¿Qué es un engranaje helicoidal?
un engranaje helicoidal es un engranaje que consiste en un eje con una rosca espiral que se acopla y acciona una rueda dentada. Los engranajes helicoidales son un viejo estilo de engranaje, y una versión de una de las seis máquinas simples. Básicamente, un engranaje helicoidal es un tornillo con tope contra lo que parece un engranaje recto estándar con dientes ligeramente angulados y curvados.
cambia el movimiento de rotación en 90 grados, y el plano de movimiento también cambia debido a la posición del gusano en la rueda helicoidal (o simplemente «la rueda»)., Por lo general, se componen de un gusano de acero y una rueda de latón.
la Figura 1. Engranaje de gusano. La mayoría de los gusanos (pero no todos) están en el fondo.
cómo funcionan los engranajes helicoidales
Un motor eléctrico o motor aplica potencia de rotación a través del gusano. El gusano gira contra la rueda, y la cara del tornillo empuja los dientes de la rueda. La rueda se empuja contra la carga.
Worm Gear utiliza
hay algunas razones por las que uno elegiría un engranaje de tornillo sin fin en lugar de un engranaje estándar.
el primero es la alta relación de reducción., Un engranaje helicoidal puede tener una relación de reducción masiva con poco esfuerzo-todo lo que uno debe hacer es agregar circunferencia a la rueda. Por lo tanto, puede usarlo para aumentar en gran medida el par o reducir en gran medida la velocidad. Por lo general, se necesitarán varias reducciones de un conjunto de engranajes convencional para lograr el mismo nivel de reducción de un solo engranaje helicoidal, lo que significa que los usuarios de engranajes helicoidales tienen menos piezas móviles y menos lugares para fallas.
una segunda razón para usar un engranaje helicoidal es la incapacidad de revertir la dirección de la potencia., Debido a la fricción entre el gusano y la rueda, es prácticamente imposible que una rueda con fuerza aplicada a ella comience a mover el gusano.
en un engranaje estándar, la entrada y la salida se pueden girar independientemente una vez que se aplica suficiente fuerza. Esto requiere agregar un respaldo a una caja de cambios estándar, aumentando aún más la complicación del conjunto de engranajes.
por qué no usar engranajes helicoidales
hay una razón particularmente evidente por la que uno no elegiría un engranaje helicoidal en lugar de un engranaje estándar: la lubricación. El movimiento entre el tornillo sin fin y las caras de los engranajes de las ruedas es totalmente deslizante., No hay ningún componente rodante en el contacto o interacción del diente. Esto hace que sean relativamente difíciles de lubricar.
Los lubricantes requeridos son generalmente de muy alta viscosidad (ISO 320 y superior) y por lo tanto son difíciles de filtrar, y los lubricantes requeridos generalmente están especializados en lo que hacen, lo que requiere que un producto esté en el sitio específicamente para ese tipo de equipo.
lubricación del engranaje helicoidal
el principal problema con un engranaje helicoidal es cómo transfiere potencia. Es una bendición y una maldición al mismo tiempo., El movimiento espiral permite grandes cantidades de reducción en una cantidad comparativamente pequeña de espacio para lo que se requiere si se utiliza un engranaje helicoidal estándar.
este movimiento en espiral también hace que una condición increíblemente problemática sea el modo principal de transferencia de potencia. Esto se conoce comúnmente como fricción de deslizamiento o desgaste de deslizamiento.
con un conjunto de engranajes típico, la potencia se transfiere en el punto de carga máxima en el diente (conocido como apex o pitchline), al menos en una condición de desgaste de rodadura., El deslizamiento ocurre a ambos lados del ápice, pero la velocidad es relativamente baja.
