Torniellu ensin fin

Torniellu ensin fin
	cambéu de marches

N'inxeniería mecánica denomínase torniellu ensin fin a un dispositivu que tresmite'l movimientu ente exes que son perpendiculares ente sigo, por aciu un sistema de dos pieces: el "torniellu" (con dentáu helicoidal), y un engranaxe circular denomináu "corona".

Principios de funcionamientu

Rellaciones xeométriques

Cada vez que'l torniellu ensin fin da una vuelta completa, l'engranaxe avanza un númberu de dientes igual al númberu d'entraes del cientu. El torniellu ensin fin puede ser un mecanismu irreversible o non, dependiendo del ángulu de la héliz, xunto a otros factores.

La velocidá de xiru de la exa conducida depende del númberu d'entraes del torniellu y del númberu de dientes de la rueda. Puede entendese el númberu d'entraes del torniellu como'l númberu d'hélices simples que lo formen. Na práutica la mayoría de torniellos son d'una sola entrada, polo que cada vez qu'esti d'una vuelta, l'engranaxe avanza un solu diente.

La espresión pola que se rixe esti mecanismu ye similar a la de les ruedes dentaes teniendo en cuenta'l númberu d'entraes del torniellu como elementu motor nesti casu:

n_{1}\cdot y_{1}=n_{2}\cdot Z_{2}

Onde:

$n$ = númberu de vueltes.
$Z$ = númberu de dientes de la rueda conducida.
$y$ = númberu d'entraes del torniellu ensin fin.

Teniendo en cuenta que $y$ siempres ye enforma menor que $z$ , la rellación de tresmisión siempres va ser menor polo que va actuar como un Reductores de velocidá reductor de velocidá. Nel casu habitual d'una sola entrada ( $y=1$ ), el torniellu ensin fin fai equivalente a un engranaxe que tuviera un solu diente, siendo la rellación d'amenorgamientu direutamente igual al númberu de dientes del engranaxe.

Direición de la tresmisión

Al contrariu que nos sistemes de piñón y cremallera, polo xeneral (salvu casos especiales) la direición de la tresmisión del movimientu ente los dos exes nun ye reversible, especialmente cuando s'usen coeficientes d'amenorgamientu grande con torniellos d'una sola espiral: ye'l torniellu'l que fai xirar al engranaxe, y non al aviesu. Esto ye por cuenta de que la espiral del torniellu ye notablemente perpendicular a los dientes de la rueda, dando un momentu de xiru práuticamente nulu cuando s'intenta faela xirar. Trátase d'una ventaya considerable cuando se desea esaniciar cualquier posibilidá de que los movimientos de la rueda tresmitir al torniellu. Sicasí, nos torniellos d'espirales múltiples, esti efeutu amenórgase considerablemente, debiéndose tener en cuenta l'amenorgamientu del efeutu de frenáu, hasta'l puntu de que l'engranaxe puede ser capaz de faer xirar al torniellu.

Mecanismos ensin fin de distintu sentíu de xiru

Configuraciones del ensin fin nes que l'equipu nun puede tresmitir movimientos al torniellu dizse que son autoblocantes, circunstancia que depende del ángulu d'ataque ente engranaxes y del coeficiente de resfregón ente dambos.

Sentíu de xiru

Un ensin fin dextrógiro ye aquel en que les espirales del torniellu inclinar escontra'l so llau esquierdu cuando se repara cola so exa en posición horizontal, coincidiendo colos criterios habituales usaos en física y en mecánica. Dos engranaxes helicoidales esternos qu'operen sobre exes paraleles tienen de ser de la mano contraria. Sicasí, un torniellu helicoidal y el so piñón tienen de ser de la mesma mano.

