Coronación:una solución para la reducción de ruido y la desalineación en los engranajes

Los trenes de engranajes ruidosos han sido un problema común para los diseñadores de engranajes durante mucho tiempo. Con las demandas de cajas de engranajes más pequeñas que transmitan más potencia a mayores rpm y las demandas de mayor eficiencia, los ingenieros de engranajes siempre están buscando nuevas formas de reducir la vibración y limitar el ruido, sin aumentar los costos.

Algunas soluciones populares al problema de los engranajes ruidosos incluyen agrandar el piñón para reducir el socavado; el uso de productos fenólicos, Delrin u otros absorbentes de ruido, cuando sea posible; o cambiar a un tren de engranajes helicoidales. Otros métodos incluyen el ajuste de las especificaciones para asegurar una mayor calidad de los engranajes o el rediseño de las características de absorción acústica de la caja de cambios. Ocasionalmente, la experimentación con relaciones de transmisión puede limitar la amplificación de frecuencia armónica, que de lo contrario puede hacer que una caja de cambios amplifique el ruido como un sistema estéreo finamente sintonizado. El ingeniero también puede estudiar los requisitos de material y dureza, de modo que se puedan realizar modificaciones para minimizar la distorsión del tratamiento térmico o posiblemente eliminar la necesidad de un tratamiento térmico por completo. También se debe prestar especial atención a la geometría de los engranajes para asegurar el máximo contacto.

Figura 1.

Otro enfoque del problema del ruido de los engranajes que da buenos resultados es el coronamiento o el barrido de los dientes. Esta técnica consiste en cambiar el grosor de las cuerdas del diente a lo largo de su eje. Esta modificación elimina el cojinete del extremo al ofrecer un cojinete de contacto en el centro del engranaje.

Un segundo beneficio del enfoque de coronación para el corte de engranajes es la minimización de los problemas de desalineación causados ​​por el mecanizado incorrecto de la fundición, la carcasa, los ejes, las cajas de engranajes o los muñones de los cojinetes. El coronamiento también puede reducir los problemas de plomo en los propios engranajes, lo que hace que los engranajes se desgasten de manera desigual y se atasquen debido a excentricidades y errores de posición. Obviamente, un engranaje con un contacto central se ve menos afectado por la fabricación o el diseño discrepantes; además, puede reducir los requisitos de juego y permitir que los engranajes se desgasten en lugar de desgastarse.

Figura 2.

El afeitado es una operación de acabado de engranajes secundarios que se realiza después de tallar o dar forma para crear la corona deseada. El afeitado de coronas ha sido durante mucho tiempo un método popular, especialmente en la fabricación de engranajes de paso grueso. Con la reciente evolución de los equipos de engranajes capaces de coronar mientras se corta, se ha eliminado la necesidad de afeitarse solo para lograr una corona.

Dos variaciones del método de afeitado de la corona producirán un engranaje para compensar las condiciones de desalineación o desalineación.

Un enfoque produce una corona al balancear la mesa durante el movimiento recíproco del trabajo y el cortador. El grado de corona se cambia fácilmente con este método. El otro enfoque es la alimentación por inmersión, que requiere aderezar la cuchilla de afeitar hasta la corona deseada. Generalmente, es más rápido sumergir el avance, pero la técnica puede someter al cortador a un mayor desgaste. Por supuesto, es más difícil cambiar la corona, siempre que comience con engranajes de buena calidad. El afeitado mejora la calidad del perfil y reduce el error en el diente del engranaje mediante la acción de corte y bruñido de los cortadores.

Figura 3.

La forma de corona se puede producir en dientes de engranajes de varias otras formas. Un método consiste en dar forma al engranaje mediante el uso de una leva de corona en el mecanismo de retroceso del modelador. El radio apropiado del engranaje se calcula usando la cantidad de corona en el flanco y el ángulo de presión del engranaje. Desafortunadamente, los bloques, aunque no son complejos, tienden a ser costosos.

El advenimiento de la última generación de equipos de engranajes ha hecho que dos métodos de coronación y tallado sean populares. Ambos métodos producen coronas aumentando y disminuyendo la distancia entre el centro del cortador y la pieza de trabajo. El primer método utiliza la copia física de una plantilla mediante un dispositivo de seguimiento mecánico o de hidrocopia. Esto permite un tallado cónico o incluso la creación de formas de ondas sinusoidales, si se desea. Más recientemente, el segundo método, el tallado CNC, se ha convertido en algo común.

Dependiendo de las limitaciones del software, el CNC permite cortar engranajes en casi cualquier forma deseada. Una desventaja de este enfoque es el alto costo del equipo, aunque la recuperación de la inversión ha disminuido considerablemente en los últimos años.

Los nuevos modeladores CNC pueden cortar un engranaje de corona o una estría sin la necesidad de comprar una leva de corona especial. En el Gleason Pfauter P 300 ES de nuestra empresa, por ejemplo, podemos coronar cortando un ligero ángulo de hélice a derecha e izquierda a lo largo del ancho de la cara de la pieza. Esto deja recto el diámetro de la raíz. También tenemos un Bourn &Koch Fellows MS 450 con un eje en U para controlar el retroceso. Se puede programar para mover el eje del cortador hacia adentro y hacia afuera durante el ciclo de pasada para coronar el diente cortando más profundo en los extremos del ancho de la cara y menos profundo en el punto más alto de la corona.

Figura 4.

¿Quién usa esta tecnología de corte de engranajes hoy?

Los usuarios de engranajes muy cargados han estado usando coronación durante bastante tiempo. Otro campo propicio para el uso de la coronación es la fabricación de motores de oscilación hidráulicos. Aquí, la aplicación es estrictamente para problemas de desalineación más que para reducción de ruido. Un área aliada involucra piñones muy cargados usados ​​en actuadores para superficies de control de aviones. En términos generales, es más ventajoso coronar el piñón porque da más revoluciones por minuto y puede generar más ruido. En este caso, es de suma importancia compensar la deflexión de la carga.

Desafortunadamente, pocas empresas en los Estados Unidos han estado aplicando esta tecnología al engranaje comercial de paso fino. Sin embargo, los pocos fabricantes que lo han probado están más satisfechos con los resultados. Algunos usuarios han informado de una reducción de ruido de cinco a diez veces, acompañada de menos vibraciones, desgaste y consumo de energía.

Los principales candidatos para el uso de la técnica de coronación son los fabricantes de motores de pequeña potencia fraccionada o cualquier persona que trabaje con piñones rectos o helicoidales que sean susceptibles a ruidos o desalineación. Debido a que la coronación en equipos de tallado de engranajes extranjeros ha estado disponible durante más tiempo, este método se ha desarrollado en mayor medida en Europa.

Los fabricantes estadounidenses harían bien en aprovechar la disponibilidad de este tipo de tecnología. La exploración de la coronación como una solución a los problemas de ruido y desalineación puede producir una ventaja competitiva real tanto para los fabricantes de engranajes como para los usuarios.