Engranajes en espiga de pescado vs. helicoidales dobles: diferencias clave explicadas

Las transmisiones mecánicas se utilizan para transmitir movimiento, par y potencia desde el eje conductor (generalmente un motor principal como motor eléctrico) al eje conducido (como unidad de máquina). Hay cuatro transmisiones mecánicas: transmisión por engranajes, transmisión por correa, transmisión por cadena y transmisión por cuerda. Cada una de ellas tiene características específicas y es adecuada para ciertos tipos de aplicaciones. Una transmisión por engranajes se prefiere para transmisión de potencia a corta distancia. Es una transmisión positiva y puede diseñarse para transmitir potencia en cualquier ángulo y cualquier plano. Hay cuatro tipos básicos de engranajes: engranaje recto, engranaje helicoidal, engranaje cónico y engranaje sinfín. Un engranaje recto tiene dientes rectos paralelos al eje del engranaje y puede transmitir potencia entre ejes paralelos solamente. Sin embargo, debido al contacto repentino entre los dientes de dos engranajes rectos acoplados, el diente experimenta carga de choque o impacto.

Los problemas asociados con la carga de impacto pueden eliminarse utilizando engranaje helicoidal. Como el engranaje recto, el engranaje helicoidal también se usa para ejes paralelos; sin embargo, los dientes se cortan en forma de hélice en el blank cilíndrico del engranaje. Los dientes helicoidales de dos engranajes acoplados entran en contacto gradualmente, resultando en una carga gradual en los dientes (en lugar de carga de impacto como en el caso del engranaje recto). Esto también aumenta la capacidad de transmisión de potencia y al mismo tiempo reduce la vibración. Sin embargo, el perfil helicoidal del diente induce carga de empuje axial sobre el rodamiento, que a veces es perjudicial y limita la velocidad máxima permitida de aplicación. Para eliminar la fuerza de empuje manteniendo la forma helicoidal de los dientes intacta, se puede emplear ya sea engranaje en espiga de pescado o engranaje helicoidal doble.

En ambos casos, los dientes se cortan en dos mitades del blank del engranaje manteniendo el mismo módulo, número de dientes y ángulo de hélice pero mano de hélice opuesta. Así, la fuerza de empuje producida por cada mitad del engranaje es igual y opuesta y, por lo tanto, se anulan entre sí. Aunque el engranaje en espiga de pescado o el engranaje helicoidal doble está libre de carga axial, hay algunas diferencias entre ellos en términos de característica constructiva y su fabricación. En el engranaje helicoidal doble, se proporciona un pequeño espacio de alivio entre las dos mitades. Así, los dientes de hélice de mano izquierda no tocan físicamente los dientes de hélice de mano derecha. Sin embargo, en el caso del engranaje en espiga de pescado, no se proporciona tal espacio y, por lo tanto, los dientes que tienen hélice de mano izquierda tocan los dientes que tienen hélice de mano derecha. Varias diferencias entre el engranaje en espiga de pescado y el engranaje helicoidal doble se dan a continuación en formato de tabla.

Tabla: Diferencia entre engranaje en espiga de pescado y engranaje helicoidal doble

Presencia de espacio de alivio: Un espacio de alivio entre los dientes de hélice de mano izquierda y de mano derecha es el principal factor diferenciador. En el engranaje en espiga de pescado, no se proporciona espacio y, por lo tanto, los dientes de hélice de mano izquierda permanecen en contacto físico con los dientes de hélice de mano derecha. En el engranaje helicoidal doble, se mantiene un pequeño espacio (2 – 10 cm según el tamaño) entre los dientes de hélice de mano izquierda y de mano derecha.

Dificultad en la fabricación de los engranajes: Al cortar los dientes del engranaje para el engranaje en espiga de pescado, el cortador no puede moverse más allá de la cara de los dientes en un lado (donde existe la unión). Cualquier sobrepaso creará un surco no deseado en la otra mitad ya que no existe surco o espacio intermedio. Esto hace que la fabricación sea complicada y se requiere una máquina dedicada para cortar tales dientes de engranaje. En el caso del engranaje helicoidal doble, el pequeño espacio de alivio permite que el cortador se mueva libremente más allá de la cara de los dientes. Debido a la dificultad en la fabricación, el costo del engranaje en espiga de pescado es marginalmente más alto que el costo de un engranaje helicoidal doble similar.

Ancho axial: El ancho o espesor del engranaje en realidad determina la resistencia del diente y la capacidad de transmisión de potencia. Debido a la presencia de un pequeño espacio de alivio en el engranaje helicoidal doble, el ancho de la cara del diente no es equivalente al ancho del engranaje. Para el mismo ancho de engranaje y otras características, el ancho de la cara del diente del engranaje en espiga de pescado será mayor y, en consecuencia, su capacidad de transmisión será mayor. Inversamente, para una transmisión de potencia especificada, se puede emplear un engranaje en espiga de pescado más delgado. Esto es particularmente adecuado para diseñar una unidad de máquina compacta que tenga espacio disponible limitado.

La comparación científica entre el engranaje en espiga de pescado y el engranaje helicoidal doble se presenta en este artículo. El autor también sugiere consultar las siguientes referencias para una mejor comprensión del tema.

1. Design of Machine Elements por V. B. Bhandari (Cuarta edición; McGraw Hill Education).
2. Machine Design por R. L. Norton (Quinta edición; Pearson Education).
3. A Textbook of Machine Design por R. S. Khurmi y J. K. Gupta (S. Chand; 2014).