Engrades De Tornillo Sin Fin

ENGRANES DE TORNILLO SINFIN

El engranaje de tornillo sinfín se utiliza para transmitir la potencia entre ejes que se cruzan, casi siempre perpendicularmente entre sí. En un pequeño espacio se pueden obtener satisfactoriamente relaciones de velocidad comparativamente altas, aunque quizá a costa del rendimiento en equiparación con otros tipos de engranajes. El contacto de impacto en el engrane de los engranajes rectos y de otros tipos no existe en los de tornillo sinfín. En vez de esto, los filetes deslizan en contacto permanente con los dientes de la rueda, lo que da por resultado un funcionamiento silencioso si el diseño, la fabricación y el funcionamiento son correctos. Como el deslizamiento es mayor, a veces se originan dificultades por el calor debido al rozamiento. En condiciones extremas de carga la caja o cárter de engranajes se puede calentar.

Tornillo sinfín y rueda dentada de tornillo sinfín.

La sección de una guía o filete de tornillo sinfín en un plano diametral axial es generalmente de flancos rectos, ya que es la sección de un diente de cremallera envolvente. Si el tornillo sinfín se moviese sin girar en dirección de una línea recta perpendicular al eje de la rueda, la acción de los dientes en un plano que contuviese al eje del tornillo y normal al eje de la rueda sería análoga a la acción del diente de una cremallera sobre una rueda. Los lados rectos de las guías del tornillo facilitan la producción en cuanto a cantidad y exactitud. Las guías o roscas del tornillo pueden ser talladas en un torno o con matrices de estampar, o pueden ser fresadas con fresa de disco, talladas por generación o por fresa madre, cepilladas o modeladas.

Paso y Avance

Suele haber una ligera confusión de términos puesto que en el tornillo sinfín el paso es el paso axial Pa, que cuando los ejes son perpendiculares entre sí es el mismo que el paso circular Pc en la rueda dentada de tornillo sinfín; para este caso Pa = Pc. Lo mismo que en los engranajes helicoidales, los de tornillo sinfín tienen un paso normal Pcn, (fig. 2) pero el ángulo de avance del tornillo , que es el formado por una tangente a la hélice primitiva y el plano de rotación es de uso más cómodo que el ángulo de la hélice w del tornillo.

La distancia axial que avanza la hélice en una revolución es el avance L (paso de hélice). Tanto en el cilindro primitivo cuyo diámetro es Dw, como en los cilindros de addendum, de base, etc., todas las hélices que forman la guía tienen el mismo avance L, pero el ángulo de avance varía. Si imaginamos una espira de una hélice primitiva desarrollada desde la figura 2 en un plano, obtenemos el diagrama de la figura 3, donde se ve que:

donde vpg es la velocidad en la línea de paso del engrane y vpw es la velocidad en la línea de paso del tornillo, L = avance de la rosca o hélice del tornillo (Ntw x paw). Se tiene que w + w = 90°. La hélice primitiva del tornillo y la hélice primitiva de la rueda tienen sus respectivos ángulo de hélice y ángulo de avance, g = ángulo de avance de la rueda, = ángulo de hélice de la rueda y g + = 90°. Si el ángulo entre ejes es 90°, el ángulo de avance en el tornillo es = , que es el ángulo de hélice de la rueda, además w = g.

2 Rosca triple.

Mientras los tornillos de fuerza son generalmente de rosca simple, los tornilllos sinfín tienen usualmente roscas múltiples, a no ser que otra ventaja mecánica sea más importante que el rendimiento. Cuando un tornillo sinfín gira una revolución completa, un punto de la circunferencia primitiva de la rueda dentada recorre un arco igual al avance, L = Nw Pa, pero para calcular la relación de velocidad es más fácil hacer uso del número de guías Nw (o entradas) del tornillo y el número de dientes de la rueda Ng; RV=Ng/ Nw.

donde Nt = 1 para un tornillo de guía simple, Nt = 2 para uno de doble guía, etc. si se pretende obtener una transmisión de potencia de alto rendimiento se pueden disponer en el tornillo 4, 6 o más guías.

3 Angulo de avance

Resistencia de los dientes de la rueda de tornillo sinfín

Los dientes de la rueda de tornillo sinfín son más débiles que las guías de tornillo. Para esto se suele aplicar la ecuación de Lewis; para unidades inglesas:

El paso circular normal Pcn se introduce en la ecuación anterior debido a que el paso circular Pc suele ser más utilizado para engranes de tornillo sinfín. Cuando s = sn, la fuerza Fs obtenida por esta fórmula representa moderadamente la resistencia a la fatiga a flexión del diente de la rueda; b es el ancho efectivo de la cara de la rueda. Si la suma de los números de dientes de tornillo sinfín y de la rueda de éste es mayor a 40, se pueden utilizar con seguridad los siguientes valores generales de Y:

Para:

n = 14 ½°, Y = 0.314

n = 20°, Y = 0.392

n = 25°, Y = 0.470

n = 30°, Y = 0.550

Carga dinámica de los engranes de tornillo sinfín

La carga dinámica de estos engranes se suele calcular mediante:

Donde Ft es la carga transmitida calculada por la ecuación de potencia aplicada a la rueda dentada; Ft = 33000 HP/vmg, con vmg en ft/min, siendo vmg la velocidad en la circunferencia primitiva de la rueda, siendo estrictamente la potencia la de salida.

Carga de desgaste para engranes de tornillo sinfín

Buckingham da una relación aproximada para la carga límite de desgaste Fw en libras

donde Dg es el diámetro de la rueda, b es el ancho de la cara del diente y K es un factor que depende de los materiales utilizados, del ángulo de presión y del ángulo de avance.

Si el servicio es continuo, Fw debe ser mayor o igual que Fd.

Para determinar K se tiene:

Gusano Engrane K

Acero, 500 BHN Bronce 80

Acero, 250 BHN Bronce 60

Acero, 500 BHN Bronce templado sup. 115

Acero, 500 BHN Hierro vaciado 50

Capacidad térmica

Si la caja de engranes se calienta con exceso, la película lubricante se puede adelgazar demasiado y cortarse dando lugar a que se establezca el contacto directo entre las superficies. Cuando esto ocurre, el rozamiento aumenta, se genera más calor y, finalmente, se produce una seria abrasión y escoración. Los lubricantes de presión extrema (EP) reducen estas dificultades cuando los elementos motriz y conducido son de acero.

En muchas circunstancias la capacidad de transmisión de potencia esta determinada por la capacidad radiante de la caja o cárter, capacidad que a su vez depende de las condiciones ambientales.

El calor Q que debe ser disipado en una caja de engranes es igual a la pérdida debida al rozamiento, la cual se toma a su vez igual a la potencia de entrada HPi multiplicada por (1 - e), siendo e

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