Piñón y cremallera

Tipo de actuador lineal

Para ferrocarriles de cremallera y piñón, consulte Ferrocarril de cremallera .

Animación de piñón y cremallera

Una cremallera y piñón es un tipo de actuador lineal que comprende un engranaje circular (el piñón ) que se acopla a un engranaje lineal (la cremallera ), que opera para traducir el movimiento de rotación en movimiento lineal. La conducción del piñón en rotación hace que la cremallera se mueva linealmente. Conducir la cremallera linealmente hará que el piñón gire. Una transmisión de piñón y cremallera puede utilizar engranajes rectos y helicoidales. Aunque algunos sugieren engranajes helicoidalesse destacan por su funcionamiento "más silencioso", no hay ciencia que respalde esta teoría. Las cremalleras helicoidales, si bien son más asequibles, han demostrado aumentar la torsión lateral en los puntos de referencia, aumentando la temperatura de funcionamiento y provocando un desgaste prematuro. Los bastidores rectos requieren una fuerza motriz menor y ofrecen un mayor par y velocidad por porcentaje de relación de transmisión, lo que permite una temperatura de funcionamiento más baja y reduce la fricción viscal y el uso de energía. La fuerza máxima que se puede transmitir en un mecanismo de piñón y cremallera está determinada por el paso de los dientes y el tamaño del piñón, así como por la relación de transmisión.

Por ejemplo, en un tren de cremallera , la rotación de un piñón montado en una locomotora o un vagón de ferrocarril se acopla a un bastidor colocado entre los carriles y ayuda a mover el tren hasta un empinado gradiente .

Para cada par de perfil evolvente conjugado, hay un bastidor básico. Esta cremallera básica es el perfil del engranaje conjugado de radio de paso infinito (es decir, una regla dentada). ^[1]

Un bastidor de generación es un contorno de bastidor que se utiliza para indicar los detalles y las dimensiones de los dientes para el diseño de una herramienta de generación, como una placa de cocción o un cortador de engranajes. ^[1]

Aplicaciones

Bloquear los controles de la puerta en un canal

Las combinaciones de piñón y cremallera se utilizan a menudo como parte de un actuador lineal simple , donde la rotación de un eje accionado manualmente o por un motor se convierte en movimiento lineal.

La cremallera transporta la carga completa del actuador directamente y, por lo tanto, el piñón de arrastre suele ser pequeño, por lo que la relación de transmisión reduce el par requerido. Esta fuerza, por lo tanto el par, puede ser todavía sustancial y, por lo tanto, es común que haya un engranaje de reducción inmediatamente antes de esto, ya sea por un engranaje o por un engranaje de tornillo sin fin . Los engranajes de cremallera tienen una relación más alta, por lo que requieren un par de accionamiento mayor que los actuadores de tornillo.

Salvaescaleras

La mayoría de los salvaescaleras de hoy funcionan con el sistema de piñón y cremallera. ^{[ cita requerida ]}

Direccion

Dirección de cremallera en un automóvil

Un piñón y cremallera se encuentra comúnmente en el mecanismo de dirección de los automóviles u otros vehículos con ruedas y dirección. De piñón y cremallera proporciona menos ventaja mecánica que otros mecanismos, tales como la recirculación de bola , pero menos reacción y una mayor retroalimentación , o dirección "sensación". El mecanismo puede ser asistido por energía , generalmente por medios hidráulicos o eléctricos.

El uso de una cremallera variable (todavía usando un piñón normal) fue inventado por Arthur Ernest Bishop ^[2] en la década de 1970, para mejorar la respuesta del vehículo y la "sensación" de la dirección, especialmente a altas velocidades. También creó un proceso de forjado en prensa de bajo costo para fabricar los bastidores, eliminando la necesidad de mecanizar los dientes de los engranajes.

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Ferrocarriles de cremallera

Eje de cremallera

Más información: Cremallera

Los ferrocarriles de cremallera son ferrocarriles de montaña que utilizan una cremallera integrada en el centro de la vía y un piñón en sus locomotoras. Esto les permite trabajar en pendientes pronunciadas, de hasta 45 grados, a diferencia de los ferrocarriles convencionales que dependen únicamente de la fricción para la locomoción. Además, la incorporación de piñón y cremallera proporciona a estos trenes frenos controlados y reduce los efectos de la nieve o el hielo en los rieles.

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Actuadores

Actuadores neumáticos de piñón y cremallera

En los actuadores se utiliza una cremallera y piñón con dos cremalleras y un piñón . Un ejemplo son los actuadores neumáticos de piñón y cremallera que se pueden utilizar para controlar válvulas en el transporte por tuberías . Los actuadores de la imagen de la derecha se utilizan para controlar las válvulas de una gran tubería de agua. En el actuador superior, se puede ver una línea de señal de control gris que se conecta a una válvula solenoide(la pequeña caja negra unida a la parte posterior del actuador superior), que se utiliza como piloto para el actuador. La válvula solenoide controla la presión de aire proveniente de la línea de aire de entrada (el pequeño tubo verde). El aire de salida de la válvula solenoide se alimenta a la cámara en el medio del actuador, aumentando la presión. La presión en la cámara del actuador empuja los pistones hacia afuera. Mientras los pistones se separan entre sí, los bastidores adjuntos también se mueven a lo largo de los pistones en las direcciones opuestas de los dos bastidores. Las dos cremalleras están acopladas a un piñón en los dientes directamente opuestos del piñón. Cuando las dos cremalleras se mueven, el piñón gira, lo que hace que gire la válvula principal adjunta de la tubería de agua. ^{[3] [4]}

Rejilla arqueada

Un engranaje de cremallera que es curvo se llama cremallera arqueada. ^[5] El término aparece en muchas solicitudes de patente. ^{[ cual? ]}

Historia

El chino Wu Pei Chih (1621) describió los mosquetes turcos otomanos que utilizaban un mecanismo de piñón y cremallera, que no se sabía que se hubiera utilizado en ninguna arma de fuego europea o china en ese momento. ^[6]

Ver también

• Lista de nomenclatura de artes
• Elemento de la máquina
• Rueda de espigas
• Ferrocarril de pendiente empinada

Referencias

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1. Nomenclatura de engranajes, definición de términos con símbolos . Asociación Estadounidense de Fabricantes de Engranajes . 2005. p. 72. ISBN 1-55589-846-7. OCLC  65562739 . ANSI / AGMA 1012-G05.
2. "Engranaje de dirección de relación variable de piñón y cremallera" . Búsqueda de patentes de Google . Consultado el 22 de marzo de 2007 .
3. "El papel de los actuadores de piñón y cremallera en los controles de encendido y apagado y modulación". Revista de válvulas . Asociación de fabricantes de válvulas (primavera de 2010).
4. "Actuadores neumáticos de piñón y cremallera de la serie Automax SuperNova" (PDF) . Flowserve Corporation . Consultado el 7 de julio de 2014 .
5. Phillips, Jack (2003). Engranaje Involute Espacial General . Berlín, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg. ISBN 3662053020.
6. Needham, Joseph (1986), Ciencia y civilización en China , V: 7: The Gunpowder Epic , Cambridge University Press, p. 446, ISBN 0-521-30358-3