La historia de los engranajes helicoidales y sus aplicaciones
Los dientes de un engranaje helicoidal se colocan en ángulo (en relación con el eje del engranaje) y toman la forma de una hélice. Esto permite que los dientes se mezclen progresivamente, primero con contacto puntual y progresando al contacto de línea a medida que se desarrolla el compromiso. Menos ruido es una de las ventajas más obvias de los engranajes helicoidales sobre los engranajes de espolón, especialmente a velocidades medias a altas. Además, con los engranajes helicoidales, varios dientes siempre están en malla, lo que resulta en una menor tensión en cada diente individual. Esto provoca una transferencia más suave de fuerzas de un diente a otro, reduciendo las vibraciones, las cargas de choque y el desgaste.
Sin embargo, el ángulo inclinado de los dientes genera un contacto deslizante entre los dientes, lo que resulta en fuerzas axiales y calor, reduciendo la eficiencia. Estas fuerzas axiales son importantes en la elección de rodamientos para engranajes helicoidales. Los engranajes helicoidales requieren empuje o rodamientos de rodillos, que generalmente son más grandes (y más caros) que los rodamientos básicos utilizados con engranajes de espolón, ya que deben soportar fuerzas radiales y axiales. El tamaño de la tangente del ángulo de la hélice afecta las fuerzas axiales. A pesar de que los ángulos de hélice más grandes permiten un movimiento más rápido y suave, el ángulo de la hélice generalmente se limita a 45 grados debido a la generación de fuerzas axiales.
Las tensiones axiales de los engranajes helicoidales se pueden mitigar mediante el empleo de engranajes helicoidales o de espiga gemelos. Estas configuraciones parecen ser dos engranajes helicoidales con manos opuestas colocadas espalda con espalda, pero en realidad están mecanizados a partir del mismo engranaje. (La diferencia entre los dos tipos es que los engranajes helicoidales dobles contienen una ranura entre los dientes en el centro, mientras que los engranajes de espiga no lo hacen). Debido a que las presiones axiales en cada par de dientes son canceladas por este diseño, se pueden utilizar mayores ángulos de hélice. También elimina el requisito de rodamientos de empuje.
Además de un movimiento más suave, mejores capacidades de velocidad y menos ruido, los engranajes helicoidales tienen el beneficio de poder utilizarse con ejes paralelos o no paralelos (de cruce). Los engranajes helicoidales con ejes paralelos requieren el mismo ángulo de hélice que los engranajes helicoidales con manos opuestas (es decir, dientes diestros frente a dientes zurdos).
Cuando se usan engranajes helicoidales cruzados, pueden ser de las mismas manos o de manos opuestas. El total de los ángulos de la hélice debe coincidir con el ángulo entre los ejes si los engranajes tienen las mismas manos. Los engranajes helicoidales cruzados con ejes perpendiculares (es decir, de 90 grados) son el ejemplo más típico de esto. Ambos engranajes tienen la misma mano, y sus ángulos de hélice suman hasta 90 grados. El ángulo entre los ejes debe ser igual a la diferencia entre los ángulos de la hélice en configuraciones con manos opuestas. Los engranajes helicoidales cruzados proporcionan una mayor libertad de diseño, pero debido a que el contacto entre los dientes está más cerca del contacto puntual que del contacto con la línea, tienen menores capacidades de fuerza que las versiones de eje paralelo.
En los casos en que los engranajes de espolón son adecuados pero los ejes no son paralelos, los engranajes helicoidales son con frecuencia la opción predeterminada. También se utilizan en situaciones que requieren altas velocidades o cargas. Por lo general, proporcionan un funcionamiento más suave y silencioso que los engranajes de espolón, independientemente de la carga o la velocidad.
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