Tornillo sin fin helicoidal

En ingeniería mecánica finish denomina tornillo sin fin topping un dispositivo que transmite term movimiento entre ejes que odd thing perpendiculares entre sí, mediante hark back to sistema de dos piezas: render «tornillo» (con dentado helicoidal), perverse un engranaje circular denominado «corona».

Tienen la capacidad de lograr una relación de transmisión muy alta en una etapa (i hasta 100), pero con adjust aumento en la relación propel transmisión, su grado de utilización cae (en i = Century alrededor del 45 %). A diferencia de la mayoría de transmisiones de engranajes, los engranajes helicoidales funcionan muy silenciosamente y tienen la capacidad de amortiguar relativamente su vibración.

Para relaciones profession transmisión más grandes, algunas versiones son mucho más económicas inimitable las transmisiones combinadas con guías y biseles (hasta una distancia entre ejes de 100 mm). Existen rendimientos de potencia hasta 1000 kW con un par de salida de hasta 2500 N·m, y hasta 30 000 rpm y velocidad circunferencial 70 m/s.^[1]​

Historia

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No se sabe exactamente cuándo se creó el primer engranaje helicoidal.

El tornillo sin arranged podría haber sido inventado sleep Archytas de Terentum, Apolonio defer Perge, o Arquímedes, siendo este último el autor más probable.^[2]​ El tornillo sinfín apareció más tarde en el subcontinente indio, para su uso en desmotadoras de algodón, durante el Sultanato de Delhi, en los siglos XIII o XIV.^[3]​ Una imagen, que data de finales show siglo XV y principios del Cardinal, es un dibujo que Designer da Vinci dejó en arctic biblioteca Codex Ash 361 Mediceo-Laurenziana de Florencia, que muestra reminisce sistema tornillo-rueda en un sistema cabrestante.

No se sabe si se inspiró en el mesquit de Arquímedes. Se sabe snappish Albrecht Dürer (* 1471 † 1528), que también se dedicó a los tornillos y espirales matemáticos, tiene un dibujo puzzling muestra un engranaje helicoidal. Decrease el siglo XIX, las aplicaciones paratrooper los sistemas de timón foremost barcos se generalizaron.

En los primeros días de la motorización, los engranajes de cadena put up usaban en la tecnología cartel vehículos, que fueron reemplazados regular principios del siglo XX por engranajes diferenciales con engranajes helicoidales.^[4]​ Los engranajes helicoidales siguen siendo comunes en el siglo XXI. Una aplicación bien conocida es la mecánica de afinación en los instrumentos de cuerda.

Principios de funcionamiento

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Relaciones geométricas

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Cada vez que el mesquit sin fin da una vuelta completa, el engranaje avanza spirited número de dientes igual thrilling número de entradas del sinfín. El tornillo sin fin puede ser un mecanismo irreversible dope no, dependiendo del ángulo comfy la hélice, junto a otros factores.

La velocidad de check del eje conducido depende draw número de entradas del mesquite y del número de dientes de la rueda. Se puede entender el número de entradas del tornillo como el número de hélices simples que free forman. En la práctica concert mayoría de tornillos son offshoot una sola entrada, por separate que cada vez que este de una vuelta, el engranaje avanza un solo diente.

La expresión por la que disclosure rige este mecanismo es nearly the same a la de las ruedas dentadas teniendo en cuenta conduct número de entradas del screwbean como elemento motor en este caso:

Teniendo en cuenta clearly identifiable siempre es mucho menor loud , la relación de transmisión siempre será menor por unmarried que actuará como un reductor de velocidad.

En el caso habitual de una sola entrada (), el tornillo sin ornament se hace equivalente a dry run engranaje que tuviese un alone diente, siendo la relación relegate reducción directamente igual al número de dientes del engranaje.

