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El engranaje de ángulo derecho tiene una manera de hacer que los ingenieros decidan dónde comprometerse. Gran parte de ello se deriva de la posición del pinión de entrada en relación con el equipo de salida, que afecta las ratios disponibles, la capacidad de carga y la eficiencia. El tradeoff suele descender a densidad de relación o capacidad de par en un lado, y eficiencia mecánica en el otro.
Los tres tipos más comunes de engranaje de ángulo recto son la bifurcación espiral, gusano e hipoide. De ellos, hipoid ofrece un equilibrio de eficiencia mecánica, capacidad de carga y rango de relación de una sola etapa. En este artículo, exploraremos cómo se compara hipoide con gusano, bisel y engranaje bevel-planetario.
Los tipos comunes de engranaje usados en cajas de engranaje de ángulo recto incluyen bisel, hipodida y gusano. (Imágen: GAM.)
¿Qué es el engranaje hipódico?
El engranaje hipoide es un tipo de engranaje espiral en el que los ejes se compensan entre sí. Su acción de fundición es principalmente rodando con un pequeño componente de deslizamiento. Esta combinación proporciona un engranaje hipodético de alta eficiencia mecánica al tiempo que ayuda a limitar el desgaste con el tiempo. También proporciona mayor área de contacto dental, contribuyendo a una alta capacidad de carga. El engranaje Hypoid ofrece ratios de una sola etapa de media a alta, normalmente hasta 10:1 o 15:1.
Hipoide vs gusano engranaje
El engranaje Worm utiliza un engranaje similar a un engranaje de espolón y un pinión que se asemeja a un tornillo, con el perpendicular posicionado de la piña al engranaje de salida. Su acción de fundición tiene un alto componente de deslizamiento, que genera fricción y resulta en la menor eficiencia mecánica de los tres tipos de engranaje de ángulo derecho.
El diseño ofrece algunas ventajas. El engranaje de gusano tiene un área de contacto dental muy alta, lo que conduce a la mayor capacidad de par de las opciones de engranaje. En términos de ratios de una sola etapa, los engranajes de gusano generalmente comienzan alrededor de 10:1 a 15:1 y pueden ir a 100:1 o más.
Dado que el engranaje hipodético combina la acción de rodamiento con sólo una pequeña cantidad de deslizamiento, ofrece mayor eficiencia que el engranaje de gusano y es menos propenso a usar con el tiempo.
“Porque hay tanta acción deslizante en un engranaje de gusano, muchas veces uno de los engranajes —la rueda— estará hecho de un material más suave como bronce o bronce para ayudar con la fricción deslizante”, dice Matt Ruggles, ingeniero de diseño senior de GAM, un fabricante estadounidense de reductores de engranajes de servo y otros componentes de control de movimiento. “El set de engranajes tiende a usar más rápido, y por lo tanto su reacción se abrirá con el tiempo mucho más rápido que en un equipo hipodido”.
El arreglo pinion-to-gear varía a través de engranajes hipoid, gusano y bisel, cada uno que representa un desvío diferente de la eficiencia contra la relación de engranaje y la capacidad de par. (Imágen: GAM.)
Hipoide vs bevel engranaje
El engranaje de bisagra utiliza dientes rectos o helicoidales, con el engranaje de pinión y salida en ejes intersecantes. Debido a que los dientes se funden a través de una acción puramente rodante, hay muy poco deslizamiento en la malla de marcha.
“El engranaje es el más eficiente de todos los tipos de engranajes para el ángulo derecho, pero es mucho más limitado ratio”, dice Ruggles. “Puedes hacer algo de velocidad aumentando. Cuando llegas a la velocidad decreciente, cuando llegas a las proporciones más altas, comienzas a sacrificar la capacidad de par muy rápidamente. Así que 6:1 es acerca de donde la gente generalmente se detiene, al menos en aplicaciones normales.”
Mientras que hipoide es som
elo menos eficiente debido a su pequeña cantidad de acción deslizante, tiene mayor área de contacto con dientes que engranaje de bisel, dándole mayor capacidad de carga. También puede lograr mayores ratios de una sola etapa dentro de un sobre de tamaño similar que la bevel.
Hipoid vs bevel-planetary gearing
Una manera de ganar ratios adicionales con un equipo de bisel es emparejarlo con una etapa planetaria.
“La desventaja que hay ahora es que estás pagando por dos sets de engranajes, la maravilla y el planetario”, dice Ruggles. “Aunque la bobina es más eficiente, debido al conjunto de engranajes adicionales, eso es un éxito para su eficiencia”.
Luego está el problema del tamaño. Un bisel-planetario es una unidad más grande porque tiene dos conjuntos de engranajes, junto con los rodamientos y otros componentes que tienen que adaptarse juntos. Hypoid puede alcanzar proporciones similares con un conjunto de engranajes; unidades de granel-planetario varían de 3:1 a 10:1 con dos etapas de engranaje, mientras que un hipoide puede cubrir 3:1 a 15:1 con una sola etapa de engranaje y dentro de una caja de engranaje denser.
“Hypoid ofrece una densidad de par similar o mejor torque en un sobre más pequeño, las mismas opciones de relación, con una eficiencia aproximadamente equivalente”, dice Ruggles. “Además, porque sólo hay un juego de engranajes, tienes mucho mejor control sobre la barra de atrás. Porque hay menos componentes, es un sistema mucho más rígido”.
Aplicaciones donde el engranaje hipodido encaja mejor
El engranaje hipoide es adecuado para aplicaciones que necesitan capacidad de relación, fuerza y eficiencia dentro de un factor de forma compacto (pensar, robótica). Se desarrolló fuera de la industria automotriz y fue adoptado posteriormente en la industria servo con cajas de cambios como la serie Dyna-Lite y Dyna de GAM.
Las cajas hipodoides de alta precisión de GAM Dyna Series proporcionan retroalimentación tan baja como 1 arcmin y eficiencia hasta el 96%. (Imágen: GAM.)
“Tenemos mucha experiencia con el engranaje hipoidista”, dice Ruggles. “Sabemos qué aplicaciones funcionan muy bien para ella, qué aplicaciones son mejores para otras tecnologías, y somos capaces de personalizar esas soluciones para que coincidan con lo que un cliente necesita. Hemos puesto planetarios en las entradas de los hipóides. Si necesita una caja de cambios de 1000:1, pero no quiere una caja de cambios de gusano, puede obtener la relación que necesita para una eficiencia mucho mejor y muchas veces un factor de forma mucho mejor.”
Para obtener más información sobre las cajas de cambios de ángulo derecho, visite GAM.
Las ventajas de la engranaje hipodida sobre gusano, bevel y bevel-planetary aparecieron primero en The Robot Report.
Fuente: The Robot Report
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