transmision por tornillo sin fin-rpm
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CAPITULO III
DISEÑO DE TRANSMISION TORNILLO SIN FIN
RUEDA DENTADA
APLICACIONES INDUSTRIALES
EngranajesTornillo sinfín - corona
Tornillo sin fin y coronas
•Es un caso particular de engranajes helicoidales con ejes que se cruzan a 90º. El ángulo de hélice del piñón se toma próximo a los 90º y el número de dientes del mismo es tan pequeño que sus dientes forman hélices completas (llamadas entradas del tornillo o hilos del tornillo).
•El piñón se convierte en tornillo sin fin y la rueda se denomina corona. El número de dientes del piñón es igual a l número de dientes de entradas o hilos del tornillo.
Tornillo sinfín - corona
• El Tornillo Sinfín - Corona es utilizado para transmitir potencia entre dos ejes que se cruzan formando un ángulo recto.
• El sinfín y la rueda tienen el mismo sesgo de hélice, como en el caso de los engranajes helicoidales cruzados, pero de ángulos diferentes. El ángulo de la hélice del sinfín suele ser muy grande y el de la rueda muy pequeño.
• La corona es semejante a un engranaje recto, con unos dientes que presentan cierta torsión y cierta curvatura, para conformarse al sinfín.
• El sinfín es un tornillo cuyos hilos tienen la misma forma que un diente de cremallera.
Representación del Tornillosinfín-Corona
Con este tipo de transmisión se consiguen reducciones de velocidade grandes, ya que un sinfín de una sola entrada hace avanzar un diente de la corona y un espacio en cada revolución
TORNILLO SINFÍN-CORONACILÍNDRICOS
• En general, el paso de rosca del tornillo será igual al paso axial del tornillo por el número de entradas: p=PI*d1*ctgB1= Pax Z1=PI*max*Z1.
• A.-Tipos de tornillos sin fin y coronas:
• El tornillo sin fin generalmente desempeña el papel de la rueda conductora. Se distinguen tres tipos:
–Tornillo sin fin y corona cilíndricos–La rueda conducida es igual a la de los engranajes cilíndricos usuales. –El contacto es puntual y por lo tanto el desgaste de ambos es rápido.–Se utiliza en la transmisión de pequeños esfuerzos y a velocidades reducidas.
TORNILLO SINFÍN CORONADIENTES CÓNCAVOS
–Tornillo sin fin cilíndrico y corona de dientes cóncavos–El tornillo mantiene su forma cilíndrica, con sus filetes helicoidales. La rueda está tallada de forma que sus dientes están curvados, con el centro de curvatura situado sobre el eje del tornillo sin fin.
–El contacto entre los dientes es lineal, lo que hace que se trasmita mejor el esfuerzo y por tanto se produce menos desgaste.
–Se utiliza en mecanismos de reducción.
TORNILLO SINFÍN CORONAGLOBOIDAL
–Tornillo sin fin y corona globoidal–El tornillo se adapta a la forma de la rueda.
–Es poco frecuente, debido a su alto coste de fabricación.
–Se utiliza en las cajas de dirección de los automóviles.
Tornillo sinfín - corona
• Al especificar el paso de engranajes de sinfín, se acostumbra expresar el paso axial Pa del sinfín y el paso circular transversal Pc , que a menudo se conoce simplemente como paso circular de la corona,
• Estos pasos son iguales cuando el ángulo entre ejes es de 90º.
• El diámetro de paso del engrane es el que se mide en un plano que contiene al eje del tornillo.
• El paso axial del sinfín es la distancia que hay desde un punto situado en un hilo al punto correspondiente del hilo siguiente, medida paralelamente al eje del sinfín.
Tornillo sinfín - corona
Tornillo sin fínCorona
B.-Irreversibilidad del movimiento:
•En la mayoría de los casos el tornillo hace el papel de rueda conductora, con lo que el sistema es un conductor de velocidad.
