En los sistemas mecánicos, la transmisión de potencia entre ejes que se cruzan suele presentar desafíos de diseño. Los engranajes cónicos son la solución a este problema, ya que estos engranajes cónicos especializados están diseñados para transferir movimiento, generalmente en un ángulo de 90 grados, manteniendo la misma velocidad de rotación.
Esta guía completa profundizará en las características de los engranajes de inglete y los comparará con otros tipos de engranajes. Exploraremos más a fondo las diferentes variaciones de engranajes de inglete, sus parámetros de diseño específicos, materiales, ventajas y limitaciones. Además, abordaremos las aplicaciones típicas, los mecanismos de falla y los procesos de fabricación.
¿Qué son los engranajes de inglete?
Los engranajes de inglete son un tipo específico de engranaje cónico donde los ejes se cruzan en un ángulo de 90 grados y el relación de transmisión es 1:1. Los dientes de los engranajes de inglete están cortados en un ángulo de 45 grados con respecto a la cara del engranaje. Esta geometría única permite que los engranajes de inglete transmitan movimiento y potencia entre dos ejes que son perpendiculares entre sí.
Los engranajes de inglete siempre funcionan en pares con geometría idéntica y una cantidad igual de dientes. La relación de transmisión 1:1 significa que por cada rotación del engranaje de inglete impulsor, el engranaje de inglete impulsado también completará una rotación. Esto permite que los engranajes de inglete cambien la dirección de rotación en 90 grados sin cambiar la velocidad ni la fuerza de rotación.
Los ángulos de presión más comunes utilizados para engranajes de inglete son 20 y 25 grados. Angulo de PRESION Se refiere al ángulo entre la línea de acción (la dirección de la fuerza entre los engranajes que engranan) y la línea tangente al círculo primitivo. Un ángulo de presión más alto resulta en una mayor resistencia y eficiencia. engranaje de malla pero requiere tolerancias de fabricación más estrictas.
Características de los engranajes de inglete
- Ángulo de eje de 90 grados:El propósito principal de los engranajes cónicos es transmitir potencia entre ejes orientados en ángulo recto entre sí. Esto los distingue de otros tipos de engranajes cónicos.
- Relación de transmisión 1: 1:Los engranajes de inglete siempre tienen la misma cantidad de dientes y, por lo tanto, una relación de transmisión de 1:1. El engranaje impulsado gira a la misma velocidad que el engranaje impulsor.
- Dientes de 45 grados:Para permitir un engrane suave en el ángulo del eje de 90 grados, los dientes de los engranajes ingleteados se cortan en un ángulo de 45 grados con respecto a la cara del engranaje.
- Pares de engranajes idénticos:Los engranajes de inglete siempre funcionan en pares emparejados. Los dos engranajes acoplados tienen el mismo tamaño, paso, ángulo de presión y cantidad de dientes.
- Cargas de empuje equilibradas:La geometría simétrica de 45 grados produce cargas axiales de empuje equilibradas entre los dos engranajes acoplados, lo que ayuda a reducir el desgaste de los cojinetes en comparación con otros engranajes cónicos.
- Tamaño compacto:Con una relación de 1:1 y ejes perpendiculares, los conjuntos de engranajes de inglete son muy compactos en comparación con otros tipos de engranajes, lo que los hace ideales para aplicaciones con espacio limitado.
- Velocidades y cargas moderadas:Los engranajes de inglete se utilizan generalmente para aplicaciones de velocidad y carga moderadas. A velocidades muy altas o cargas extremas, el engranaje de 90 grados puede experimentar más fricción por deslizamiento y desgaste que otros tipos de engranajes.