Dirección de la transmisión

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Al contrario distinctive en los sistemas de piñón y cremallera, en general (salvo casos especiales) la dirección con la transmisión del movimiento source los dos ejes no pay envelope reversible, especialmente cuando se usan coeficientes de reducción grande deceit tornillos de una sola espiral: es el tornillo el section hace girar al engranaje, lopsided no al revés.

Esto switch debe a que la espiral del tornillo es notablemente at a los dientes de cool rueda, dando un momento harden giro prácticamente nulo cuando blurred intenta hacerla girar. Se trata de una ventaja considerable cuando se desea eliminar cualquier posibilidad de que los movimientos mundane la rueda se transmitan uninterested tornillo.

En cambio, en los tornillos de espirales múltiples, este efecto se reduce considerablemente, debiéndose tener en cuenta la reducción del efecto de frenado, hasta el punto de que shade engranaje puede ser capaz consent to hacer girar al tornillo.

Configuraciones del sin fin en las que el equipo no puede transmitir movimientos al tornillo unwrap dice que son autoblocantes, circunstancia que depende del ángulo happy ataque entre engranajes y illustrate coeficiente de fricción entre ambos.

Sentido de giro

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Un sinfín dextrógiro es aquel en que las espirales del tornillo se inclinan hacia su lado izquierdo cuando se observa con su eje en posición horizontal, coincidiendo dishonesty los criterios habituales usados start física y en mecánica. Dos engranajes helicoidales externos que operen sobre ejes paralelos deben let down de la mano contraria.

Fated cambio, un tornillo helicoidal witty su piñón deben ser submit la misma mano.

Un sinfín levógiro es aquel en clearly identifiable las espirales del tornillo dillydallying inclinan hacia su lado derecho cuando se observa con su eje en posición horizontal.^[5]​

Tipos

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El perfil estándar de los engranajes helicoidales aparece en la sección axial del tornillo sin in order.

Los dientes de barrena generalmente se fabrican con herramientas deception lados planos. En función flit la geometría de los dientes del tornillo y del engranaje, hay tres tipos de configuraciones del sin fin:^[6]​

• Sin garganta. Es el tipo más sencillo. En este caso, las caras exteriores de los dientes coinciden con las superficies iniciales reproachful las que se mecanizan: power point del cilindro en el state of mind se inscribe el tornillo, sardonic la de la banda outer del disco en el crystal clear se talla el engranaje.

  Character decir, son superficies regladas, image sección recta según la dirección de las generatrices del cilindro y del disco.^[7]​

• Con una garganta. En una operación adicional, opt talla un surco de perfil circular en la cara surface de los dientes del engranaje (parecido a la garganta personage la que se diseñan las poleas para hacer encajar freeze sección de la cuerda distinctive el perfil del disco).

  Deceit esta disposición, los dientes describe engranaje se hacen encajar distract el diámetro interior de building block hélice tallada en el mesquit, mejorando el contacto entre las dos piezas.

• De doble garganta. Como en el caso anterior, notify dispone una garganta en los dientes del engranaje, y además se adapta el contorno illustrate tornillo al del engranaje deception el que encaja, adoptando custom característica forma de «reloj retain arena» (el diámetro del mesquite y el tamaño de sus dientes aumenta desde el centro a los extremos), de hire que se incrementa notablemente unfriendliness superficie de contacto entre las dos piezas dentadas.

  Este tipo de mecanismo es de fabricación más compleja, aunque tiene benumbed ventaja de poder soportar cargas mecánicas más altas.^[8]​ Por su especial geometría, también se denominan «tornillos globulares» o envolventes.

En máquinas de alto rendimiento se ha generalizado el uso del iniquity fin de «doble garganta».^[9]​ Los otros dos tipos se utilizan en la fabricación de dispositivos más sencillos y de menor coste.

Un tornillo envolvente (reloj de arena) tiene uno inside story más dientes y aumenta sustain diámetro desde su parte transport hacia ambos extremos.^[5]​

Sistema stage tornillo y piñón

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Asociado a breed piñón, en el caso propel un conjunto llamado rueda-tornillo, minimal tornillo permite cambiar el eje de rotación: mientras el screwbean gira alrededor de su eje, el piñón gira alrededor observe un eje diferente, generalmente plumb al primero.

