En la industria de la maquinaria, los componentes de transmisión de potencia son vitales para un rendimiento óptimo. Sin embargo, la desalineación y la concentración de tensiones a menudo provocan fallas en los componentes, especialmente en las reductoress de engranajes, lo que reduce la eficiencia y aumenta el tiempo de inactividad.
Esta guía presenta las estrías como una alternativa superior a los chaveteros tradicionales para la transmisión de par. Las estrías ofrecen una mejor distribución de la carga y una mayor capacidad de par, al tiempo que minimizan los puntos de tensión.
En esta publicación, analizaremos los distintos tipos de estrías, sus aplicaciones en industrias como la automotriz y la aeroespacial, y sus procesos de fabricación. También compararemos las estrías internas y externas y detallaremos por qué las estrías suelen tener un mejor rendimiento que los chaveteros en aplicaciones exigentes.
¿Qué son las splines?
Las estrías son componentes mecánicos que soportan carga y forman un acoplamiento de eje giratorio, lo que permite la transmisión confiable de torque entre ejes. A diferencia de una conexión básica de eje-cubo que utiliza una chaveta y una chaveta, las estrías presentan una serie de ranuras longitudinales espaciadas de manera uniforme, llamadas dientes de estría, cortadas en la circunferencia de un eje (estría externa) o en el diámetro interno de una pieza acoplada como un cubo de engranaje (estría interna).
Los dientes entrelazados de las estrías del eje enreductoresn con las ranuras correspondientes de las estrías del cubo, lo que crea un fuerte enclavamiento mecánico. Esta conexión estriada distribuye las tensiones de transmisión de par a lo largo de una superficie más grande en comparación con una única ranura, lo que da como resultado una mayor capacidad de carga, menores concentraciones de tensión y mejores capacidades de transferencia de par.
Cómo funcionan las estrías en las reductoress de engranajes
En las reductoress de engranajes, las estrías desempeñan un papel fundamental en la transmisión del par entre los ejes de entrada y salida, así como entre los engranajes y los ejes. Cuando se acoplan dos componentes estriados, los dientes de las estrías se engranan entre sí, creando una fuerte conexión mecánica que evita la rotación relativa entre los componentes.
Este mecanismo de enclavamiento permite la transferencia eficaz de fuerza rotacional (torque) de un componente a otro. A medida que la estría motriz gira, ejerce fuerza sobre la estría acoplada, lo que hace que el componente impulsado gire al unísono.
Tipos de splines
Estrías de llave paralelas
Las estrías paralelas, también conocidas como estrías de lados rectos, tienen dientes con lados paralelos y son el tipo de estría más simple. Proporcionan una buena transmisión de par pero no permiten ninguna desalineación entre los ejes.
Estrías evolventes
Las estrías evolventes tienen dientes con un perfil evolvente, similar al de los dientes de un engranaje. Este perfil permite cierta desalineación angular entre los ejes y proporciona un acoplamiento y desacoplamiento suaves. Las estrías evolventes se utilizan comúnmente en la industria automotriz y reductoress de engranajes industriales.
Estrías coronadas
Las estrías abombadas tienen un perfil de dientes ligeramente abarrilado, lo que permite una mayor desalineación que las estrías de chaveta paralelas. El perfil abombado ayuda a distribuir la carga de manera más uniforme entre los dientes, lo que reduce las concentraciones de tensión.
Estrías dentadas
Las estrías dentadas, también conocidas como estrías dentadas, tienen dientes con un perfil triangular. Proporcionan un bloqueo fuerte y positivo entre los ejes y se utilizan a menudo en aplicaciones de alto par y alto impacto.
Estrías helicoidales
Las estrías helicoidales tienen dientes que se cortan en ángulo con respecto al eje del eje, formando un patrón helicoidal. Este diseño proporciona un acoplamiento y desacoplamiento más suaves, así como una mayor área de contacto entre los dientes, lo que da como resultado una mayor capacidad de carga. Las estrías helicoidales se utilizan a menudo en reductoress de engranajes de alto rendimiento.
Estrías internas y externas
Splines internos
Las estrías internas se cortan en el diámetro interior de un componente, como un cubo de engranaje, un acoplamiento o una rueda dentada. Se acoplan a un eje estriado externo, lo que permite la transmisión de par y el movimiento axial. Las estrías internas suelen ser más difíciles y costosas de fabricar que las estrías externas.
Splines externos
Las estrías externas se cortan en el diámetro exterior de un eje y se acoplan a un componente estriado internamente, como un cubo de engranaje o una tuerca estriada. Las estrías externas suelen ser más fáciles y menos costosas de producir que las estrías internas, ya que se pueden cortar mediante procesos de mecanizado más simples.
