Los engranajes de precisión son la columna vertebral de innumerables sistemas mecánicos. Sin embargo, las imperfecciones en la geometría de los dientes de los engranajes pueden provocar ruido, vibración y fallas prematuras.
En esta publicación, se analizan en profundidad las modificaciones de los dientes de los engranajes y cómo se solucionan estos problemas. Analizaremos en profundidad los motivos de las modificaciones y exploraremos varios métodos, incluidas las modificaciones de perfil, paso y flanco.
¿Qué son las modificaciones de los dientes de los engranajes?
Las modificaciones de los dientes de los engranajes se refieren a engranajes intencionales realizados en la geometría de los dientes de los engranajes, desviándose de la forma evolvente perfecta. Estas modificaciones se aplican estratégicamente para optimizar el rendimiento de los engranajes, reducir el ruido y la vibración y aumentar la vida útil de los engranajes. Al alterar ligeramente el perfil, el paso o la topografía de los dientes, los ingenieros pueden ajustar con precisión la forma en que los engranajes engranan y transmiten la potencia.
Propósito de las modificaciones de los dientes de los engranajes
- Distribución de carga igualadora:Las modificaciones ayudan a equilibrar la carga en todo el sistema. ancho de cara de los dientes del engranaje, evitando sobrecargas en los bordes.
- Compensación de desalineaciones:Los errores inevitables de fabricación y montaje se pueden compensar parcialmente con modificaciones estratégicas de los dientes.
- Reducción del ruido y la vibración:Al mejorar el patrón de contacto y la distribución de la carga, las modificaciones minimizan la excitación del ruido y la vibración del engranaje.
- Prevención del contacto con los bordes:Bajo carga, los dientes de los engranajes pueden desviarse y causar una carga perjudicial en los bordes. Las modificaciones mitigan este problema.
- Acomodación de las deflexiones dentaria:Se puede tener en cuenta la deformación elástica de los dientes bajo carga, manteniendo un patrón de contacto ideal.
- Prolongar la vida útil de los engranajesAl reducir las concentraciones de tensión y evitar la sobrecarga, las modificaciones prolongan significativamente la vida útil de los engranajes.
- Mejorando la eficiencia:Suave y optimizado engranaje de malla Los engranajes logrados mediante modificaciones ayudan a reducir las pérdidas de potencia y mejoran la eficiencia general del sistema de transmisión.
Factores que afectan la malla de engranajes
Distribución de la carga
En un escenario ideal, la carga se distribuiría uniformemente por todo el ancho de la cara de los dientes del engranaje. Sin embargo, las desalineaciones y las deformaciones elásticas suelen provocar que la intensidad de la carga sea mayor en los bordes. Esta distribución desigual puede provocar un desgaste prematuro e incluso la rotura de los dientes.
Las modificaciones de los dientes de los engranajes, como el abombamiento y el desbaste de los extremos, ayudan a igualar la distribución de la carga. Al eliminar ligeramente material de los bordes, estas modificaciones compensan las desalineaciones y las deflexiones, lo que promueve una distribución más uniforme de la carga en toda la cara del diente.
Relación de contacto
La relación de contacto es el número promedio de dientes engranados en un momento dado. Una relación de contacto más alta es deseable para un funcionamiento más suave y una reducción del ruido. La relación de contacto se ve influenciada por factores como... Angulo de PRESION, número de dientes y los valores del addendum y del dedendum.
Las modificaciones del perfil, como el alivio de la punta y la raíz, pueden ayudar a aumentar la relación de contacto efectiva. Al eliminar material de las puntas y las raíces de los dientes, estas modificaciones permiten un acoplamiento y desacoplamiento más gradual de los dientes. Esto da como resultado una transferencia de carga más suave y un impacto reducido durante el engrane.
Alineación de engranajes y errores
En la práctica, es prácticamente imposible lograr una alineación perfecta de los engranajes. Las tolerancias de fabricación, los errores de montaje y las deformaciones elásticas bajo carga contribuyen a la desalineación entre los engranajes acoplados. Estas desalineaciones pueden provocar una distribución desigual de la carga, un aumento del ruido y la vibración y un desgaste acelerado.
Las modificaciones de los dientes, como el abombamiento y el desbaste de los dientes, están diseñadas específicamente para adaptarse a las desalineaciones. Mediante la introducción de una ligera curvatura o la eliminación de material de los extremos de los dientes, estas modificaciones permiten que los engranajes engranen suavemente a pesar de pequeños errores de alineación. Esto ayuda a mantener un patrón de contacto adecuado y reduce el riesgo de carga en los bordes.
Tipos de modificaciones de los dientes de los engranajes: modificaciones del perfil
Las modificaciones de perfil modifican la forma de los dientes de los engranajes a lo largo de la línea de acción (la dirección de transmisión de fuerza entre los dientes de engranajes acoplados). Estas modificaciones pueden mejorar la distribución de la carga, reducir el ruido y la vibración y compensar la desalineación o la deflexión de los engranajes bajo carga.
Alivio de punta
El desbaste de la punta implica la eliminación de una pequeña cantidad de material de la punta del diente del engranaje. Esto crea un ligero bisel o redondeo en la punta del diente, lo que reduce el riesgo de interferencia e impacto cuando los engranajes engranan por primera vez. El desbaste de la punta también puede compensar la deflexión del diente bajo carga, lo que garantiza un enganche más suave.