con un engranaje helicoidal, el movimiento deslizante es la única transferencia de potencia. A medida que el gusano se desliza a través del diente de la rueda, frota lentamente la película lubricante, hasta que no queda película lubricante, y como resultado, el gusano frota el metal de la rueda en un régimen de lubricación límite. Cuando la superficie del gusano sale de la superficie de la rueda, recoge más lubricante y comienza el proceso de nuevo en la próxima revolución.,
la fricción de rodadura en un diente de engranaje típico requiere poco en el camino de la película lubricante para llenar los espacios y separar los dos componentes. Debido a que el deslizamiento se produce a ambos lados del ápice del diente del engranaje, se requiere una viscosidad ligeramente mayor de lubricante que la estrictamente necesaria para el desgaste de la rodadura para superar esa carga. El deslizamiento se produce a una velocidad relativamente baja.
El Gusano en un engranaje de tornillo sin fin gira, y mientras gira, se aplasta contra la carga que se impone en la rueda., La única manera de evitar que el gusano toque la rueda es tener un grosor de película lo suficientemente grande como para que no se limpie toda la superficie del diente antes de que esa parte del gusano salga de la zona de carga.
Este escenario requiere un tipo especial de lubricante. No solo tendrá que ser un lubricante de viscosidad relativamente alta (y cuanto mayor sea la carga o la temperatura, mayor será la viscosidad), debe tener alguna forma de ayudar a superar la condición de deslizamiento presente.
lea la forma correcta de lubricar los engranajes helicoidales para obtener más información sobre este tema.,
viscosidad
La viscosidad es el factor principal para evitar que el gusano toque la rueda en un conjunto de engranajes helicoidales. Si bien la carga y el tamaño del engranaje determinan el lubricante requerido, una ISO 460 o ISO 680 es bastante común, y una ISO 1000 no es desconocida. Si alguna vez ha intentado filtrar este rango de viscosidad, sabe que es problemático porque es probable que ninguno de los filtros o bombas que tiene en el sitio tenga el tamaño o la clasificación adecuados para funcionar correctamente.
por lo tanto, es probable que necesite obtener una bomba y un filtro específicos para este tipo de unidad., Un lubricante viscoso requiere una bomba de funcionamiento lento para evitar que el lubricante active el bypass del filtro. También requerirá un filtro de gran área de superficie para permitir que el lubricante fluya a través.
tipos de lubricante para buscar
Un tipo de lubricante comúnmente utilizado con engranajes helicoidales es a base de minerales, aceites compuestos para engranajes., No hay aditivos que se puedan poner en un lubricante que puedan hacer que supere el desgaste por deslizamiento indefinidamente, pero la combinación de aditivos grasos naturales o sintéticos en aceites de engranajes compuestos da como resultado una buena lubricidad, proporcionando una medida adicional de protección contra el contacto de metal a metal.
otro tipo de lubricante comúnmente utilizado con engranajes helicoidales son los aceites para engranajes industriales de extrema presión (EP) a base de minerales. Hay algunos problemas con este tipo de lubricante si está utilizando un engranaje helicoidal con un componente de metal amarillo (latón)., Sin embargo, si tiene temperaturas de funcionamiento relativamente bajas o no hay metal amarillo presente en las superficies de los dientes del engranaje, este lubricante funciona bien.
Los lubricantes para engranajes de Polialphaolefina (PAO) funcionan bien en aplicaciones de engranajes helicoidales porque naturalmente tienen buenas propiedades de lubricidad. Con un aceite para engranajes PAO, es necesario vigilar el paquete de aditivos, ya que estos pueden tener aditivos EP. Un aceite para engranajes fortificado antidesgaste (AW) de servicio estándar será generalmente aceptable, pero verifique que las propiedades sean compatibles con la mayoría de los metales.,
el autor recomienda observar de cerca los metales de desgaste en las pruebas de análisis de aceite para asegurarse de que el paquete AW no sea tan reactivo como para causar una lixiviación significativa del latón. El efecto debería ser mucho menor de lo que se vería con EP incluso en el peor de los casos para la reactividad AW, pero puede aparecer en las pruebas de metales. Si necesita un lubricante que pueda manejar temperaturas más altas o más bajas que las típicas, es probable que esté disponible un producto a base de PAO adecuado.
