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ENGRANAJES HELICOIDALES

Un engranaje helicoidal puede considerarse como un engranaje recto común maquinado en un equipo de láminas delgadas donde cada una de ella ha girado ligeramente con respecto a sus vecinas (Figura A). En la (figura B) se muestra una transmisión por engranaje helicoidal, con los dientes del engranaje cortados en una espiral que se envuelve alrededor de un cilindro.

Los dientes helicoidales entran a la zona de acoplamiento progresivamente y, por lo tanto, tienen una acción más suave que los dientes de los engranajes rectos.

(Figura A) Las laminaciones de engranajes giradas se aproximan a un engranaje helicoidal a medida que
el espesor de las laminaciones se aproxima a cero.

(Figura B) Engranaje helicoidal.

Así mismo los engranajes helicoidales tienden a ser menos ruidosos. Otra característica positiva de los engranajes helicoidales (con relación a los engranajes rectos) es que la carga que se transmite es un poco más grande, lo cual implica que la vida de los engranajes helicoidales sea más larga para la misma carga. Un engranaje helicoidal más pequeño puede transmitir la misma carga que un engranaje recto más grande.
Una desventaja de los engranajes helicoidales es que producen un empuje lateral adicional a lo largo del eje de la flecha, el cual no se presenta en los engranajes rectos. Este empuje lateral puede requerir de un componente adicional, tal como un collar de empuje, cojinetes de bolas o cojinetes de rodillos cónicos. Otra desventaja es que los engranajes helicoidales tienen una eficiencia ligeramente más baja que los engranajes rectos. La eficiencia depende de la carga normal total en los dientes, que es más alta para los engranajes rectos. Aunque las capacidad de soporte de carga total es mayor para los engranajes helicoidales, la carga se distribuye normal y axialmente; mientras que en un engranaje recto toda la carga distribuye normalmente.

CLASIFICACIÓN DE ENGRANAJES HELICOIDALES
De acuerdo al montaje de los engranajes helicoidales se pueden clasificar de la siguiente manera:
En la (figura C) vemos las tres clases de engranajes cilíndricos helicoidales.

a. Engranajes a ejes paralelos.
b. Engranajes a ejes oblicuos.
c. Engranajes a ejes perpendiculares.

(Figura C) Clasificación de engranajes helicoidales

RELACIONES DE ENGRANES HELICOIDALES
Todas las relaciones que rigen a los engranes rectos se aplican a los engranes helicoidales con algunas modificaciones ligeras que consideran la torsión axial de los dientes causada por el ángulo de la hélice. El ángulo de la hélice varía desde la base del diente hasta el radio exterior. El ángulo de la hélice se define como el ángulo entre un elemento del cilindro de paso y la tangente al diente helicoidal, en la intersección del cilindro de paso y el perfil del diente. En la (figura C) se define el ángulo de la hélice; asimismo se presentan las vistas frontal y lateral.

Pasos De Engranes Helicoidales
Los engranes helicoidales tienen dos pasos relacionados: uno en el plano de rotación, y el otro en un plano normal al diente. Para los engranes rectos los pasos solo se describen en términos del plano de rotación; pero existe un paso axial adicional para los engranes helicoidales. En la (figura D) se presentan los pasos circular y axial de los engranes helicoidales, los cuales están relacionados por el paso circular normal

donde = ángulo de la hélice, grados.
El paso diametral normal es

(Figura D) Engrane helicoidal. a) Vista frontal; b) vista lateral.

(Figura E) Pasos de engranajes helicoidales. a) Circular; b) axial.

(Figura F) Parte de una cremallera helicoidal

El paso axial de un engrane helicoidal es la distancia entre los puntos correspondientes sobre los dientes adyacentes, medida en forma paralela al eje del engrane (figura D.b). El paso axial esta relacionado con el paso circular por la expresión siguiente:

Número Equivalente de Dientes y Ángulo de Presión

Se demostrará es el ángulo de presión medido plano normal al diente. Que se tome como un valor estándar depende del método usado para cortar el diente. Los valores estándar para la altura del diente y para la altura del pie del diente son 1/Pn y 1.25/Pn, respectivamente (en pulgadas), pero son comunes los engranajes especiales con alturas del diente y del pie del diente no estándar.

Como el producto de los pasos circular y diametral es (x) para los pianos normal lo mismo que para el rotacional,

El diámetro del círculo primitivo de un engranaje helicoidal es,

Obsérvese que el paso axial, Pa, está definido en la (figura E) como la distancia entre los puntos correspondientes sobre dientes adyacentes medidos en la superficie de la superficie de paso en la dirección axial. Por lo tanto,

Para lograr la superposición axial de los dientes adyacentes,. En la practica, se considera mejor hacer por lo común y, en muchos casos, .