Alivio/recorte de raíces
El desbaste de la raíz, también conocido como recorte, elimina material de la base del diente del engranaje cerca del círculo de la raíz. Esta modificación proporciona espacio libre para la punta del diente de engranaje acoplado, lo que reduce el riesgo de interferencia y socavación. El desbaste de la raíz es particularmente útil en aplicaciones con cargas elevadas o desalineación significativa de los engranajes.
Excavación de raíces
La excavación de la raíz es una modificación en la que se extrae material adicional de la raíz del diente del engranaje más allá del círculo de raíz estándar. Esta técnica aumenta la holgura entre los dientes acoplados, lo que permite acomodar desviaciones de dientes más grandes y reducir el riesgo de interferencia en aplicaciones de carga pesada.
Coronación (Perfil)
El abombamiento del perfil implica curvar ligeramente el perfil del diente a lo largo de la línea de acción. Esta modificación crea una superficie convexa en el diente, con el punto más alto en el centro del diente. El abombamiento ayuda a mantener el contacto entre los dientes del engranaje incluso si hay desalineación o deflexión, distribuyendo la carga de manera más uniforme y reduciendo las tensiones de contacto en el borde.
Modificación del ángulo
La modificación del ángulo cambia el ángulo de presión del diente del engranaje a lo largo del perfil. Una modificación típica puede implicar aumentar el ángulo de presión en la punta del diente y disminuirlo en la raíz. Esta técnica puede mejorar la distribución de la carga, reducir las tensiones de contacto y minimizar el ruido y la vibración.
Achaflanado
El biselado es el proceso de eliminar los bordes afilados de las puntas o los lados de los dientes de los engranajes. Si bien no se trata estrictamente de una modificación del perfil, los biselados se utilizan a menudo junto con el alivio de la punta para reducir aún más el riesgo de interferencia y mejorar la suavidad del enganche de los engranajes.
Tipos de modificaciones de los dientes de los engranajes: modificaciones de los dientes de avance
Las modificaciones de avance cambian la forma de los dientes del engranaje a lo largo del ancho de la cara (perpendicular a la dirección del perfil). Estas modificaciones solucionan problemas de desalineación, distribución de carga y contacto con los bordes.
Alivio final
El desbaste de extremos elimina material de los extremos de los dientes de los engranajes cerca de los bordes de la cara. Esta modificación crea espacio libre para acomodar la desalineación o la deflexión, lo que reduce el riesgo de contacto de los bordes y la distribución desigual de la carga. El desbaste de extremos se utiliza a menudo junto con el abombamiento de perfiles.
Coronación (Plomo)
El abombado de avance modifica la superficie de los dientes del engranaje a lo largo del ancho de la cara, creando una forma ligeramente convexa. De manera similar al abombado de perfil, el abombado de avance ayuda a mantener el contacto entre los dientes del engranaje y a distribuir las cargas de manera uniforme, incluso en presencia de desalineación o deflexión. Esta modificación es particularmente útil para engranajes de cara ancha.
Modificación del ángulo de la hélice
En engranajes helicoidales, ángulo de hélice La modificación implica cambiar el ángulo de hélice a lo largo del ancho de la cara. Esta técnica puede mejorar la distribución de la carga, reducir la carga final y minimizar la sensibilidad a la desalineación. La modificación del ángulo de hélice se utiliza a menudo en aplicaciones de alta carga o alta velocidad.
Modificación de la pendiente de la línea de flanco
La modificación de la pendiente de la línea de flanco cambia la pendiente de los flancos de los dientes del engranaje a lo largo del ancho de la cara. Esta técnica puede ayudar a compensar la desalineación o la deflexión, lo que garantiza una distribución de carga más uniforme y reduce el riesgo de contacto con el borde. La modificación de la pendiente de la línea de flanco se utiliza a menudo junto con otras modificaciones de avance.
Tipos de modificaciones de los dientes de los engranajes: modificaciones de flancos
Las modificaciones de flancos implican alterar la superficie de los dientes de los engranajes entre las direcciones de perfil y avance. Estas modificaciones pueden abordar requisitos de rendimiento específicos o compensar variaciones de fabricación.
topología
Las modificaciones topológicas implican engranajes controlados con precisión en la superficie de los dientes del engranaje basados en un análisis detallado del comportamiento del sistema de engranajes bajo carga. Estas modificaciones pueden optimizar la distribución de la carga, reducir las tensiones de contacto y mejorar el rendimiento general. Las modificaciones topológicas a menudo requieren técnicas de fabricación avanzadas y software de diseño especializado.
Alivio final generado
El alivio final generado es una técnica de modificación de flancos que crea una transición suave desde el alivio final hasta la superficie del diente sin modificar. Esta modificación ayuda a reducir las concentraciones de tensión y a mejorar la distribución de la carga cerca de los extremos del diente. El alivio final generado se utiliza a menudo en aplicaciones de engranajes de alto rendimiento.
torcedura
La torsión es una modificación de flanco que introduce una variación helicoidal controlada a lo largo del ancho del diente. Esta técnica puede ayudar a compensar la desalineación, mejorar la distribución de la carga y reducir el ruido y la vibración. Las modificaciones de torsión se utilizan a menudo en aplicaciones de alta velocidad o alta carga donde el rendimiento óptimo del engranaje es fundamental.