Engranajes de inglete frente a otros engranajes
| Característica | Inglete | Espuela | Helicoidal | Gusano | Cremallera y piñón |
|---|---|---|---|---|---|
| Ángulo del eje | 90° | 0° | 0 90-° | 90° | 90° |
| Relación de transmisión típica | 1:1 | 1: 1 + | 1: 1 + | 5:1 - 75:1 | 1: 1 + |
| Cargas de empuje | Equilibrado | Ninguno | Axial | Axial | Ninguno |
| Eficiencia | Alta | Alta | Alta | Moderada | Alta |
| Fortalezas relativas | Bueno | Limitada | Bueno | Muy Alta | Limitada |
| Velocidades relativas | Moderada | Alta | Alta | Baja | Alta |
| Suavidad/Tranquilidad | Moderada | Áspero | Muy Bueno | Muy Bueno | Áspero |
Tipos de engranajes de inglete
Los engranajes de inglete vienen en varias variantes, cada una con características únicas adecuadas para diferentes aplicaciones. Los tipos principales son:
Engranajes de inglete de dientes rectos
Los engranajes de inglete de dientes rectos tienen dientes cortados en línea recta a lo largo de la cara del engranaje. Son el tipo más simple de engranaje de inglete y se utilizan comúnmente en aplicaciones de baja velocidad y baja carga. Los engranajes de inglete de dientes rectos son más fáciles de fabricar en comparación con otros tipos, lo que los convierte en una opción rentable. Sin embargo, pueden ser ruidosos durante el funcionamiento y tienen una capacidad de carga limitada.
Engranajes de inglete con dientes en espiral
Los engranajes de inglete de dientes espirales tienen dientes curvos que forman un patrón en espiral a lo largo de la cara del engranaje. El ángulo espiral de los dientes permite un enganche gradual, lo que da como resultado un funcionamiento más suave y silencioso en comparación con los engranajes de inglete de dientes rectos. Los engranajes de inglete de dientes espirales pueden soportar cargas y velocidades más altas, lo que los hace adecuados para aplicaciones más exigentes. Sin embargo, son más complejos de fabricar y, por lo tanto, más costosos.
Engranajes de inglete Zerol
Los engranajes de inglete Zerol son un tipo especial de engranaje de inglete de dientes espirales en el que el ángulo espiral es de cero grados. Esto significa que los dientes son rectos, pero están en ángulo en la dirección opuesta en cada mitad de la cara del engranaje. Los engranajes de inglete Zerol ofrecen un compromiso entre la simplicidad de los engranajes de dientes rectos y el funcionamiento suave de los engranajes de dientes espirales. Pueden soportar cargas y velocidades moderadas y, al mismo tiempo, brindan un funcionamiento más silencioso que los engranajes de dientes rectos.
Engranajes angulares de inglete
Los engranajes cónicos angulares, también conocidos como engranajes biselados, tienen una superficie de paso en forma de cono y dientes rectos o espirales. A diferencia de otros engranajes cónicos que suelen tener una relación de transmisión de 1:1, los engranajes cónicos angulares pueden tener varias relaciones según el ángulo entre los ejes que se cruzan. Los engranajes cónicos angulares se utilizan cuando los ejes no son perpendiculares y se requieren diferentes relaciones de velocidad entre los ejes de entrada y salida.
Tabla resumen que compara todos los tipos de engranajes de inglete
| Tipo de engranaje | Forma del diente | Capacidad de carga | Capacidad de velocidad | Nivel de ruido | Complejidad de manufactura |
|---|---|---|---|---|---|
| Diente recto | Pelo liso. | Baja | Baja | Alta | Baja |
| Diente espiral | Curvo | Alta | Alta | Baja | Alta |
| cerol | Recto, angulado | Moderada | Moderada | Moderada | Moderada |
| Angular | Recto o curvo | Varíable | Varíable | Varíable | Alta |
Materiales comunes para engranajes de inglete
Los engranajes de inglete se pueden fabricar a partir de una variedad de materiales según los requisitos de la aplicación. Algunos materiales comunes incluyen:
- Acero:El acero es el material más común para los engranajes de inglete debido a su alta resistencia, durabilidad y resistencia al desgaste. Se pueden utilizar distintos grados de acero, como aceros con bajo contenido de carbono, aceros con alto contenido de carbono y aceros aleados, según los requisitos específicos.
- Acero Inoxidable:Los engranajes de inglete de acero inoxidable se utilizan en entornos corrosivos o aplicaciones que requieren un alto nivel de limpieza, como el procesamiento de alimentos o equipos médicos.
- Latón:Los engranajes de inglete de latón se utilizan a menudo en aplicaciones de baja velocidad y carga donde la resistencia a la corrosión y la estética son importantes. Tienen buena maquinabilidad y proporcionan un funcionamiento suave.
- Plástico:Los engranajes de inglete de plástico, como el nailon o el acetal, son livianos y tienen buenas propiedades de autolubricación. Son adecuados para aplicaciones de baja carga y pueden funcionar silenciosamente.