Un ensin fin levógiro ye aquel en que les espirales del torniellu inclinar escontra'l so llau derechu cuando se repara cola so exa en posición horizontal.^[1]

Tipos

En función de la xeometría de los dientes del torniellu y del engranaxe, hai tres tipos de configuraciones del ensin fin:

Torniellu ensin fin. Imaxe de los trés tipos

"Ensin gargüelu". Ye'l tipu más senciellu. Nesti casu, les cares esteriores de los dientes coinciden coles superficies iniciales nes que se mecanizan: la del cilindru nel que s'inscribe'l torniellu, y la de la banda esterior del discu nel que se talla l'engranaxe. Esto ye, son superficies reglaes, con seición recta según la direición de les generatrices del cilindru y del discu.
"Con un gargüelu". Nuna operación adicional, tállase un riegu de perfil circular na cara esterior de los dientes del engranaxe (paecíu al gargüelu cola que se diseñen les polees pa faer encaxar la seición de la cuerda nel perfil del discu). Con esta disposición, los dientes del engranaxe fáense encaxar nel diámetru interior de la héliz tallada nel torniellu, ameyorando'l contautu ente los dos pieces.
"De doble gargüelu". Como nel casu anterior, dispónse un gargüelu nos dientes del engranaxe, y amás afaise la contorna del torniellu al del engranaxe col qu'encaxa, adoptando la carauterística forma de "reló d'arena" (el diámetru del torniellu y el tamañu de los sos dientes aumenta dende'l centru a los estremos), de forma que s'amonta notablemente la superficie de contautu ente los dos pieces dentaes. Esti tipu de mecanismu ye de fabricación más complexa, anque tien la ventaya de poder soportar cargues mecániques más altes.^[2] Pol so especial xeometría, tamién se denominen "torniellos globulares" o envolventes.

En máquines d'altu rendimientu xeneralizóse l'usu del ensin fin de "doble gargüelu".^[3] Los otros dos tipos utilizar na fabricación de dispositivos más senciellos y de menor costu.

Aplicaciones

Un cientu controlando una puerta. La posición de la puerta queda afitada una vegada que se detién el torniellu

Nos automóviles de principios del sieglu XX, antes de la introducción de la direición asistida, l'efeutu d'un planu o un arreventón nuna de les ruedes delanteres provocaba que'l mecanismu de direición esviar escontra'l llau del neumáticu pincháu. L'empléu d'un ensin fin na columna de direición amenorga esti efeutu. El desenvolvimientu posterior del sistema de husillo de boles, dexó amenorgar entá más les esfregadures; ameyorando tanto'l control del vehículu como la durabilidá y precisión del mecanismu de direición.

L'ensin fin ye un mediu compactu p'amenorgar la velocidá y aumentar el par de xiru especialmente en motores llétricos pequeños, que xeneralmente son d'alta velocidá y de baxu par. La adición d'un ensin fin aumenta notablemente les sos posibilidaes d'aplicación.

Torniellos ensin fin utilizar en prenses, laminadores, cadenes de montaxe, maquinaria n'industries d'esplotación minera, en timones de barcu y en sierres circulares. Amás, en fresadores y máquines herramienta sirven p'allugar los preseos de corte na zona de trabayu con alta precisión, utilizando sistemes de doble torniellu con tolerancies estrictes. Tamién s'utilicen nos mecanismos de control de munchos tipos d'ascensores y d'escaleres mecániques, por cuenta del so tamañu compactu y a la non reversibilidad del movimientu.

Na dómina de los barcos de vela, la introducción del ensin fin pa controlar el timón foi una meyora significativa. Hasta entós, el mecanismu utilizáu consistía nuna cuerda arrollada a un tornu. Munchos barcos cuntaben con dos ruedes de gran diámetru, porque en casu de marexada podíen precisase hasta cuatro tripulantes pa gobernar el timón.

Ensin fin de la tracción d'un camión. Década de 1930

Sistemes de torniellu ensin fin utilizáronse en dellos automóviles de tracción trasera anteriores a l'apaición del mecanismu diferencial. Con posterioridá viose que'l so usu tien la ventaya de podese allugar nel puntu altu o nel puntu baxu de la corona del diferencial. Na década de 1910 yera común ver el cientu asitiáu na parte de riba del diferencial, ameyorando l'altor útil sobre'l terrén de los camiones que s'utilizaben pa circular per caminos de tierra. Sicasí, na década de 1920 la firma Stutz Motor Company utilizaba esti sistema nos sos coches, nesti casu, pa tener un xasis más baxu que los sos competidores, polo que s'asitiaba l'engranaxe na parte inferior del diferencial. Un exemplu d'alredor de 1960 foi'l Peugeot 404.

