El empuje axial en engranajes helicoidales genera una tensión innecesaria en los rodamientos, reduce la eficiencia y puede provocar fallos prematuros. Sin embargo, se puede eliminar por completo con un enfoque de diseño adecuado. Esta fuerza lateral se produce porque los dientes de los engranajes helicoidales están cortados en ángulo, lo que provoca que parte del par motor empuje el engranaje a lo largo de su eje en lugar de simplemente girarlo.
Engranajes helicoidales dobles y de espiga
Los engranajes helicoidales dobles eliminan el empuje axial mediante dos juegos de dientes simétricos en forma de V, donde cada mitad genera fuerzas iguales y opuestas que se anulan mutuamente. Imagine dos engranajes helicoidales consecutivos, uno con dientes a la izquierda y otro con dientes a la derecha, mecanizados en el mismo cubo.
Las mitades opuestas se empujan internamente, de modo que el engranaje transmite el par sin crear ninguna fuerza lateral neta sobre los rodamientos. Esto significa que puede usar rodamientos radiales estándar en lugar de los costosos rodamientos de empuje, e incluso puede aumentar la ángulo de hélice para un funcionamiento más suave sin preocuparse por las cargas de empuje.
Disposiciones de pares de engranajes helicoidales opuestos
Se puede anular el empuje axial sin costosos engranajes helicoidales dobles mediante la ingeniosa disposición de pares de engranajes helicoidales simples estándar con direcciones de hélice opuestas. Este enfoque utiliza el empuje de un engranaje para contrarrestar el de otro, logrando el equilibrio mediante el diseño del sistema en lugar de componentes especializados.
- Conjuntos de equipo consecutivos: Monte dos engranajes helicoidales simples cónicos opuesta en el mismo eje, con un engranaje izquierdo y otro derecho transmitiendo el mismo par. El engranaje izquierdo empuja el eje en un sentido, mientras que el derecho lo empuja en el sentido opuesto, lo que resulta en un empuje neto cero. Esta configuración funciona como un engranaje helicoidal doble, pero utiliza componentes helicoidales simples estándar, más económicos y fáciles de fabricar.
- Hélice opuesta en reductoress de engranajes multietapa: Alterne la dirección de la hélice entre etapas para que el empuje de una etapa de reducción anule el de la siguiente. Un eje intermedio podría llevar un engranaje izquierdo para la primera etapa y uno derecho para la segunda, lo que permite que el eje "flote" con una carga axial mínima. Este método es especialmente eficaz en compresores multietapa y reductoress de engranajes de turbinas donde ya se utilizan varios conjuntos de engranajes.
Uso de cojinetes de empuje y cojinetes de contacto angular
La solución más sencilla suele ser aceptar el empuje axial y gestionarlo con rodamientos adecuados. Los rodamientos de empuje y los rodamientos de contacto angular están diseñados específicamente para absorber estas fuerzas laterales. En lugar de eliminar el empuje a nivel del engranaje, se instalan rodamientos que puedan soportar las cargas axiales de forma segura durante toda la vida útil de la reductores de engranajes.
FAQs
¿Qué método es más rentable para eliminar el empuje axial?
Para la mayoría de las aplicaciones, el uso de cojinetes axiales es la solución más económica. Los engranajes helicoidales dobles ofrecen el mejor rendimiento, pero su coste es considerablemente mayor, mientras que las configuraciones opuestas funcionan bien en reductoress de engranajes multietapa donde ya se utilizan varios conjuntos de engranajes.
¿Puedo eliminar completamente el empuje axial en un solo engranaje helicoidal?
No, un engranaje helicoidal simple siempre produce empuje axial debido a sus dientes angulados. Debe usar engranajes helicoidales dobles, acoplarlos a un engranaje opuesto o instalar cojinetes de empuje para absorber la fuerza.
¿Cuánta fuerza de empuje generan los engranajes helicoidales?
El empuje axial es igual a la fuerza tangencial multiplicada por la tangente del ángulo de hélice (F_a = F_t × tan β). Un ángulo de hélice de 30 grados genera un empuje equivalente a aproximadamente el 58 % de la fuerza tangencial.
¿Por qué no utilizar simplemente engranajes rectos para evitar el empuje por completo?
Los engranajes rectos eliminan el empuje, pero son mucho más ruidosos y soportan menos carga que los engranajes helicoidales. Los engranajes helicoidales proporcionan una transmisión de potencia más suave, mayor capacidad de carga y un funcionamiento más silencioso; ventajas que generalmente compensan las dificultades de la gestión del empuje.
