La fuerza de un engranaje helicoidal se divide en tres componentes principales: fuerza tangencial, fuerza radial y fuerza axial. Estas fuerzas actúan simultáneamente durante el funcionamiento, creando patrones de carga complejos que distinguen a los reductores helicoidales de sus homólogos de engranajes rectos. La fuerza tangencial impulsa la transmisión de par. La fuerza radial separa los dientes del engranaje. La fuerza axial crea empuje a lo largo del eje debido al ángulo de los dientes helicoidales.
Fuerza tangencial (componente circunferencial)
La fuerza tangencial es la principal fuerza de trabajo en cualquier reductor helicoidal. Actúa perpendicularmente al radio del engranaje y genera el par que impulsa la maquinaria.
Esta fuerza está directamente relacionada con la potencia transmitida. Un motor de 100 HP que acciona un engranaje helicoidal con un diámetro de paso de 200 mm genera aproximadamente 14,300 1750 N de fuerza tangencial a XNUMX rpm.
El cálculo es sencillo:
Ft = 2T/d
Donde T es el torque y d es el diámetro de paso.
La fuerza tangencial determina los requisitos de resistencia de los dientes de sus engranajes. Los engranajes helicoidales industriales estándar soportan fuerzas tangenciales que van desde 1,000 N en aplicaciones de trabajo ligero hasta más de 50,000 XNUMX N en transmisiones industriales pesadas. La fuerza se mantiene constante independientemente del ángulo de la hélice, lo que la convierte en el componente más predecible en sus cálculos de diseño.
Fuerza radial (componente separador)
La fuerza radial separa los engranajes, actuando directamente hacia el centro del engranaje. En una reductores de engranajes helicoidal, esta fuerza suele ser equivalente al 35-40 % de la fuerza tangencial.
Para un ángulo de presión estándar de 20 grados, la fuerza radial:
Fr = Ft × tan(20°) = 0.364 × Ft.
Un engranaje helicoidal que transmite 10,000 N de fuerza tangencial crea aproximadamente 3,640 N de carga radial en los cojinetes.
La fuerza radial aumenta la deflexión del eje. Un eje de 50 mm de diámetro sometido a una carga radial de 5,000 N se deflexiona aproximadamente 0.05 mm en una distancia de 200 mm. Esta deflexión afecta la alineación del engranaje y puede reducir la eficiencia entre un 2 % y un 3 % si no se gestiona adecuadamente.
Fuerza axial (componente de empuje)
La fuerza axial es exclusiva de los diseños de engranajes helicoidales y espirales. Actúa paralelamente al eje del engranaje, generando un empuje que debe soportarse adecuadamente.
La magnitud depende del ángulo de la hélice:
Fa = Ft × tan(β)
Donde β es el ángulo de la hélice.
Un ángulo de hélice típico de 15 grados genera una fuerza axial equivalente al 27 % de la fuerza tangencial. Aumentar el ángulo de hélice a 30 grados duplica esta cifra, alcanzando el 58 %. La mayoría de los diseños de reductores helicoidales industriales utilizan ángulos de hélice de 15 a 25 grados para equilibrar un funcionamiento suave con cargas de empuje manejables.
