El ángulo de los engranajes, un concepto fundamental en el diseño de engranajes, determina la eficiencia y el rendimiento de los sistemas de engranajes. Este parámetro influye en la dirección de las fuerzas transmitidas entre los engranajes acoplados, lo que afecta a su capacidad de carga y a su suavidad de funcionamiento.
¿Qué es el ángulo de engranaje?
Ángulo de engranaje, también conocido como Angulo de PRESIONEs un parámetro crítico en el diseño y funcionamiento de los engranajes. Se refiere al ángulo que forma la línea de acción (o línea de presión) con el centro del diente en el círculo primitivo. El ángulo de presión determina la dirección de la fuerza transmitida entre dos engranajes engranados e influye en diversos aspectos del rendimiento del engranaje, como la capacidad de carga, la eficiencia y la generación de ruido.
En los engranajes rectos, el ángulo de presión se mide en el plano transversal, que es perpendicular a los ejes del engranaje. Los ángulos de presión más comunes para los engranajes estándar son 14.5°, 20° y 25°, siendo 20° el más utilizado.
El ángulo de presión afecta los perfiles de los dientes de los engranajes acoplados. Un ángulo de presión más alto da como resultado bases de dientes más gruesas y una relación de contacto más pequeña, que es la cantidad promedio de dientes en contacto durante el engrane. Por el contrario, un ángulo de presión más bajo da como resultado bases de dientes más delgadas y una relación de contacto más alta.
En los engranajes helicoidales, donde los dientes están cortados en ángulo con respecto al eje del engranaje, el ángulo de presión se define en dos planos: el plano normal (perpendicular a la superficie del diente) y el plano transversal (perpendicular al eje del engranaje). El ángulo de presión normal es el ángulo entre la línea de acción y la normal a la superficie del diente, mientras que el ángulo de presión transversal es la proyección del ángulo de presión normal sobre el plano transversal. La relación entre los ángulos de presión normal y transversal depende de... ángulo de hélice del engranaje.
La selección del ángulo de presión afecta varios aspectos del diseño y el rendimiento de los engranajes. Los ángulos de presión más altos generalmente brindan una mayor capacidad de carga y velocidades de deslizamiento de los dientes reducidas, lo que los hace adecuados para aplicaciones de carga elevada. Sin embargo, también dan como resultado cargas radiales más altas en los cojinetes y pueden generar más ruido. Los ángulos de presión más bajos ofrecen un funcionamiento más suave y niveles de ruido más bajos, pero tienen una capacidad de carga reducida.
Tipos de ángulos de engranajes
Ángulo de perfil
El ángulo de perfil, también conocido como ángulo de perfil del diente, se refiere al ángulo que forma el perfil del diente con respecto al eje del engranaje. En los engranajes evolventes, que son los más comunes, el perfil del diente sigue una curva evolvente. El ángulo de perfil afecta la relación de contacto, que es el número promedio de dientes en contacto durante... engranaje de mallaUn ángulo de perfil más alto da como resultado una relación de contacto más baja, mientras que un ángulo de perfil más bajo aumenta la relación de contacto.
Angulo de PRESION
El ángulo de presión es un parámetro fundamental en el diseño de engranajes que define el ángulo entre la línea de acción (el camino por el que los dientes del engranaje transmiten fuerza) y la perpendicular a la línea que une los centros de los engranajes acoplados. El ángulo de presión influye en el grosor y la altura de los dientes y en el tamaño del círculo de la base. Los engranajes con ángulos de presión más altos tienen dientes más gruesos en la base, lo que los hace más fuertes y resistentes a las tensiones de flexión.
Ángulo de presión transversal
En los engranajes cilíndricos, como los engranajes rectos y los engranajes helicoidales, el ángulo de presión transversal es el ángulo de presión medido en el plano perpendicular al eje del engranaje. Es el ángulo que se utiliza para calcular las dimensiones del engranaje y las especificaciones de la herramienta de corte. El ángulo de presión transversal determina el perfil del diente en el plano transversal y afecta el diámetro de paso del engranaje, el diámetro del círculo base y el espesor del diente.
Ángulo de presión normal
El ángulo de presión normal es el ángulo de presión medido en el plano normal a la superficie del diente en el punto de paso. En los engranajes rectos, el ángulo de presión normal es igual al ángulo de presión transversal. Sin embargo, en los engranajes helicoidales, el ángulo de presión normal es menor que el ángulo de presión transversal debido al ángulo de hélice de los dientes. El ángulo de presión normal se utiliza para calcular el paso normal, el espesor normal del diente y el paso normal de la base en los engranajes helicoidales.
¿Cuál es el ángulo de presión de engranaje ideal?
Los ángulos de presión más utilizados en engranajes estándar son 20° y 25°.
Los engranajes con un ángulo de presión de 20° se han utilizado ampliamente en diversas industrias debido a sus características de rendimiento equilibrado. Ofrecen buena resistencia de los dientes, una acción de deslizamiento reducida entre los dientes acoplados y una relación de contacto moderada.