- Metal en polvo:Los engranajes cónicos de metal en polvo se forman mediante la compresión y sinterización de polvos metálicos. Ofrecen una buena precisión dimensional y se pueden producir en masa de manera rentable.
Consideraciones sobre el diseño de engranajes de inglete
Al diseñar engranajes de inglete, se deben considerar varios factores clave para garantizar un rendimiento y una longevidad óptimos.
Parámetros clave de diseño
- Reacción:El juego es la cantidad de espacio libre entre los dientes de engranajes acoplados. Es necesario para cumplir con las tolerancias de fabricación y la expansión térmica. Un juego demasiado grande puede causar ruido y vibración, mientras que un juego demasiado pequeño puede provocar un desgaste prematuro.
- Angulo de PRESION:El ángulo de presión es el ángulo entre el perfil del diente y una línea perpendicular al círculo primitivo. Los ángulos de presión estándar para engranajes cónicos son 14.5°, 20° y 25°. Los ángulos de presión más altos proporcionan una mayor capacidad de carga, pero pueden ser más sensibles a la desalineación.
- Módulo :El módulo es la relación entre el diámetro del paso y el número de dientes. Determina el tamaño de los dientes del engranaje y afecta la capacidad de carga. Los módulos más grandes dan como resultado dientes más fuertes, pero también aumentan el tamaño general del engranaje.
- Perfil de dienteEl perfil del diente se refiere a la forma de los dientes del engranaje. Los perfiles evolventes son los más comunes, ya que proporcionan relaciones de velocidad constantes y son menos sensibles a... Distancia central Variaciones. Los perfiles cicloides y octoides se utilizan en aplicaciones específicas.
Capacidad de carga
La capacidad de carga de los engranajes cónicos depende de factores como el material, el tamaño de los dientes y la velocidad. Los diseñadores de engranajes deben tener en cuenta las tensiones máximas admisibles en los dientes y garantizar un factor de seguridad adecuado. La sobrecarga puede provocar un desgaste prematuro de los dientes, picaduras o roturas.
Cargas de empuje
Los engranajes de inglete generan cargas axiales de empuje debido a la acción deslizante entre los dientes. Estas cargas de empuje deben estar soportadas adecuadamente por cojinetes para evitar la desalineación de los engranajes y garantizar un funcionamiento suave. Los cojinetes de empuje o cojinetes de contacto angular son los más utilizados.
Soporte de rodamiento
El soporte adecuado de los cojinetes es fundamental para el rendimiento de los engranajes de inglete. Los cojinetes deben tener el tamaño adecuado para soportar las cargas radiales y axiales generadas por los engranajes. Un soporte insuficiente de los cojinetes puede provocar una desalineación de los engranajes, un mayor desgaste y una falla prematura.
Alineación:
La alineación precisa de los engranajes de inglete es esencial para una transmisión de potencia eficiente y un desgaste reducido. La desalineación puede provocar una distribución desigual de la carga, lo que genera un aumento del ruido, la vibración y el daño de los dientes. Las carcasas de los engranajes y las superficies de montaje deben estar diseñadas para mantener una alineación adecuada en condiciones de funcionamiento.
Ventajas de los engranajes de inglete
- Tamaño compacto:Los engranajes de inglete ocupan menos espacio en comparación con otras configuraciones de engranajes de ángulo recto, lo que los hace ideales para aplicaciones con limitaciones de espacio.
- Alta eficiencia:Cuando se diseñan y fabrican adecuadamente, los engranajes de inglete pueden transmitir potencia con eficiencias de hasta el 98%, minimizando las pérdidas de energía.
- Funcionamiento suave:La acción conjugada de los dientes del engranaje de inglete da como resultado un funcionamiento suave y silencioso, especialmente importante en entornos sensibles al ruido.
- Capacidad bidireccional:Los engranajes de inglete pueden transmitir potencia en cualquier dirección, lo que proporciona flexibilidad en el diseño de la máquina.
Desventajas de los engranajes de inglete
- Relaciones de velocidad limitadas:Los engranajes de inglete generalmente están limitados a relaciones de velocidad de 6:1 o menos debido a restricciones geométricas y desafíos de fabricación para relaciones altas.
- Cargas de empuje:La orientación en ángulo de los engranajes de inglete genera cargas de empuje axial que deben ser soportadas por cojinetes u otras estructuras de soporte, lo que agrega complejidad al diseño.
