Diferencia entre engranaje recto y engranaje helicoidal

Los accionamientos mecánicos se utilizan para transmitir movimiento, par y potencia desde el eje impulsor (como el motor primario) al eje impulsado (como la unidad de la máquina). Hay cuatro transmisiones mecánicas, a saber, transmisión por engranajes, transmisión por correa, transmisión por cadena y transmisión por cable. A diferencia de la transmisión por correa (una transmisión por fricción), la transmisión por engranajes es una transmisión de acoplamiento, lo que indica que la transmisión de potencia se produce mediante el acoplamiento y desacoplamiento sucesivo de los dientes de dos engranajes. También es un accionamiento rígido ya que no existe ningún elemento flexible intermedio entre dos engranajes. Aquí, el engranaje impulsor se acopla directamente con el engranaje impulsado correspondiente y, por lo tanto, es adecuado para la transmisión de potencia en distancias cortas. Sin embargo, su capacidad de transmisión de potencia es muy alta y puede proporcionar una amplia gama de reducción de velocidad (de 1:1 a 1:100, en una sola etapa). También puede ofrecer una relación de velocidad constante, ya que está inherentemente libre de deslizamiento, fluencia o efecto poligonal.

Los engranajes se pueden clasificar en cuatro grupos básicos:engranajes rectos, engranajes helicoidales, engranajes cónicos y engranajes helicoidales. Cada uno de estos engranajes tiene características específicas y puede ofrecer ciertos beneficios sobre otros. Un engranaje recto es el más simple que se utiliza para transmitir movimiento y potencia entre el conductor paralelo y los ejes impulsados. Tiene dientes rectos paralelos al eje del engranaje. Otro engranaje similar, llamado engranaje helicoidal , también se utiliza para ejes paralelos; sin embargo, sus dientes están cortados en forma de hélice sobre la pieza en bruto cilíndrica. Por otro lado, el engranaje cónico se usa para ejes que se cruzan, que pueden ser o no perpendiculares. Puede tener dientes a lo largo del eje del engranaje (engranaje cónico de dientes rectos) o en forma de espiral (engranaje cónico de dientes en espiral). El engranaje helicoidal se utiliza para ejes perpendiculares pero que no se cruzan.

Aunque tanto el engranaje recto como el helicoidal están diseñados para ejes paralelos, cada uno tiene una orientación de dientes diferente y es adecuado para diferentes aplicaciones. En caso de engranajes rectos , los dientes de los engranajes acoplados entran en contacto repentino. Por lo tanto, el diente experimenta impacto o carga de choque. Causa vibración y también reduce la vida útil del engranaje. La forma helicoidal de los dientes puede eliminar este problema. En dos engranajes helicoidales acoplados , los dientes entran en contacto gradualmente y, por lo tanto, está libre de impactos o cargas de choque. Puede llevar una carga comparativamente más alta. También ofrece una mayor reducción de velocidad. A diferencia del engranaje recto que impone solo carga radial, el engranaje helicoidal impone cargas tanto radiales como axiales en los rodamientos. Varias diferencias entre el engranaje recto y el engranaje helicoidal se dan a continuación en formato de tabla.

Tabla:Diferencias entre engranaje recto y engranaje helicoidal

Configuración de dientes de engranaje: La diferencia aparente entre el engranaje recto y el engranaje helicoidal es la forma de sus dientes. El engranaje recto tiene dientes rectos paralelos al eje del engranaje. Vale la pena mencionar que los engranajes cónicos rectos también tienen dientes rectos orientados a lo largo del eje del engranaje, pero no son paralelos al eje del engranaje (están inclinados y, por lo tanto, se cruzan). Como sugiere el nombre, el engranaje helicoidal tiene dientes en forma de hélice que se cortan en el cilindro de paso. Un engranaje helicoidal puede tener una hélice a la izquierda o una hélice a la derecha. El ángulo de la hélice puede variar de un engranaje a otro. Por lo general, se encuentra entre 15 y 25 °; sin embargo, se puede emplear un ángulo de hélice mayor (hasta 45°) para engranajes de doble hélice o en espiga.