Sin considerar la flexión por deslizamiento, la carga resultante entre los dientes que se acoplan es siempre perpendicular a la superficie del diente. Entonces, con los engranes helicoidales, la carga esta en el plano normal. Por consiguiente, los esfuerzos flexionantes se calculan en el piano normal, y la resistencia del diente considerada como una viga en voladizo, depende de su perfil en el piano normal. Como este es diferente al perfil en el plano de rotación, el factor de forma de Lewis apropiado (Y) y el factor geométrico (/) deben basarse en el perfil del diente en el piano normal.
La (figura F) muestra el cilindro primitivo y un diente de un engrane helicoidal. El plano normal interseca el cilindro primitivo formando una elipse. La forma del diente en el piano normal es casi (no exactamente) la misma que la de un diente de engrane recto que tenga un radio del
círculo primitivo igual al radio (Re) de la elipse. Por geometría analítica,

El numero equivalente de dientes (también llamado el numero virtual o formativo del diente), (Ne>) se define como el numero de dientes en un engrane de radio (Re):

(Figura G) Cilindro primitivo y diente de engranaje helicoidal

ENGRANAJES HELICOIDALES CRUZADOS
Los engranes helicoidales cruzados (llamados con mas precisión "engranes helicoidales con ejes cruzados") son idénticos a los otros engranes helicoidales, pero están montados en ejes que no son paralelos (figura H). La relación entre el ángulo del eje, , y los ángulos de hélice de los engranes en contacto 1 y 2 es:

Los engranes en contacto tienen, por lo común, hélices del mismo sentido, pero si no,úsese un signo negativo con el valor mas pequeño de . El ángulo mas común entre flechas es de 90º grados. el cual es el resultado de que losengranes en contacto tengan ángulos dc hélice. que sean complementarios. del mismo sentido.

La acción de los engranes helicoidales cruzados difiere en forma fundamental de los engranes helicoidales en ejes paralelos en los que los dientes que casan se deslizan sobre cada uno de los otros a medida que giran. Esta velocidad de deslizamiento se incrementa alaumentar el ángulo de flecha o eje. Para un ángulo de eje dado, la velocidad de deslizamiento es menor cuando los dos ángulos de hélice son los mismos. Los engranes helicoidales en contacto deben tener el mismo Pn y , pero no necesariamente los mismos P y . Además, la relación de velocidad no es necesariamente la relación de los diámetros de paso; debe calcularse como la relación de los números de dientes. Debido a su punto teórico de contacto, los engranes helicoidales tienen capacidad muy bajapara soportar carga, por lo común, menos de 400 N de carga resultante por diente. Larestricción es el deterioro de la superficie, no la resistencia a la flexión. Para incrementar lacapacidad de carga, por lo común se usan relaciones de 2 o mas. Para incrementar la relaciónde contacto, por lo general, se recomiendan valores bajos del ángulo de presión y valoresrelativamente grandes de profundidad de diente.

(Figura H)Engranajes helicoidales cruzados

ALGUNOS ENGRANAJES HELICOIDALES

Engranajes cílindricos helicoidales:

Engranaje cilíndrico helicoidal: son aquellos donde se ha creado un ángulo entre el recorrido de los dientes con respecto al eje axial con el fin se asegura una entrada más progresiva del contacto entre dientes y dientes, reduciendo el ruido de funcionamiento y aumentado la resistencia de los dientes de engranaje.

Aplicación: constituyen los engranajes mayormente utilizados en la actualidad en aplicaciones donde es necesario la transmisión entre ejes paralelos a altas velocidades .Ej: caja reductora de automóviles

Desventajas: la principal desventaja frente a los engranajes cilíndricos rectos es la generación de fuerzas axiales debido al ángulo de su hélice. Estas se pueden compensar mediante la utilización de rodamientos especiales (para torques bajos) y de engranajes opuestas en el mismo eje o engranaje bi-helicoidales (para torques altos)

Engranajes cónicos helicoidales

Engranajes cónico helicoidales: son utilizados para efectuar una reducción de velocidad con ejes de 90 grados (perpendiculares).Se diferencia de los cónico rectos en que los dientes no recorren un sentido radial al centro del eje del engranaje .Presentan una mayor superficie de contacto entre piñón (engranaje más pequeño) y una corona (engranaje con mayor numero de dientes) ya que más de un diente hace contacto a la vez. Este ultimo ayuda a un funcionamiento relativamente más silencioso. Los engranajes cónicos requieren mucho cuidado en el montaje, así como se recomienda siempre el reemplazo de ambos engranajes (piñón y corona), debido a que son más sensibles a errores de contactos en los dientes que otros engranajes.

Aplicación: virtualmente todas las transmisiones posteriores de camiones y automóviles fabricados en la actualidad

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