En los últimos años, los engranajes con un ángulo de presión de 25° han ganado popularidad debido a su mayor resistencia de los dientes y capacidad de carga. El mayor ángulo de presión da como resultado bases de dientes más gruesas, lo que permite que los engranajes soporten mayores tensiones y transmitan mayores cargas. Los engranajes con un ángulo de presión de 25° también presentan una acción de deslizamiento reducida y una eficiencia mejorada en comparación con los engranajes con un ángulo de presión de 14.5°.
Cómo comprobar el ángulo del engranaje
Un método común para verificar el ángulo de presión de los engranajes rectos es usar un calibrador de dientes de engranajes. Esta herramienta especializada mide el espesor del diente a una profundidad específica, que luego se puede usar para calcular el ángulo de presión. La medición se toma en el círculo primitivo, donde los dientes del engranaje engranan con el engranaje de acoplamiento. Al comparar el valor medido con el ángulo de presión especificado, los ingenieros pueden determinar si el engranaje cumple con las tolerancias requeridas.
En el caso de los engranajes helicoidales, es fundamental comprobar el ángulo de la hélice. Esto se puede hacer con un calibre de ángulo de hélice, que es un instrumento de precisión que mide el ángulo de los dientes del engranaje en relación con el eje del engranaje. El calibre se coloca sobre los dientes del engranaje y el ángulo se lee directamente en el instrumento. Como alternativa, se pueden utilizar máquinas de medición de coordenadas (CMM) para realizar mediciones más precisas tanto del ángulo de hélice como del ángulo de presión normal en los engranajes helicoidales.
Aplicaciones de los ángulos de engranajes
Diseño de engranajes
Al diseñar engranajes, los ingenieros deben tener en cuenta el ángulo de presión, que es el ángulo entre la línea de acción (la dirección de la fuerza) y la perpendicular a la línea que conecta los centros de los engranajes acoplados. La elección del ángulo de presión afecta el grosor de los dientes, la relación de contacto y la capacidad de los engranajes para engranar correctamente. Un ángulo de presión mayor da como resultado dientes más gruesos en la base, lo que aumenta su resistencia y capacidad de carga. Sin embargo, también reduce la relación de contacto, lo que puede provocar un aumento del ruido y la vibración.
El ángulo del perfil, también conocido como ángulo del perfil del diente, es otro factor crucial en el diseño de engranajes. Es el ángulo entre el perfil del diente y la línea perpendicular al círculo primitivo. El perfil de diente más comúnmente utilizado es la curva evolvente, que se genera por un punto en una línea recta a medida que rueda a lo largo de un círculo base. El perfil evolvente asegura una acción suave y continua entre los dientes acoplados, lo que minimiza la interferencia y mejora la eficiencia.
Transmisión de potencia
La eficiencia de la transmisión de potencia en sistemas con engranajes depende en gran medida de la selección adecuada de los ángulos de los engranajes. Un ángulo de presión más alto permite una mayor transmisión de par, ya que los dientes están mejor equipados para soportar la mayor carga.
Además del ángulo de presión, el ángulo de hélice en los engranajes helicoidales también influye en la transmisión de potencia. Los engranajes helicoidales, que tienen dientes en ángulo con respecto al eje del engranaje, ofrecen varias ventajas sobre los engranajes rectos. Proporcionan un funcionamiento más suave y silencioso, así como una mayor capacidad de carga debido al engrane gradual de los dientes. El ángulo de hélice, junto con el ángulo de presión normal (el ángulo de presión medido en el plano perpendicular a los dientes del engranaje), determina la eficiencia de la transmisión de potencia en los engranajes helicoidales.
Reducción del desgaste y el ruido
Minimizar el desgaste y el ruido en los sistemas de engranajes es una preocupación fundamental en muchas aplicaciones, en particular en maquinaria de alta velocidad o alta precisión. La selección de ángulos de engranaje adecuados puede contribuir significativamente a reducir estos problemas. Un ángulo de presión más alto, por ejemplo, da como resultado una relación de contacto más pequeña, lo que puede generar un mayor ruido y vibración. Por otro lado, un ángulo de presión más bajo proporciona una relación de contacto más alta, lo que permite un acoplamiento más suave entre los dientes acoplados y reduce las fuerzas de impacto que causan ruido y desgaste.
El ángulo del perfil también influye en la reducción del ruido y el desgaste. Un perfil de diente evolvente, que es el perfil más común utilizado en los engranajes, ayuda a minimizar la fricción deslizante entre los dientes acoplados. Esto reduce el desgaste y la generación de calor, prolongando la vida útil de los engranajes y mejorando la eficiencia general del sistema. Además, el perfil evolvente promueve una relación de velocidad constante entre los engranajes impulsores y accionados, lo que contribuye aún más a un funcionamiento suave y silencioso.
