajes cónicos internos.

Los engranajes cónicos que tienen ángulos de paso de exactamente 90 grados tienen dientes que apuntan hacia afuera paralelos al eje y se asemejan a las puntas de una corona, de ahí el nombre de engranaje de corona.

Engranajes de inglete

Los engranajes de inglete son un caso especial de engranajes cónicos que tienen el mismo número de dientes. Los ejes están colocados en ángulo recto entre sí y los engranajes tienen superficies y ángulos de paso coincidentes, con una superficie de paso de forma cónica.

Los engranajes de inglete son útiles para transmitir movimiento de rotación en un ángulo de 90 grados con una relación de 1:1.

Geometría de un engranaje cónico

El perfil del diente del engranaje cilíndrico corresponde a una involuta (es decir, una onda triangular proyectada en la circunferencia de un círculo), mientras que el perfil del diente del engranaje cónico es un octoide (es decir, una onda triangular proyectada en la trayectoria normal de un círculo de un esfera). Todos los generadores de engranajes cónicos tradicionales (como Gleason, Klingelnberg, Heidenreich & Harbeck, WMW Modul) fabrican engranajes cónicos con un perfil de diente octoidal. IMPORTANTE: Para juegos de engranajes cónicos fresados de 5 ejes es importante elegir el mismo cálculo/diseño que el método de fabricación convencional. Los engranajes cónicos calculados simplificadamente sobre la base de un engranaje cilíndrico equivalente en sección normal con una forma de diente de espiral muestran una forma de diente desviada con una resistencia de diente reducida en un 10-28% sin desplazamiento y un 45% con desplazamiento [Diss. Hünecke, TU Dresde]. Además, esos "juegos de engranajes cónicos involutivos" causar más ruido.

Dientes

Hay dos cuestiones relacionadas con la forma de los dientes. Uno es el perfil transversal de cada diente. La otra es la línea o curva en la que se coloca el diente en la cara del engranaje: en otras palabras, la línea o curva a lo largo de la cual se proyecta el perfil de la sección transversal para formar la forma tridimensional real del diente. El efecto principal tanto del perfil de la sección transversal como de la línea o curva del diente es la suavidad del funcionamiento de los engranajes. Algunos dan como resultado una acción de engranaje más suave que otros.

Línea del diente

Los dientes de los engranajes cónicos pueden ser rectos, en espiral o "zerol".

Dientes rectos

En los engranajes cónicos rectos, los dientes son rectos y paralelos a los generadores del cono. Esta es la forma más simple de engranaje cónico. Se parece a un engranaje recto, sólo que cónico en lugar de cilíndrico. Los engranajes en la imagen de la compuerta son engranajes cónicos rectos. En los juegos de engranajes cónicos rectos, cuando cada diente engrana, impacta el diente correspondiente y simplemente curvar los dientes del engranaje puede resolver el problema.

Líneas de dientes en espiral

Los engranajes cónicos en espiral tienen sus dientes formados a lo largo de líneas espirales. Son algo análogos a los engranajes helicoidales de tipo cilíndrico en que los dientes están en ángulo; sin embargo, en los engranajes espirales los dientes también están curvados.

La ventaja del diente espiral sobre el diente recto es que se acoplan más gradualmente. El contacto entre los dientes comienza en un extremo del engranaje y luego se extiende por todo el diente. Esto da como resultado una transferencia de fuerza menos abrupta cuando entra en juego un nuevo par de dientes. En los engranajes cónicos rectos, el engrane abrupto de los dientes provoca ruido, especialmente a altas velocidades, y tensión de impacto en los dientes que los hace incapaces de soportar cargas pesadas a altas velocidades sin romperse. Por estas razones, los engranajes cónicos rectos generalmente se limitan a usarse a velocidades lineales inferiores a 1000 pies/min; o, para engranajes pequeños, por debajo de 1000 rpm.

Líneas de dientes Zerol

Los engranajes cónicos Zerol son un tipo intermedio entre los engranajes cónicos rectos y en espiral. Sus dientes son curvos, pero no en ángulo. Los engranajes cónicos Zerol están diseñados con la intención de duplicar las características de un engranaje cónico recto, pero se producen mediante un proceso de corte biselado en espiral.

Fabricación de engranajes cónicos

Materiales utilizados en el proceso de fabricación de engranajes

Aplicaciones

El engranaje cónico tiene muchas aplicaciones diversas, como locomotoras, aplicaciones marinas, automóviles, imprentas, torres de enfriamiento, plantas de energía, plantas siderúrgicas, máquinas de inspección de vías férreas, etc.

Para ver ejemplos, consulte los siguientes artículos sobre:

• Los engranajes se utilizan en unidades diferenciales, que puede transmitir energía a dos ejes girando a diferentes velocidades, como los de un automóvil de esquina.
• Los engranajes de bisagra se utilizan como mecanismo principal para un taladro de mano. A medida que el mango del taladro se gira en una dirección vertical, los engranajes de bisagra cambian la rotación del engranaje a una rotación horizontal. Los engranajes de bisagra en un taladro de mano tienen la ventaja adicional de aumentar la velocidad de rotación del chuck y esto hace posible perforar una gama de materiales.
• Los engranajes espirales son componentes importantes en rotor sistemas de transmisión. Estos componentes son necesarios para operar a altas velocidades, altas cargas y para un gran número de ciclos de carga. En esta aplicación, se utilizan engranajes espirales para redirigir el eje desde el motor de turbina de gas horizontal hasta el rotor vertical. Los engranajes también se utilizan como reductores de velocidad

Ventajas

• Este equipo permite cambiar el ángulo de funcionamiento.
• Diferir el número de dientes (efectivamente diámetro) en cada rueda permite cambiar la ventaja mecánica. Al aumentar o disminuir la relación de los dientes entre la unidad y las ruedas motrices se puede cambiar la relación de las rotaciones entre los dos, lo que significa que la unidad rotacional y el par de la segunda rueda se pueden cambiar en relación con la primera, con el aumento de la velocidad y la disminución del par, o la disminución de la velocidad y el aumento del par.

Desventajas

• Una rueda de este equipo está diseñada para trabajar con su rueda complementaria y ninguna otra.
• Debe ser montado con precisión.
• Los rodamientos de los ejes deben ser capaces de soportar fuerzas significativas.