Engranajes Cremallera y Piñón Explicados: Hechos Clave y Consejos de Diseño

Conceptos Básicos de Cremallera y Piñón

Aunque este no es siempre el caso, la mayoría de sistemas de cremallera y piñón se basan en formas de dientes de engranaje estándar identificados como engranajes rectos de evolvente de 20 grados. Solo para engranajes de evolvente, el ángulo de presión permanecerá el mismo durante el engranaje de cada diente. El genio detrás del perfil de diente de evolvente es que puede proporcionar una relación de velocidad teóricamente constante incluso si el ajuste de distancia entre centros no es ideal. La necesidad de una relación de velocidad constante a veces se refiere como la ley básica de transmisión de engranajes.

La línea de 20° en la cremallera es fácil de identificar porque es una línea recta. Una cremallera es una herramienta útil para hacer engranajes circulares porque estas líneas rectas son fáciles de mecanizar. Después de que la cremallera se endurece y afila, puede usarse para cortar la superficie de diente curva en el blanco redondo. Este proceso se llama generación de engranajes y es uno de varios procesos para fabricar engranajes. Esta es la segunda ventaja de los dientes de evolvente. Cremalleras y piñones de engranajes rectos y engranajes helicoidales son comunes.

El engranaje helicoidal se corta en un cierto ángulo con la superficie del blanco, produciendo así dientes de engranaje graduales, por lo que corre más silencioso que un engranaje recto, y tiene una longitud de contacto más larga y puede soportar cargas más altas. Una desventaja de los engranajes helicoidales es que los engranajes en ejes paralelos tienen punteros opuestos, lo que crea componentes de empuje en la cremallera y piñón. El empuje aumentará la carga lateral de la estructura mecánica.

Geometría y Diseño de Cremallera y Piñón

Cremalleras de engranajes rectos, piñones, y engranajes helicoidales son muy comunes. El engranaje helicoidal se corta en un cierto ángulo con la superficie del blanco, formando gradualmente dientes de engranaje, por lo que corre más silencioso que el engranaje recto, tiene una longitud de contacto más larga, y puede soportar cargas más altas. Una desventaja de los engranajes helicoidales es que los engranajes en los ejes paralelos tienen punteros opuestos, lo que genera componentes de empuje en la cremallera y piñón.

El empuje aumentará la carga lateral de la estructura mecánica. La cremallera helicoidal con el mejor ángulo de hélice es preferida porque tiene una mayor relación de contacto de diente, por lo que puede correr más silenciosamente a una velocidad más alta y tiene una mayor capacidad de carga. El desplazamiento de perfil del piñón o modificación de punta de diente puede prevenir el subcorte; también puede equilibrar el estrés de flexión para lograr mayor capacidad de carga. Los engranajes helicoidales engranan suave y silenciosamente —por ejemplo, al mecanizar piezas con tolerancias estrictas, esto ayuda a mejorar el acabado superficial.

Cremallera y Piñón vs Motores Lineales

Comparados con motores lineales, los sistemas de cremallera y piñón pueden proporcionar rendimiento similar, pero a un costo mucho menor. Son más pequeños, permitiendo un diseño mecánico más compacto y simple. La falta de fuerza magnética reduce grandemente la necesidad de la estructura de soporte para absorber altas fuerzas normales, por lo que se pueden usar rieles estándar.

La eficiencia general de motores lineales es tan alta como 90%, aunque a veces la eficiencia es mucho menor. Debido a esta baja eficiencia inherente, los motores lineales usualmente requieren refrigeración por agua. En contraste, la cremallera y piñón no requieren cubierta. El sistema de guía puede estar expuesto a partículas metálicas, y las restricciones de seguridad son pequeñas. Los mejores sistemas de cremallera y piñón a menudo no requieren escalas lineales costosas y frenos externos.

Equipos de retroalimentación y frenos de motor estándar son adecuados. En ciertos casos, los motores lineales necesitan un rediseño completo de la unidad, en parte porque la enorme fuerza normal producida por la fuerza atractiva entre el primario y el secundario puede tener un efecto profundo. El sistema de cremallera y piñón listo para usar es una opción más fácil que puede facilitar el montaje a ciegas, ahorrando así costes y reduciendo el tiempo de montaje a unos 10 minutos por metro de longitud de carrera.

Ventajas de Cremallera y Piñón

Comparado con el diseño atornillado tradicional, el sistema de transmisión de cremallera y piñón tiene muchas ventajas. La cremallera está diseñada para estar completamente ubicada en las ranuras T de cualquier línea de producción de extrusión de aluminio de ocho para que se pueda construir un deslizador lineal compacto sin el uso de un mecanismo de accionamiento atornillado. Ninguna parte del marco sobresale por encima de la superficie contorneada. La ranura asegura que la cremallera está alineada paralela al mecanismo de guía, sin serpenteo innecesario que a menudo ocurre con cremalleras de reemplazo. Cualquier número de segmentos de cremallera individuales puede usarse para construir una cremallera de longitud variable.

Comparado con la longitud más larga, el uso de partes de 80 mm puede obtener mayor precisión. En este caso, el error de paso puede ser grande y el desperdicio puede reducirse porque el marco más largo debe cortarse para adaptarse a la aplicación. El ensamblaje no podría ser más fácil. La parte final se fija en su lugar con un solo pasador de posicionamiento, y el clip de resorte patentado puede sostener partes continuas sin procesamiento adicional.

La segunda parte final se fija con un tornillo de ajuste. El piñón de 18 dientes coincidente se instala en la carcasa a través de cojinetes de bolas dobles, y la carcasa se fija ordenadamente en el lado inferior de la placa de carro móvil. El módulo de acoplamiento se conecta al reductor del piñón, y el eje con chaveta del piñón engrana con el grupo de acoplamiento contenido en él. Antes de asegurar firmemente la carcasa en su lugar, la carcasa ha sido ajustada para eliminar holguras.

Para instalar el motor de accionamiento, la carcasa fue procesada según necesidad. El mantenimiento solo requiere unas gotas de aceite ligero al reductor del piñón, que contiene un par de discos de fieltro para transferir lubricante al piñón. El sistema de accionamiento está diseñado para aplicaciones con una fuerza de accionamiento máxima de 1.000 N, un par de motor máximo de 23 Nm y velocidades hasta 3 m/s.

Cremallera y Piñón en IMTS-Exhibition.com

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