El perfil de engranaje evolvente es el sistema más comúnmente utilizado para engranajes en la actualidad, y el engranaje cicloide todavía se usa para algunas especialidades, como los relojes. En un engranaje involuta, los perfiles de los dientes son involutas de un círculo. (La involuta de un círculo es la curva en espiral trazada por el extremo de una cuerda tensa imaginaria que se desenrolla de ese círculo estacionario llamado círculo base).
El perfil de engranaje evolvente fue un avance fundamental en el diseño de máquinas, ya que, a diferencia de otros sistemas de engranajes, el perfil de diente de un engranaje evolvente depende solo del número de dientes del engranaje, ángulo de presión y paso. Es decir, el perfil de un engranaje no depende del engranaje con el que se acopla. Por lo tanto, los engranajes rectos evolvente de los dientes nym con un ángulo de presión y un paso dados se acoplarán correctamente, independientemente de nym. Esto reduce drásticamente la cantidad de formas de engranajes que deben fabricarse y mantenerse en inventario.
En el diseño de engranajes involutas, el contacto entre un par de dientes de engranajes ocurre en un solo punto instantáneo (ver figura a la derecha) donde se encuentran dos involutas de la misma mano en espiral. El contacto en el otro lado de los dientes es donde ambas involutas están de la otra mano en espiral. La rotación de los engranajes hace que la ubicación de este punto de contacto se mueva a través de las respectivas superficies de los dientes. La tangente en cualquier punto de la curva es perpendicular a la línea generadora independientemente de la distancia de montaje de los engranajes. Por lo tanto, la línea de la fuerza sigue la línea generadora y, por lo tanto, es tangente a los dos círculos de la base, y se conoce como línea de acción (también llamada línea de presión o línea de contacto ). Cuando esto es cierto, los engranajes obedecen la ley fundamental del engranaje : [1]
La relación de velocidad angular entre dos engranajes de un juego de engranajes debe permanecer constante a lo largo de la malla.
Esta propiedad es necesaria para una transmisión suave de la potencia con variaciones mínimas de velocidad o par a medida que los pares de dientes entran o salen de la malla, pero no es necesaria para engranajes de baja velocidad.
Donde la línea de acción cruza la línea entre los dos centros, se denomina punto de paso de los engranajes, donde no hay contacto deslizante.
La distancia realmente cubierta en la línea de acción se denomina línea de contacto . La línea de contacto comienza en la intersección entre la línea de acción y el círculo addendum del engranaje impulsado y termina en la intersección entre la línea de acción y el círculo addendum del engranaje impulsor. [2]
El ángulo de presión es el ángulo agudo entre la línea de acción y una normal a la línea que conecta los centros de los engranajes. El ángulo de presión del engranaje varía según la posición en la forma evolvente, pero los pares de engranajes deben tener el mismo ángulo de presión para que los dientes engranen correctamente, por lo que las partes específicas de la involuta deben coincidir.
Si bien se puede fabricar cualquier ángulo de presión, los engranajes de serie más comunes tienen un ángulo de presión de 20 °, siendo los engranajes con ángulos de presión de 14½ ° y 25 ° mucho menos comunes. [3] Al aumentar el ángulo de presión, aumenta el ancho de la base del diente del engranaje, lo que aumenta la resistencia y la capacidad de carga. La disminución del ángulo de presión proporciona un menor juego , un funcionamiento más suave y menos sensibilidad a los errores de fabricación. [4]
Los engranajes estándar más comunes son engranajes rectos, con dientes rectos. La mayoría de los engranajes utilizados en aplicaciones de mayor resistencia son engranajes helicoidales involutas donde las espirales de los dientes son de diferente mano y los engranajes giran en dirección opuesta.
Solo se usan en situaciones limitadas los engranajes helicoidales involutas donde las espirales de los dientes son de la misma mano, y las espirales de las dos involutas son de diferente "mano" y la línea de acción son las tangentes externas a los círculos de la base (como un transmisión por correa normal, mientras que los engranajes normales son como una transmisión por correa cruzada), y los engranajes giran en la misma dirección, [5] como se puede utilizar en diferenciales de deslizamiento limitado [ aclaración necesaria ] [6] [7] debido a su bajas eficiencias y en el bloqueo de diferenciales cuando las eficiencias son inferiores a cero.
Referencias
- ^ Norton, RL, 2006, Diseño de máquinas: un enfoque integrado , tercera edición, Pearson / Prentice-Hall, ISBN 0-13-148190-8
- ^ tec-ciencia (2018-10-31). "Mallado de engranajes involutos" . tec-ciencia . Consultado el 22 de octubre de 2019 .
- ^ Juvinall, RC y KM Marshek, 2006, Fundamentos del diseño de componentes de máquinas , 4ª Ed, Wiley, ISBN 978-0-471-66177-1 , pág. 598
- ^ Boston Gear Company, Open Gearing Catalog, http://bostongear.com/products/open-gearing/stock-gears/spur-gears/spur-gears
- ^ Profesor Jacques Maurel, "Paradoxical Gears", http://www.jacquesmaurel.com/gears
- ^ Jacques Mercier, Daniel Valentin Patente estadounidense 4831890
- ^ Arthur J. Fahy, Neil Gillies Patente estadounidense 5071395