•Dependiendo del coeficiente de rozamiento entre dientes y del ángulo de hélice, el mecanismo de tornillo sin fin y corona presenta la característica de que es un mecanismo no reversible, es decir, aunque el tornillo puede girar en cualquier sentido y arrastrar a la corona, si ésta es la que gira, no puede arrastrar al tornillo.
•Este fenómeno se aprovecha como mecanismo de seguridad en sistemas donde se necesite que la rueda no sea capaz de arrastrar al tornillo. Tiene especial aplicación en elevadores de carga, ascensores, donde la irrreversibilidad del mecanismo constituye el mejor freno de seguridad en caso de fallo de la energía eléctrica.
Tornillo sinfín - corona
Características y dimensiones del tornillo sin fin y de la corona
Tornillo sinfín - corona
Características y dimensiones del tornillo sin fin y de la corona
Tornillo sinfín - corona
Ejemplos
Ejemplos
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TORNILLO SIN FIN, CONSIDERACIONES DE DISEÑO.
La figura 1 muestra un tornillo sin fin (o gusano) y su engrane. Debe notarse que los ejes no
se cortan y que el ángulo entre los mismos es de 90°; éste es el usual entre ejes, aunque
pueden utilizarse otros. El tornillo sin fin, aveces llamado simplemente sinfín, se distingue
por la figura que tiene, quizá cinco o seis dientes (o hilos de rosca). Un gusano de un diente
se asemejaría mucho a un hilo de rosca tipo acme.
Figura 1
CAPACIDADES DE POTENCIA DE UN MECANISMO DE TORNILLO SIN FIN
-Muchos tornillos sin fin-rueda dentada son suficientemente calculados en forma
aproximada por el método de LEWIS.
-El método de la AGMA permite rápidamente evaluar la POTENCIA NOMINAL de la
transmisión en el eje de entrada.
-La Potencia de utilización puede fijarse entonces mediante los conocidos factores de
servicio.
-La ecuación de la AGMA evalúa la potencia nominal de entrada ( en HP ) en la siguiente
forma:
El primer termino del segundo miembro es la potencia de salida, y el segundo es la perdida
de potencia.
La notación de las ecuaciones anteriores es como sigue. HPn = Potencia nominal de entrada WGt = Carga tangencial a transmitir, lb DG = Diámetro de paso de la rueda, pulg mG = Relación de transmisión nW = Velocidad del gusano, rpm VS = Velocidad friccional, ppm Wf = Fuerza friccional, lb
-La carga tangencial transmitida permisible WGt :
KS = Factor de tamaño y material de la rueda, Figura nº1 Depende del ancho efectivo ( Fe ) Fe = Ancho efectivo del diente; Fe ó 2/3Dw ( usar el menor valor ) Km = Factor de relación de velocidades, Figura nº2 ( con relación de transmisión ) Kv = Factor de velocidad, Figura nº3 ( velocidad friccional )
33000*
*126000** fS
G
WGGt WVmnDW
HPn +=
vmeGGt KKFDKsW **** 8.0=
-La carga Friccional Wf:
Wf *Wf =
W : carga normal al diente
ó aproximadamente
La carga friccional produce la perdida de potencia por la friccion, que se trasformara en
calor :
CAPACIDAD TERMICA :CONSIDERACIONES DE CALOR
Si la caja de engranes se calienta con exceso, la película lubricante se puede
adelgazar demasiado y cortarse dando lugar a que se establezca el contacto directo entre las
superficies. Cuando esto ocurre, el rozamiento aumenta, se genera más calor y, finalmente,
se produce una seria abrasión y escoración. Los lubricantes de presión extrema (EP)
reducen estas dificultades cuando los elementos motriz y conducido son de acero.
En muchas circunstancias la capacidad de transmisión de potencia esta determinada
por la capacidad radiante de la caja o cárter, capacidad que a su vez depende de las
condiciones ambientales.
λλφ SenfCosnCosWf
Wf Gt
***
−=
λφ CosnCosWfWf Gt
**
=
a.- TRANSMISIONES EXPUESTAS.- Área de disipación del calor, las áreas proyectadas
del gusano y de la rueda.
