En ingeniería mecánica , un ángulo de hélice es el ángulo entre cualquier hélice y una línea axial en su cilindro o cono circular derecho. [1] Las aplicaciones comunes son tornillos , engranajes helicoidales y engranajes helicoidales .
El ángulo de la hélice hace referencia al eje del cilindro, distinguiéndolo del ángulo de avance , que hace referencia a una línea perpendicular al eje. Naturalmente, el ángulo de la hélice es el complemento geométrico del ángulo de avance. El ángulo de la hélice se mide en grados.
Concepto
En términos específicos de los tornillos, el ángulo de la hélice se puede encontrar desenredando la hélice del tornillo, representando la sección como un triángulo rectángulo y calculando el ángulo que se forma. Tenga en cuenta que, si bien la terminología se refiere directamente a los tornillos, estos conceptos son análogos a la mayoría de las aplicaciones mecánicas del ángulo helicoidal.
El ángulo de la hélice se puede expresar como: [2]
dónde
- l es el paso del tornillo o engranaje
- r m es el radio medio de la rosca o engranaje del tornillo
Aplicaciones
El ángulo de la hélice es crucial en aplicaciones de ingeniería mecánica que involucran transferencia de potencia y conversión de movimiento . A continuación se describen algunos ejemplos, aunque su uso está mucho más extendido.
Tornillo
Cortar una sola ranura helicoidal en un cilindro de material de tornillo produce lo que se conoce como tornillo de una sola rosca. De manera similar, se puede construir un tornillo de doble rosca siempre que el ángulo de la hélice sea el mismo y se corte una segunda rosca en el espacio entre las ranuras del primero. Para determinadas aplicaciones, se utilizan subprocesos triples y cuádruples. [3] La hélice se puede cortar con la mano derecha o con la mano izquierda. Especialmente en tornillos, el ángulo de la hélice es esencial para calcular el par en aplicaciones de tornillos de potencia .
La eficiencia máxima de un tornillo se define mediante las siguientes ecuaciones: [4]
Dónde es el ángulo de la hélice, es el ángulo de fricción , yes la máxima eficiencia. El valor de fricción depende de los materiales del tornillo y la tuerca que interactúa, pero en última instancia, la eficiencia está controlada por el ángulo de la hélice. La eficiencia se puede representar en función del ángulo de la hélice para una fricción constante, como se muestra en el diagrama adyacente. La eficiencia máxima es un ángulo de hélice de entre 40 y 45 grados, sin embargo, se logra una eficiencia razonable por encima de los 15 °. Debido a las dificultades para formar la rosca, rara vez se utilizan ángulos de hélice superiores a 30 °. Además, por encima de 30 °, el ángulo de fricción se vuelve más pequeño que el ángulo de la hélice y la tuerca deja de ser autoblocante y desaparece la ventaja mecánica. [4]
Engranaje helicoidal
En los engranajes helicoidales y helicoidales, el ángulo de la hélice denota el círculo de paso estándar a menos que se especifique lo contrario. [1] La aplicación del ángulo de la hélice generalmente emplea una magnitud que varía de 15 ° a 30 ° para engranajes helicoidales, con 45 ° como tope del límite de operación segura. El ángulo en sí se puede cortar con una orientación hacia la derecha o hacia la izquierda. [5] En su disposición típica en paralelo, el engrane de engranajes helicoidales requiere que los ángulos de la hélice sean de la misma magnitud y se corten de manera opuesta.
Engranaje de tornillo
Los engranajes helicoidales se asemejan a los asientos de engranajes helicoidales, con la diferencia de que los ejes de un tren helicoidal están alineados perpendicularmente. En este caso, el ángulo de la hélice del tornillo sin fin encaja con el ángulo de avance del engranaje helicoidal. [6]
Ver también
Referencias
- ^ a b Nomenclatura de engranajes, Definición de términos con símbolos , Asociación estadounidense de fabricantes de engranajes , p. 72, ISBN 1-55589-846-7, OCLC 65562739 , ANSI / AGMA 1012-G05
- ^ Shigley, pág. 401.
- ^ Norton, Robert L., Diseño de máquinas: un enfoque integrado. 3ª ed. Upper Saddle River, Nueva Jersey: Pearson Prentice Hall, 2006.
- ↑ a b Karwa, pág. 252.
- ^ Shigley, Joseph E. y Larry D. Mitchell Diseño de ingeniería mecánica. 4ª ed. Nueva York: McGraw-Hill, Inc, 1983.
- ^ Spotts, M F. y T E. Shoup. Diseño de Elementos de Máquina. 7ª ed. Upper Saddle River, Nueva Jersey: Prentice Hall, 1998.
Bibliografía
- Bhandari, VB (2007), Diseño de elementos de máquina , Tata McGraw-Hill, ISBN 978-0-07-061141-2.
- Karwa, Rajendra (2005), A textbook of machine design , Firewall Media, ISBN 978-81-7008-833-2.