Aunque los engranajes helicoidales ofrece ciertos beneficios sobre el engranaje recto, impone una carga de empuje axial en el rodamiento. Esta carga de empuje es perjudicial y limita la capacidad de transmisión de potencia. Además, requiere cojinetes costosos y voluminosos para soportar cargas radiales y axiales. Sin embargo, esta carga de empuje se puede eliminar utilizando engranajes de espiga o de doble hélice. En equipo de espiga , los dientes se cortan en dos mitades de la pieza en bruto del engranaje manteniendo el mismo módulo, número de dientes y ángulo de hélice pero en dirección opuesta a la hélice. Por lo tanto, la fuerza de empuje producida por cada mitad del engranaje en espiga es igual y opuesta y, por lo tanto, se elimina entre sí. Además, puede transmitir potencia comparativamente más alta sin muchos problemas. Varias diferencias entre el engranaje helicoidal y el engranaje en espiga se dan a continuación en formato de tabla.

Tabla:Diferencia entre engranaje helicoidal y engranaje en espiga

Perfil de dientes: Los dientes del engranaje helicoidal se cortan en forma de hélice en el cilindro de paso. Un engranaje helicoidal particular consta de dientes de hélice a la izquierda o dientes de hélice a la derecha. En el momento del acoplamiento, un engranaje helicoidal con hélice a la izquierda solo puede acoplarse con un engranaje helicoidal con hélice a la derecha. Por otro lado, un engranaje en espiga consta de ambas manos de hélice en una sola unidad de engranaje. Cada engranaje en espiga tiene dos mitades distintas:una mitad debe tener dientes helicoidales a la izquierda y la otra mitad debe tener dientes helicoidales a la derecha. Otras características, como el diámetro del círculo primitivo, el módulo, el número de dientes, el ángulo de la hélice y el ancho o el grosor, serán iguales en ambas mitades; la única diferencia es su mano de hélice.

Fuerza de empuje: El engranaje helicoidal ofrece muchos beneficios sobre el engranaje recto, como la carga gradual en los dientes, menos vibración, más capacidad de carga, mayor vida útil, etc. El principal inconveniente es la carga de empuje. Dado que los dientes del engranaje recto son rectos y paralelos al eje del engranaje, un par de engranajes rectos acoplados induce solo una carga radial. Debido a la forma helicoidal de los dientes, un par de engranajes helicoidales acoplados induce tanto una carga radial como una carga axial. Por lo tanto, se requieren rodamientos más fuertes para soportar ambos tipos de carga simultáneamente. El engranaje en espiga puede ofrecer beneficios similares a los del engranaje helicoidal y al mismo tiempo elimina la fuerza de empuje. Aquí, la fuerza de empuje producida por cada mitad es igual y opuesta (debido a la mano opuesta de la hélice) y, por lo tanto, la fuerza de empuje resultante se vuelve cero. Por lo tanto, un par de engranajes en espiga coincidentes no inducen una fuerza de empuje axial en los cojinetes (solo existe una fuerza radial).

Ángulo de hélice: La fuerza de empuje aumenta con el ángulo de hélice de los dientes; sin embargo, un ángulo de hélice más alto puede reducir significativamente la vibración y el desgaste de los dientes y aumentar la capacidad de carga. Esta fuerza de empuje limita el ángulo de hélice máximo en el caso de un engranaje helicoidal. Por lo general, se mantiene entre 20 y 25 °. Sin embargo, la ausencia de fuerza de empuje en las instalaciones de engranajes en espiga utiliza un ángulo de hélice más alto, incluso hasta 45°.

Cojinetes para el montaje de los ejes: Los ejes impulsor e impulsado están montados en ambos extremos usando cojinetes apropiados. Además de soportar los ejes y mantener una posición precisa, los cojinetes también eliminan la vibración y la carga y, posteriormente, las transmiten al suelo a través del marco. Por lo general, los rodamientos de contacto rodante se emplean en unidades de engranajes, a menos que la velocidad de rotación sea muy alta. Hay varios tipos de rodamientos de contacto rodante, algunos de ellos son adecuados solo para carga radial, algunos son adecuados solo para carga axial y pocos pueden manejar carga radial y de empuje. Por ejemplo, los rodamientos de bolas de ranura profunda, los rodamientos de contacto angular y los rodamientos de rodillos cónicos pueden manejar tanto la carga radial como la carga de empuje. Por lo tanto, estos rodamientos se pueden emplear para unidades de engranajes helicoidales. Por otro lado, los rodamientos de rodillos cilíndricos pueden manejar cargas radiales pesadas y, por lo tanto, pueden utilizarse con unidades de engranajes en espiga.

Capacidad de transmisión de energía: La función básica de cada accionamiento mecánico es transmitir potencia mecánica desde el eje impulsor al eje accionado. Diferentes unidades ofrecen diferentes niveles de capacidad de transmisión según el tamaño, el material y otras características. Aunque la capacidad de transmisión del engranaje helicoidal es comparativamente mayor que la de un engranaje recto similar, generalmente no se usa para aplicaciones de trabajo pesado. La carga de empuje y la disponibilidad de rodamientos imponen el límite en aplicaciones de trabajo pesado. Los engranajes en espiga y los engranajes helicoidales dobles son la opción preferida para tales áreas. Por ejemplo, el tren de engranajes planetarios en espiga (HPGT) se puede observar en maquinarias pesadas como cortadoras de carbón, motores aeroespaciales, turbinas eólicas, etc.

Fabricación de engranajes: Cortar dientes helicoidales en la pieza bruta de engranaje cilíndrico no es difícil; sin embargo, el problema surge cuando no existe espacio libre al final de los dientes. Al igual que los engranajes rectos, los dientes de engranajes helicoidales también se pueden cortar con un cortador de forma de engranajes tipo piñón. El fresado también se puede utilizar para cortar engranajes helicoidales. Pero en el engranaje de espiga, no existe un espacio de alivio entre las mitades izquierda y derecha. Por lo tanto, cortar dientes en esta unión es bastante complicado ya que existe el riesgo de pasarse a la otra mitad. Requiere un cortador de fresado especializado que tenga una arboleda que coincida con el engranaje en espiga. También se requiere mantener un alto grado de alineación angular y de ubicación.

En este artículo se presenta una comparación científica entre engranajes helicoidales y engranajes en espiga. El autor también sugiere que revise las siguientes referencias para una mejor comprensión del tema.

1. Diseño de elementos de máquina por V. B. Bhandari (Cuarta edición; McGraw Hill Education).
2. Diseño de máquina por R. L. Norton (quinta edición; Pearson Education).
3. Un libro de texto de diseño de máquinas de R. S. Khurmi y J. K. Gupta (S. Chand; 2014).