Naturaleza de la carga y cojinetes correspondientes: Durante el acoplamiento de dos engranajes, los cojinetes experimentan par y fuerzas, que finalmente se transfieren al suelo. La dirección y la intensidad de dicha fuerza varían según la velocidad de rotación y la configuración de los dientes. Dado que algunos rodamientos pueden manejar de manera eficiente solo la carga radial, algunos solo pueden manejar la carga de empuje y pocos pueden manejar ambas cargas, por lo que se requiere seleccionar un rodamiento adecuado en función de la naturaleza y la intensidad de tales fuerzas. Debido a los dientes rectos, los engranajes rectos imponen solo una carga radial sobre los cojinetes. Por lo tanto, se puede utilizar un rodamiento de rodillos cilíndricos más económico. Por otro lado, los engranajes helicoidales imponen una carga radial y una carga de empuje significativas en los rodamientos. Por lo tanto, se pueden emplear rodamientos de bolas de ranura profunda, rodamientos de contacto angular y rodamientos de rodillos cónicos, ya que estos rodamientos pueden manejar cargas tanto axiales como radiales.

Orientación de los ejes impulsor e impulsado: Una ventaja básica de la transmisión por engranajes sobre otras transmisiones mecánicas (como transmisión por correa o cadena) es su posibilidad de uso para ejes no paralelos. Sin embargo, varios tipos de engranajes son adecuados para las distintas orientaciones de los ejes impulsor e impulsado. Tanto los engranajes rectos como los helicoidales se utilizan mayoritariamente para ejes paralelos; mientras que los engranajes cónicos se pueden usar para ejes que se cruzan y el engranaje helicoidal se puede usar para ejes perpendiculares que no se cruzan. Existe un tipo particular de engranaje helicoidal, denominado engranaje helicoidal cruzado, que puede emplearse para transmitir potencia entre ejes perpendiculares. Esto es bastante similar al engranaje helicoidal; sin embargo, el engranaje helicoidal cruzado no puede proporcionar una reducción de alta velocidad. Por lo general, es adecuado para una relación de velocidad de 1:1 a 1:2 (en comparación con 1:15 a 1:100 en el engranaje helicoidal). Su aplicación también está limitada debido a muchas limitaciones.

Escenario de contacto entre dientes coincidentes: Los engranajes rectos tienen dientes rectos paralelos al eje del engranaje. Dos engranajes acoplados también están montados en ejes paralelos. Por lo tanto, los dientes de dos engranajes rectos coincidentes entran en contacto repentino y el contacto es siempre una línea de longitud igual al ancho de la cara de los dientes. Por el contrario, los engranajes helicoidales tienen dientes helicoidales y están montados sobre ejes paralelos. Entonces, los dientes de dos engranajes helicoidales coincidentes entran en contacto gradual. Su compromiso comienza con un punto y se convierte en una línea y luego se desvincula gradualmente como un punto. Por lo tanto, la longitud del contacto no permanece constante.

Carga de impacto, vibración y ruido: Dado que los dientes de dos engranajes rectos coincidentes entran en contacto repentino, experimentan una carga de choque o impacto. Esto también produce vibraciones y ruidos significativos, que a veces imponen un límite a la velocidad de funcionamiento máxima permitida. Por el contrario, el contacto gradual entre los dientes acoplados da como resultado una carga gradual sobre los dientes y una menor vibración y ruido. Por lo tanto, los engranajes helicoidales se pueden emplear a mayor velocidad sin muchos problemas.

Dientes de engranajes de corte: Cortar dientes rectos es comparativamente más fácil que cortar dientes helicoidales. El fresado de engranajes o el tallado de engranajes se pueden utilizar para cortar dientes de engranajes rectos y helicoidales. En el fresado, solo se desean dos movimientos simultáneos para tallar los dientes de los engranajes rectos; sin embargo, se requieren tres movimientos simultáneos para cortar los dientes de un engranaje helicoidal.

En este artículo se presenta una comparación científica entre engranajes rectos y engranajes helicoidales. 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).