Cap 4 Engranajes Cilindricos Helicoidales PDF

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CAP. 4 ENGRANAJES CILINDRICOS HELICOIDALES (OBLICUOS) 4.1 INTRODUCCION A LOS ENGRANAJES CILINDRICOS HELICOIDALES 4.1.1 CARACTERISTICAS DE ENGRANAJES HELICOIDALES Los engranajes helicoidales se diferencian de los engranajes cilíndricos rectos, en que los dientes de los engranajes helicoidales se tallan en ángulo con relación al eje del mismo. Por lo tanto, la función mecánica cambia.

Figura 4.1 Vista de un engranaje cilíndrico: a) Rectos y b) Helicoidales Uno de los cambios es la silenciosidad de su funcionamiento, que representa una indudable ventaja respecto a los engranajes a dientes rectos, que son mucho más ruidosos. El hecho que los engranajes de dientes rectos sean ruidosos, se basa en la “periodicidad de contacto de dientes”. El periodo de contacto representado por el tiempo necesario para que las primitivas rueden una sobre la otra en un arco igual al paso. Durante el periodo, cambia el punto de aplicación de la fuerza mutua de manera gradual; los dientes sufren pequeñas deformaciones elásticas variables de instante a instante, que puede dar lugar a pequeños choques y vibraciones. (P. Ringegni & M. Arbelo) Dicha periodicidad queda prácticamente eliminada en los dientes helicoidales, ya que en cada posición relativa de los dientes en acción se tienen entre ellos puntos de contacto correspondientes a una extendida parte del arco de engrane; por otra parte, la rigidez de los dientes helicoidales es bastante mayor que la de los dientes rectos Una vista característica de un engrane helicoidal se muestra en la Figura 4.2 (Paso circular real)

Perfi real (Paso circular aparente)

Perfil aparente

Figura 4.2 Vista en 3D de un engrane helicoidal

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Los parámetros que se usan para el cálculo de las dimensiones son las mismas que se usan para engranajes cilíndricos rectos, sin embrago, debido al ángulo de tallado (ángulo de presión), [α, β o Ψ], resaltan dos perfiles. Un perfil aparente y un perfil real. Por ello se calculan los siguientes pasos: (Figura 4.7) - Paso circular transversal o Paso circular aparente - Paso circular normal o Paso circular real - Paso circular axial Como se ve en la Figura 4.2, el perfil aparente es producto de un plano de corte transversal (perpendicular al eje), por lo tanto, en ese perfil se tendrá: el paso circular transversal (pt) o “paso circular aparente”. Pero si trazamos un plano de corte perpendicular a los dientes, en ese perfil se tendrá e paso circular normal (pn) o también denominado “paso circular real”. Paso axial es la distancia entre los puntos correspondientes entre dientes adyacentes, medida en la superficie de paso y en la dirección axial. (Figura 4.4). 4.1.2 VENTAJAS Y DESVENTAJAS Llamados también engranes oblicuos, dado que presentan dientes inclinados con respecto al eje de rotación y se utilizan para las mismas aplicaciones que los engranes cilíndricos de dientes rectos, con las siguientes diferencias: VENTAJAS a) Usadas para velocidades altas: n = 3600rpm b) Causan bajo ruido c) Transmiten alta potencia d) Transmitir el movimiento de ejes que se cortan

DESVENTAJAS  En el engranaje actúa una fuerza axial que complementariamente carga a los cojinetes y al árbol de transmisión.  Esta carga adicional se anula montando ruedas con dientes bi helicoidales.

4.2 APLICACIÓN DE LOS ENGRANAJES HELICOIDALES Se pueden utilizar para transmisión entre árboles paralelos logrando mayor eficiencia o para eje que se cruzan formando cualquier ángulo; el más común es de 90°. Cuando los ejes del engranaje son paralelos el ángulo de talla son iguales pero una rueda se talla hacia la izquierda y la otra hacia la derecha. Figura 4.3

α1 = α2

α1 + α2 = 90°

b) Arboles que se cruzan a 90°

a) Arboles paralelos

Figura 4.3 Esquemas de Engranajes helicoidales con ejes paralelos y ejes que se cruzan

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4.3 CLASIFICACION DE ENGRANES HELICOIDALES - Se visualizan en la Figura 4.4

ENGRANES HELICOIDALES

SEGÚN LA POSICION DE LOS EJES

SEGÚN LA DIRECCION DE TALLADO DE LOS DIENTES

SEGÚN EL NUMERO DE HILERAS

EH tallados hacia la derecha

EH para ejes paralelos

EH de hilera simple EH de hilera doble

EH tallados hacia la izquierda

EH para ejes que se cruzan

EH de hilera doble acanalado

Figura 4.4 Clasificación de engranajes helicoidales

En la Figura 4.5 se visualiza algunos tipos de engranajes

De Hélice derecha

De Hélice izquierda

Bi helicoidales simples

Figura 4.5 Tipos de Engranes Helicoidales

Engrane bi helicoidales simple Los dientes helicoidales por su geometría generan fuerzas axiales. Estas se pueden contrarrestar empleando una doble hilera de dientes, con la helicoide en sentido contrario, tal como se muestra en la Figura 4.6. A este tipo de engranaje se le conoce con el nombre de “Engranaje bi helicoidal simple”. También son conocidos bajo la denominación: “espina de pescado” Figura 4.6 Vista de un engranaje bi helicoidal simple

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Bi helicoidales acanalados

4.4 GEOMETRIA Y NOMENCLATURA DE LOS ENGRANES HELICOIDALES

Figura 4.7 Geometría y nomenclatura de los engranes helicoidales Del grafico: pn = pt*Cosψ, donde

px = pt / tan ψ,

pn – Paso circular normal (paso real), medido en un plano normal al diente pt – Paso circular transversal (paso circunferencial aparente o paso aparente), medido en un plano transversal al diente Ψ = β – Angulo de Inclinación o ángulo de hélice donde: px = ad – Paso circular axial,

Como: p*P =π; Entonces podemos expresar: pn *Pn = π, donde el paso diametral normal está dado por:

Pn = Pt / Cosψ

El ángulo de presión Φn, en la dirección normal difiere del ángulo de presión Φt en la dirección de rotación, debido a la angularidad de los dientes. Dichos ángulos están relacionados por la ecuación. Cos Ψ = tan Φn / tan Φt Los valores del ángulo Ψ se visualizan en la tabla siguiente: Tabla 1. Valores del ángulo de inclinación Nº 1 2 3

Valores del ángulo Ψ Ψ = (5º … 10º) Ψ = (15º … 25º) Ψ = (30º … 45°)

Aplicación Velocidades lentas Velocidades normales Velocidades elevadas

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4.5 REPRESENTACION DE ENGRANES HELICOIDALES CON EJES AXIALES PARALELOS

Figura 4.8 Representación de engranes con eje axiales paralelos 4.6 APLICACIONES GENERALES EN LA INDUSTRIA

En cajas de cambios de automóviles

En Reductores de velocidad de plantas industriales

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Aplicación de engranajes bi helicoidales en un reductor de una planta de procesamiento de cemento

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