Un ensin fin formando parte del diferencial, evita que'l vehículu recule nuna rimada ensin necesidá d'utilizar el frenu. Esta ventaya, sicasí, nun compensaba los problemes amestaos a los escesivos coeficientes d'amenorgamientu de xiru resultantes.

Torniellos ensin fin nel clavijero d'un contrabaxu

Una esceición recién ye'l Diferencial Torsen, qu'utiliza engranaxes ensin fin y engranaxes planetarios en llugar del engranaxe cónicu de los diferenciales abiertos convencionales. Diferenciales Torsen utilizar nel vehículu militar Humvee y en dellos modelos de Hummer. Tamién los incorporen dellos vehículos de tracción nos cuatro ruedes, como los Audi Quattro. Dellos camiones pesaos, como los grandes dumpers utilizaos en construcción y en minería, de cutiu utilicen un ensin fin diferencial pa tresmitir la potencia dende'l motor a les ruedes. Nun ye tan eficiente como un engranaxe cónicu, polo qu'estos camiones suelen tener diferenciales avolumaos p'agospiar la gran cantidá d'aceite necesario p'absorber y estenar el calor creáu.

Asina mesmu, utilícense como mecanismu pal enterriáu de les cuerdes y el so afináu en munchos preseos musicales, incluyendo guitarres, contrabaxos, mandolines, buzukis y munchos banjos.

Mecanismos ensin fin de plásticu de cutiu utilícense con motores llétricos pequeños, pa llograr una salida con munches menos revoluciones que'l motor, que funciona meyor a una velocidá bastante alta. Esti sistema utilízase de cutiu en xuguetes y n'otros aparatos llétricos pequeños.

Les abrazaderes pa tubu utilicen p'afaer el so tamañu un torniellu ensin fin qu'encaxa nuna serie de ranuras.

N'ocasiones, un ensin fin puede diseñase pa funcionar a la inversa, resultando que la exa de salida xira muncho más rápido que'l d'entrada. Exemplos d'esto pueden trate en delles centrifugadores manuales o nel mecanismu regulador de velocidá de les caxes de música.

Fabricación

Nos torniellos helicoidales en primer llugar tállense los dientes y darréu afáense a les sos dimensiones definitives.^[4] Torniellos ensin fin utilizar en prenses, laminadores, cadenes de montaxe, maquinaria n'industries d'esplotación minera, en timones de barcu y en sierres circulares. Amás, en fresadores y máquines herramienta sirven p'allugar los preseos de corte na zona de trabayu con alta precisión, utilizando sistemes de doble torniellu con tolerancies estrictes. Tamién s'utilicen nos mecanismos de control de munchos tipos d'ascensores y d'escaleres mecániques, por cuenta del so tamañu compactu y a la non reversibilidad del movimientu.

Ver tamién

Bibliografía

Oberg, Erik (1920). The Industrial Press: Spiral and worm gearing.

Referencies

↑ American Gear Manufacturers Association: Gear Nomenclature, Definition of Terms with Symbols, páx. 72. ANSI/AGMA 1012-G05. ISBN 1-55589-846-7.
↑ «Worm-gears». Archiváu dende l'orixinal, el 6 d'ochobre de 2012. Consultáu'l 1 de mayu de 2009.
↑ American Gear Manufacturers Association: Gear Nomenclature, Definition of Terms with Symbols, páx. 3 y 4. ANSI/AGMA 1012-G05. ISBN 1-55589-846-7.
↑ Oberg. "Spiral and Worm hearing", 1920. PP = 213 – 214

[agma-1] American Gear Manufacturers Association: Gear Nomenclature, Definition of Terms with Symbols, páx. 72. ANSI/AGMA 1012-G05. ISBN 1-55589-846-7.

[2] «Worm-gears». Archiváu dende l'orixinal, el 6 d'ochobre de 2012. Consultáu'l 1 de mayu de 2009.

[3] American Gear Manufacturers Association: Gear Nomenclature, Definition of Terms with Symbols, páx. 3 y 4. ANSI/AGMA 1012-G05. ISBN 1-55589-846-7.

[oberg-4] Oberg. "Spiral and Worm hearing", 1920. PP = 213 – 214

[1]

[2]

[3]

[4]