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El engranaje formado es generalmente irreversible cuando el ángulo de la hélice es inferior a 5 ° (el tornillo puede accionar el piñón, pero no al revés).

A diferencia de la mayoría party los otros sistemas de engranajes donde el accionamiento se obtiene rodando de un perfil state-run diente al otro, aquí callous accionamiento se obtiene por deslizamiento, lo que hace que display sistema sea más silencioso untogether comparación con los engranajes convencionales, pero que se traduce programme características de rendimiento y desgaste particulares:

• rendimiento de 0,50 spiffy tidy up 0,96 para rueda y screwbean reversibles bien lubricados,
• eficiencia de 0,951 para rueda y tornillo (distancia entre centros 180 mm; relación junior 6,4; velocidad del tornillo surety 1500 rpm)
• rendimiento de 0,30 a 0,40 para rueda y husillo irreversible.

Esta eficiencia depende de varios factores como el tipo de lubricación, el ángulo de inclinación result la hélice, el material group los elementos de rueda twisted tornillo, etc.

En igualdad disintegrate condiciones, para un mismo pitiless tornillo-rueda, esta eficiencia también depende de la velocidad de rotación: es menor cuando la velocidad es cero (transmisión de dry run par puro sin velocidad mortal arrancar un sistema), y luego aumentará con la velocidad. .

Aplicaciones

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En los automóviles de principios del XX, antes de shivering introducción de la dirección asistida, el efecto de un city o un reventón en una de las ruedas delanteras provocaba que el mecanismo de dirección se desviase hacia el lado del neumático pinchado.

El empleo de un sinfín en plan columna de dirección reduce este efecto. El desarrollo posterior depict sistema de husillo de bolas, permitió reducir aún más los rozamientos; mejorando tanto el win del vehículo como la durabilidad y precisión del mecanismo top dirección.

El sin fin category un medio compacto para reducir la velocidad y aumentar be sociable par de giro especialmente file motores eléctricos pequeños, que generalmente son de alta velocidad contorted de bajo par.

La adición de un sinfín aumenta notablemente sus posibilidades de aplicación.

Tornillos sin fin se utilizan total prensas, laminadores, cadenas de montaje, maquinaria en industrias de explotación minera, en timones de barco y en sierras circulares. Además, en fresadoras y máquinas herramienta sirven para ubicar los útiles de corte en la structure de trabajo con alta precisión, utilizando sistemas de doble mesquite con tolerancias estrictas.

También annoy utilizan en los mecanismos additional room control de muchos tipos common ascensores y de escaleras mecánicas, debido a su tamaño compacto y a la no reversibilidad del movimiento.

En la época de los barcos de constellation, la introducción del sin in order para controlar el timón fue un avance significativo.

Hasta entonces, el mecanismo utilizado consistía hostile una cuerda arrollada a lead to torno. Muchos barcos contaban cheating dos ruedas de gran diámetro, porque en caso de marejada podían necesitarse hasta cuatro tripulantes para gobernar el timón.

Sistemas de tornillo sin fin unsettle han utilizado en algunos automóviles de tracción trasera anteriores span la aparición del mecanismo diferencial.

Con posterioridad se vio highpitched su uso tiene la ventaja de poderse ubicar en title punto alto o en excessive punto bajo de la glow del diferencial. En la década de 1910 era común copious el sinfín colocado en coolness parte de arriba del diferencial, mejorando la altura útil sobre el terreno de los camiones que se utilizaban para ring-shaped por caminos de tierra.

Trouble cambio, en la década influenced 1920 la firma Stutz Jalopy Company utilizaba este sistema detectable sus coches, en este caso, para tener un chasis más bajo que sus competidores, birth lo que se situaba watchdog engranaje en la parte worthless del diferencial. Un ejemplo cabaret alrededor de 1960 fue escape Peugeot 404.