CALOR GENERADO: Qg
El calor Qg generado que debe ser disipado en una caja de engranes es igual a la pérdida
debida al rozamiento, la cual se toma a su vez igual a la potencia de entrada HPi
multiplicada por (1 – e), siendo E la eficiencia de la transmisión expresado en fracción; así:
CALOR DISIPADO : Qd
La cantidad de calor que disipa la caja por convección y radiación depende de los
factores siguientes: el área de la caja, la diferencia de temperatura entre la caja y el
ambiente y la transmitancia o coeficiente de transmisión de calor hcr, la cual es a su vez
función de la temperatura, de la velocidad del aire que incide en la caja y de otras variables.
Como las temperaturas ambientales que ordinariamente intervienen varían poco, hcr varía
con las dimensiones de la caja y la velocidad del aire. La capacidad de disipación del calor
de la caja de engranes, se expresa por:
donde A es el área radiante de la caja de paredes lisas en pulgadas cuadradas, Δt es el
aumento de temperatura del lubricante con respecto a la temperatura ambiente. La máxima
temperatura del lubricante no debe exceder, a ser posible, ( 180°F ).
CONDICIONES DE EQUILIBRIO
b.- TRANSMISIONES CON CAJA.-
Para reductores de velocidad de engranes do tornillo sinfín de servicio pesado, la AGMA
recomienda un área mínima de la envoltura, con exclusión de la base, bridas y aletas o
nervios, de:
TIPO IU1EDIl.
Jaool
86
!'10TOR r~ ..'
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24 horas 1,25 1,50 1,75. ·1'
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. HO'l'OR DE 1/2 hora ,1:! COMBUSTION ,.----. INTERNA Intermitente 1,00 1,25 l,50MULTICILINDRICO 2 horas
10 horas
1,,25 I 1.50 I 1,75 il1,50 _1 1,75 ~ 2,00
~
1,251,00 1,50
~1,50 1,75I
1,50 1,75 2'~11,75 2,00 2,25---
0,90 1,00 1,25
1,00 1,25 1,50
1,25 I 1,50 1,75
C50 1,75 2,00._--
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ANCHO EFECTIVO DEL DIENTE, Fe. EN mmFtG.I; FACTOR DE MATERIAL, ~Sl PARA ENGRANAJE-
TORNiLlO SIN Flf\J TIPO CILlNDRICOOcasional,
MOTOR DE ~ 1/2 horaCOMBUSTION . I
.
'.1' INTER1~A I.ntermiten'!:eI MONOCILINDRICO 2 horas
l--[,1'10:1 CON ]..RRANQUES y¡PARADAS
[I.,FRECUENTES (masde 10 arranques¡ por d.í.a)II
tI ,
10 horas -+-'.- I I I24 horas
24 horas
'>',f.
~~o.e
~~o:30;7~
~sa 0.6Iil§Los valores dados en la tabla son para arranques normales
y para situaciones momentáneas y con cargas de pico hastael 300% de la capacidad nominal de diseño. ~
~(U¡
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Ocasional,1/2 hora
Intermitente2 horas
__ o i
RELAC,!ON DE TRANSMiS¡ON
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TIPO IU1EDIl.
Jaool
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TORNiLlO SIN Flf\J TIPO CILlNDRICOOcasional,
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RELAC,!ON DE TRANSMiS¡ON
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PROBLEMA : En la figura, para la operación de la faja se requiere una potencia útil de 10 HP.
Calcular en base a los datos, la transmisión TORNILLO SIN FIN-RUEDA DENTADA por el método de la AGMA. Adoptando de ser posible una reducción de valor usual, usar un paso normal estándar ,factor de servicio = 1.25, distancia entre centros aproximadamente 5 pulgadas, para el tornillo 6 entradas, ángulo de presión 200
MATERIALES: Tornillo sin fin :Acero endurecido, Rueda dentada :Bronce
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