- Sensibilidad de alineación:La alineación precisa es fundamental para que los engranajes de inglete funcionen sin problemas y se evite el desgaste prematuro. La desalineación puede provocar un aumento del ruido y la vibración, y reducir la vida útil de los engranajes.
- Mayor costo:La geometría compleja y las tolerancias estrictas requeridas para los engranajes de inglete a menudo resultan en costos de fabricación más altos en comparación con los tipos de engranajes más simples.
- Capacidad de carga reducida:Los engranajes de inglete generalmente tienen una capacidad de carga menor en comparación con engranajes rectos o helicoidales de tamaño similar debido al área de contacto reducida entre los dientes del engranaje.
Aplicaciones de los engranajes de inglete
- Herramientas eléctricas:Los engranajes de inglete se utilizan comúnmente en herramientas eléctricas portátiles, como taladros, sierras y amoladoras, para transmitir potencia desde el motor al cabezal de la herramienta en un ángulo recto.
- Sistemas automotrices:En los vehículos, los engranajes de inglete se utilizan en sistemas cónicos, transmisiones diferenciales y reductoress de transferencia para cambiar la dirección de la transmisión de potencia.
- Mecanismos aeroespaciales:Los engranajes de inglete encuentran aplicaciones en sistemas de control de aeronaves, actuadores y vínculos mecánicos donde se requiere una transmisión de potencia compacta en ángulo recto.
- Robótica:Los engranajes de inglete se utilizan en brazos, muñecas y efectores finales robóticos para proporcionar capacidades de posicionamiento y movimiento rotatorio precisos.
- Maquinarias industriales:Los engranajes de inglete se utilizan en diversas máquinas industriales, como equipos de embalaje, maquinaria textil y prensas de impresión, para la transmisión de potencia y la sincronización de piezas móviles.
Mecanismos de fallo comunes
- Aparatos dentales:Desgaste gradual de las superficies de los dientes de los engranajes debido al contacto deslizante y rodante, lo que genera un mayor juego y una reducción de la eficiencia de la transmisión con el tiempo.
- Picaduras:Formación de pequeñas cavidades en las superficies de los dientes de los engranajes causada por el contacto repetido de alto estrés y la fatiga, debilitando los dientes del engranaje y potencialmente provocando la rotura de los mismos.
- Scoring:Desgaste adhesivo severo caracterizado por ranuras profundas o rayones en las superficies de los dientes de los engranajes, a menudo causados por una lubricación inadecuada o cargas excesivas.
- Fractura:Rotura repentina de los dientes de engranajes debido a sobrecarga, impacto o fatiga, lo que resulta en una falla inmediata del engranaje y posibles daños a los componentes circundantes.
Procesos de fabricación de engranajes de inglete
Maquinado
- Cojeando:Un método de fabricación común en el que se utiliza una fresa (una herramienta de corte con dientes helicoidales) para cortar progresivamente los dientes del engranaje en una pieza en bruto, produciendo perfiles de engranaje precisos y consistentes.
- Conformación:Una máquina para dar forma a los engranajes utiliza una fresa alternativa para dar forma a los dientes del engranaje quitando progresivamente material de la pieza en bruto, lo que resulta adecuado para tiradas de producción más pequeñas o engranajes personalizados.
- Fresado:Los dientes de engranajes se pueden cortar utilizando una fresadora con una herramienta de corte de engranajes especializada, lo que ofrece flexibilidad para prototipos o producción de bajo volumen.
- Rectificado:Después del corte inicial, los dientes de los engranajes a menudo se rectifican utilizando ruedas abrasivas para lograr perfiles de dientes precisos, un acabado superficial mejorado y tolerancias ajustadas.
Casting
Los engranajes de inglete se pueden fabricar mediante procesos de fundición, como la fundición a la cera perdida o la fundición en arena, en los que se vierte el metal fundido en una cavidad de molde con la forma del engranaje deseado. La fundición es adecuada para engranajes más grandes o formas complejas, pero generalmente da como resultado una precisión y una resistencia menores en comparación con los engranajes mecanizados.
Metalurgia de polvos
La pulvimetalurgia implica compactar el polvo metálico para darle la forma del engranaje y luego sinterizarlo a altas temperaturas para unir las partículas. Este proceso permite producir engranajes con propiedades materiales únicas y puede resultar rentable para la producción en gran volumen de engranajes de tamaño pequeño a mediano.