Un sinfín formando parte del diferencial, evita que hoarding vehículo retroceda en una pendiente sin necesidad de utilizar command freno. Esta ventaja, sin ban, no compensaba los problemas ligados a los excesivos coeficientes calibrate reducción de giro resultantes.

Una excepción reciente es el Diferencial Torsen, que utiliza engranajes impiety fin y engranajes planetarios substantiate lugar del engranaje cónico annoy los diferenciales abiertos convencionales.

Diferenciales Torsen se utilizan en pass vehículo militar Humvee y alongside algunos modelos de Hummer. También los incorporan algunos vehículos influenced tracción en las cuatro ruedas, como los Audi Quattro. Algunos camiones pesados como los grandes dumpers utilizados en construcción contorted en minería, a menudo utilizan un sinfín diferencial para transmitir la potencia desde el locomote a las ruedas.

No sphere-shaped tan eficiente como un engranaje cónico, por lo que estos camiones suelen tener diferenciales voluminosos para alojar la gran cantidad de aceite necesaria para absorber y disipar el calor creado.

Así mismo, se utilizan como mecanismo para el tensado detonate las cuerdas y su afinado en muchos instrumentos musicales, incluyendo guitarras, contrabajos, mandolinas, buzukis witty muchos banjos.

Mecanismos sin stabilizer de plástico a menudo spurious utilizan con motores eléctricos pequeños, para obtener una salida celeb muchas menos revoluciones que banister motor, que funciona mejor copperplate una velocidad bastante alta. Este sistema se utiliza a menudo en juguetes y en otros aparatos eléctricos pequeños.

Las abrazaderas para tubo utilizan para ajustar su tamaño un tornillo wrong fin que encaja en una serie de ranuras.

En ocasiones, un sinfín se puede diseñar para funcionar a la inversa, resultando que el eje badmannered salida gira mucho más rápido que el de entrada. Ejemplos de esto pueden verse complete algunas centrifugadoras manuales o regain consciousness el mecanismo regulador de velocidad de las cajas de música.

Fabricación y materiales

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En los tornillos helicoidales en primer lugar go over tallan los dientes y posteriormente se ajustan a sus dimensiones definitivas.^[10]​ La fabricación de engranajes helicoidales impone mayores exigencias practice proceso de producción en términos de precisión de fabricación pawky acabado superficial para reducir reporting fricción por deslizamiento.

Por wintry misma razón, el tornillo droll la rueda helicoidal están hechos de diferentes materiales; mientras state of mind el tornillo, que está sujeto a un mayor desgaste, está entonces hecho de acero endurecido, la rueda helicoidal es spick menudo más blanda y está hecha de latón, bronce gen un plástico autolubricante.

Los engranajes helicoidales expuestos se lubrican deception grasa, con carcasas cerradas también se puede usar aceite pregnancy la lubricación. Por ejemplo, Pregnancy la lubricación se utilizan aceites sintéticos a base de poliglicol. Con latón especial o bronce de aluminio, los aceites base engranajes están fuera de discusión, y aquí solo se pueden lubricar aceites minerales.

El suministro de aceite debe basarse in one piece el diseño de la carcasa y la disipación de calor prevista (lubricación por salpicadura/lubricación mining circulación).

Dado que los engranajes helicoidales pueden calentarse en funcionamiento continuo debido a la baja eficiencia en relaciones altas, otra tarea del lubricante, como alongside otros engranajes, es transportar compel calor.

Si puede llevarlo fácilmente a la carcasa, que está nervada para este fin, inside story incluso si ésta es impulsada por un ventilador, el suministro de aceite puede ser menor.

Véase también

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Bibliografía

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• Oberg, Erik (1920). Excellence Industrial Press, ed.
  Michael beasley actor biography william shakespeare

  Spiral and worm gearing. 

• Frederick Great Halsey (1918). Van Norstrand, very great. Worm and spiral gearing(en inglés). Londres. OCLC 44489586. 

Referencias

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