Los polialquilenglicoles (PAG), un cuarto tipo de lubricante, son cada vez más comunes., Estos lubricantes tienen excelentes propiedades de lubricidad y no contienen las ceras que causan problemas de baja temperatura con muchos lubricantes minerales, lo que los convierte en una excelente opción para bajas temperaturas. Se debe tener precaución al usar aceites PAG porque no son compatibles con aceites minerales, y algunos sellos y pinturas.
metalurgia de engranajes helicoidales
los engranajes helicoidales más comunes están hechos con una rueda de latón y un gusano de acero. Esto se debe a que la rueda de latón suele ser más fácil de reemplazar que el propio gusano. La rueda está hecha de latón porque está diseñada para ser sacrificial.,
en el caso de que las dos superficies entren en contacto, El Gusano está marginalmente a salvo del desgaste porque la rueda es más suave, y por lo tanto, la mayor parte del desgaste se produce en la rueda. Los informes de análisis de aceite en este tipo de unidad casi siempre muestran algún nivel de cobre y bajos niveles de hierro, como resultado de la rueda de sacrificio.
esta rueda de latón arroja otro problema en la ecuación de lubricación para engranajes helicoidales. Si se coloca un aceite para engranajes EP de azufre y fósforo en el sumidero de un engranaje helicoidal con una rueda de latón, y la temperatura es lo suficientemente alta, el aditivo EP se activará., En engranajes de acero normales, esta activación produce una capa delgada de oxidación en la superficie que ayuda a proteger el diente del engranaje de cargas de choque y otras condiciones mecánicas extremas.
en la superficie de latón, sin embargo, la activación del aditivo EP resulta en una corrosión significativa del azufre. En un corto período de tiempo, puede perder una parte significativa de la superficie de carga de la rueda y causar daños importantes.,
otros materiales
algunos de los materiales menos comunes que se encuentran en los conjuntos de engranajes helicoidales incluyen:
gusano de acero y rueda helicoidal de acero: esta aplicación no tiene las complicaciones EP del engranaje de latón, pero no hay espacio para el error incorporado en una caja de engranajes como esta. Las reparaciones en conjuntos de engranajes helicoidales con esta combinación de metal suelen ser más costosas y requieren más tiempo que con un conjunto de engranajes helicoidales de latón/acero. Esto se debe a que la transferencia de material asociada con el fallo hace que tanto el gusano como la rueda sean inutilizables en la reconstrucción.,
gusano de latón y rueda de gusano de latón: esta aplicación se encuentra muy probablemente en situaciones de carga moderada a ligera porque el latón solo puede soportar una cantidad menor de carga. La selección de lubricante en esta combinación de metal es flexible debido a la carga más ligera, pero aún se deben considerar las restricciones de aditivos con respecto al EP debido al metal amarillo.
plástico sobre metal, sobre plástico y otras combinaciones similares: esto se encuentra típicamente en aplicaciones de carga relativamente ligera, como la robótica y los componentes automotrices., La selección del lubricante depende del plástico en uso, porque muchas variedades de plástico reaccionan a los hidrocarburos en el lubricante regular, y por lo tanto requerirán lubricantes a base de silicio u otros lubricantes no reactivos.
aunque un engranaje helicoidal siempre tendrá algunas complicaciones en comparación con un conjunto de engranajes estándar, puede ser fácilmente un equipo efectivo y confiable. Con un poco de atención a la configuración y selección de lubricante, los engranajes helicoidales pueden proporcionar un servicio confiable, así como cualquier otro tipo de conjunto de engranajes.
lectura relacionada
Ray Thibault. «Lubricación de engranajes helicoidales.,» Machinery Lubrication magazine. May-June 2001.