Estrías frente a chaveteros
Distribución de la carga
Las estrías ofrecen una mejor distribución de la carga en comparación con los chaveteros. En una conexión con chaveta, el par se transmite a través de una única chaveta, lo que genera altas concentraciones de tensión en la chaveta y el chavetero.
Por el contrario, las estrías distribuyen el torque entre múltiples dientes, lo que reduce las concentraciones de tensión y permite una mayor capacidad de torque en un espacio más pequeño.
Capacidad de torsión
Las estrías tienen una mayor capacidad de torsión que los chaveteros debido a su mejor distribución de la carga. Los múltiples dientes en una conexión estriada proporcionan un área de contacto más grande, lo que permite una mayor transmisión de torsión. Esta mayor capacidad hace que las estrías sean adecuadas para aplicaciones de alto torque donde los chaveteros pueden ser insuficientes.
Concentración de estrés
Las concentraciones de tensión se reducen en las estrías en comparación con los chaveteros. En una conexión con chaveta, las esquinas agudas del chavetero actúan como elevadores de tensión, lo que genera altas concentraciones de tensión que pueden causar fallas por fatiga. Las estrías, con sus múltiples dientes y perfiles más suaves, distribuyen la tensión de manera más uniforme, lo que reduce el riesgo de fallas por fatiga.
Tamaño
A medida que aumentan los requisitos de torque, el tamaño de la chaveta y el chavetero también deben aumentar, lo que genera componentes más grandes y pesados.
Por el contrario, las estrías pueden transmitir cargas de torsión más altas en un espacio más pequeño, lo que las hace ideales para aplicaciones compactas y de alto rendimiento.
Desalineación
Los chaveteros no permiten ninguna desalineación entre los ejes, mientras que ciertos tipos de estrías, como las estrías evolventes o abombadas, pueden admitir cierta desalineación.
Cómo se hacen las estrías
Fabricación de ranuras externas
Las estrías externas normalmente se fabrican utilizando uno de los siguientes métodos:
- Cojeando:Una fresadora utiliza una herramienta de corte giratoria llamada fresa madre para cortar progresivamente los dientes estriados en el eje. La fresa madre tiene múltiples dientes de corte dispuestos en un patrón helicoidal, lo que permite una producción eficiente de estrías externas.
- Rolling:El laminado de ranuras implica presionar una matriz endurecida contra un eje giratorio, deformando plásticamente el material para formar los dientes de las ranuras. Este proceso es más rápido y más económico que el tallado para grandes producciones.
- Fresado:El fresado estriado utiliza una fresa rotatoria para eliminar material del eje y crear los dientes estriados. Este método es más lento que el tallado con fresa madre o el laminado, pero ofrece mayor flexibilidad para lotes pequeños o perfiles estriados personalizados.
Fabricación de estrías internas
Las ranuras internas suelen ser más difíciles de fabricar que las ranuras externas. Los métodos más comunes incluyen:
- brochado:Se empuja o tira de una herramienta de brochado con dientes cada vez más altos a través del orificio perforado previamente, eliminando material para formar los dientes estriados internos. El brochado es el método más común para producir estrías internas.
- Conformación:Se utiliza una herramienta de corte recíproca, llamada perfiladora, para cortar los dientes estriados internos. La herramienta perfiladora se mueve linealmente mientras la pieza de trabajo gira, creando el perfil estriado. El perfilado es más lento que el brochado, pero ofrece más flexibilidad para lotes más pequeños o perfiles personalizados.
- Alambre EDM:La electroerosión por hilo (EDM) utiliza un electrodo de hilo fino para eliminar material mediante descargas eléctricas controladas. Este proceso puede producir estrías internas de alta precisión, en particular en materiales duros o difíciles de mecanizar.
Aplicaciones de las splines en distintas industrias
Industria automotriz
Las estrías se utilizan en las transmisiones de los automóviles para conectar los engranajes a los ejes y transferir el par. Se encuentran en ejes de transmisión, columnas cónicos y otros mecanismos de transmisión que transfieren potencia dentro del vehículo. Estas conexiones estriadas están diseñadas para soportar las altas cargas de par que experimentan los automóviles.
Industria aeroespacial
En la industria aeroespacial, las estrías son esenciales para los motores de aeronaves, los sistemas de control y el tren de aterrizaje. Las estrías se utilizan en los componentes del motor para transferir potencia de manera eficiente y al mismo tiempo mantener la alineación. También se encuentran en los mecanismos de control de vuelo y el tren de aterrizaje para un funcionamiento preciso y confiable.
Maquinaria Industrial
Las estrías son fundamentales en la transmisión de potencia de las máquinas industriales. Conectan reductoress de engranajes, motores y diversos componentes giratorios en aplicaciones que abarcan desde maquinaria de fabricación hasta equipos agrícolas. Su capacidad de carga las hace adecuadas para aplicaciones industriales exigentes.
