EN 7802 Engranajes rectos Plástico, ángulo de presión de 20°, módulo 3

Engranajes

Los engranajes transfieren un movimiento giratorio de un eje de transmisión a un eje accionado mediante un bloqueo positivo. Dependiendo de la relación de la cantidad de dientes de los engranajes usados, la velocidad y el par pueden mantenerse, reducirse y aumentarse. Esto se llama relación del engranaje, donde el engranaje accionado se pone en relación con el engranaje de transmisión. La relación inversa se aplica a las velocidades resultantes. Vea las ecuaciones de abajo. Gracias al bloqueo positivo entre los pares de engranajes, el movimiento giratorio se transmite de forma precisa y sin deslizamientos.

Un emparejamiento de dos o más engranajes combinados se llama tren de engranajes o caja de engranajes. Normalmente el engranaje más pequeño se llama piñón, mientras que el mayor se llama simplemente engranaje. Los engranajes de transmisión y accionado siempre giran en sentido contrario. Si no se desea que sea así, se debe colocar un tercer engranaje entre ellos como engranaje intermedio. Los trenes de engranajes necesitan distancias al centro pequeñas, que pueden verse influidas por la cantidad de dientes seleccionada.

Relación del engranaje i =

Relación de la velocidad: i = n₁ / n₂
Relación del conteo de dientes i = z₂ / z₁

La forma, el tamaño y la geometría del diente se pueden describir a partir de un perfil de referencia trapezoidal, que, en principio, se corresponde con el perfil de una cremallera. El diente o la altura del trapezoide están normalizados con un valor modular, que se especifica en milímetros. El ángulo de los lados simétricos del trapezoide se denomina ángulo de presión.

El perfil de referencia se asigna al diente individual girando una curva envolvente a lo largo de la superficie de contacto. Solo es posible emparejar engranajes con el mismo módulo y ángulo de presión.

Cremalleras

Se puede considerar una cremallera como un segmento de un engranaje con un diámetro de tamaño infinito. Los dientes de la cremallera se corresponden entonces de forma precisa con el perfil de referencia, y no tienen flancos de dientes curvados. Una combinación de cremallera y engranaje recto permite convertir movimientos giratorios en movimientos lineales y viceversa. El engranaje que engancha con la cremallera se llama piñón. Las unidades de cremallera se usan en aplicaciones de automatización con alta precisión de repetición y cambios frecuentes de dirección y carga.

En los sistemas transportadores se usan con frecuencia accionamientos de cremalleras en que la cremallera permanece inmóvil mientras el piñón se mueve a lo largo de la cremallera. El caso opuesto, en que el piñón gira alrededor de un eje fijo mientras la cremallera se mueve, se usa a menudo en sistemas de extrusión, así como en aplicaciones de elevación y avance.

El valor mecánico más importante de las cremalleras dentadas es la máxima fuerza que puede ejercerse sobre un solo diente.

Lo que sigue son las fórmulas aplicables de forma general para el diseño de engranajes rectos.

Módulo m
en mm

Medio p
en mm

Conteo de dientes z

Altura del diente h
en mm

Diámetro primitivo Ø d
en mm

Altura de la cabeza del diente h_a
en mm

Diámetro exterior Ø d_a
en mm

Altura del pie del diente h_f
en mm

Diámetro interior Ø d_f
en mm

Holgura del ápice c
en mm

Relación del engranaje i

Distancia al centro de referencia a_d
en mm

Distancia al centro a
en mm

Se deben tomar en consideración las siguientes tolerancias t para la distancia al centro a:
t = +0.03/+0.1 con módulo 0.5/1/1.5
t = +0.08/+0.3 con módulo 2/2.5/3

Los engranajes rectos EN 7802 tienen un dentado envolvente con ángulo de presión de 20°. Solo pueden emparejarse unos con otros los engranajes con el mismo módulo y ángulo de presión.

Se aplican las siguientes correspondencias a los dentados envolventes:

Los flancos de los dientes de los engranajes tienen forma de curva envolvente.

La tangente que es perpendicular a la línea de acción discurre a través del punto de contacto entre los dos flancos de los dientes (envolventes). La línea de acción tiene un ángulo de 20° respecto de la línea de paso del enganche.

El punto de paso se encuentra en la línea de enganche en la intersección entre la línea de acción y la línea central de los ejes del engranaje.

Para cada engranaje, se puede diseñar un contraengranaje con un diámetro de paso de tamaño infinito que tenga un perfil de dentado trapezoidal. Este perfil de referencia se corresponde entonces de forma precisa con el perfil de la cremallera.

Diámetro del círculo de base d_b

El paso p del círculo de paso corresponde al paso p de la línea de enganche.

El paso base p_b corresponde al paso de contacto p_e.

El paso de contacto p_e está determinado por el paso p y el tamaño del ángulo de presión α.

Paso base p_b

Paso de contacto p_e

Ventajas específicas del material

Los engranajes EN 7802 están hechos de poliamida y ofrecen las siguientes ventajas materiales específicas:

• Menor peso en comparación con los engranajes metálicos
• Menor ruido
• Menor coeficiente de fricción, por lo que no es absolutamente necesaria la lubricación
• Gran resistencia a la corrosión
• Mayor transmisión de par en comparación con otros plásticos, como el poliacetal (POM)/la policetona (PK).

Además, los engranajes de acero a menudo están sobredimensionados para su aplicación. En ese caso, los engranajes de poliamida son
una alternativa eficiente en costes. Los engranajes rectos EN 7802 de poliamida se usan a menudo en las siguientes aplicaciones:

• Máquinas empaquetadoras y transportadoras
• Máquinas de limpieza industrial
• Máquinas de procesamiento de cristal y cerámica
• Maquinaria agrícola
• Industrias química y farmacéutica
• Electrodomésticos

Lubricación / mantenimiento

Una de las principales ventajas de los engranajes rectos EN 7802 de plástico es que se pueden usar sin lubricación. Si, no obstante, se requiere lubricación para reducir la fricción y el desgaste o para aumentar la vida útil del engranaje, se recomienda grasa de litio saponificada con base de aceite mineral.

Emparejamiento de engranajes: metal y plástico

Los engranajes rectos EN 7802 de plástico también se pueden usar en combinación con engranajes de metal.

Con este emparejamiento, el engranaje más pequeño (el piñón) debe ser de metal, y el mayor, de plástico, ya que el desgaste del mayor se distribuye entre más dientes, lo que se traduce en una vida útil más larga.

La combinación de engranajes de metal y de plástico ofrece ventajas adicionales, ya que el metal tiene una mayor conductividad térmica, lo que proporciona una mayor disipación del calor durante el funcionamiento y la correspondiente reducción del desgaste del engranaje de plástico.

Mecanizado del núcleo de engranajes de plástico

Deben observarse los siguientes aspectos al hacer una perforación o un chavetero:

• Las mordazas de sujeción que se usen deben estar adaptadas con precisión al diámetro exterior del engranaje.
• La superficie de sujeción debe ser lo más ancha posible. Por ejemplo, para el módulo 3 es necesario sujetar al menos 3 o 4 dientes y, para el módulo 1, al menos 7 dientes.
• Deben seleccionarse parámetros de corte y velocidades de avance apropiados para la poliamida según el método de mecanizado. Debe usarse, si es necesario, refrigeración o lubricación durante el mecanizado.

Par de torsión

Las especificaciones del par de la tabla de la hoja de datos normalizados correspondiente se han determinado mediante una combinación de cálculos teóricos y pruebas de laboratorio. Los datos determinados empíricamente se han verificado con software apropiado, considerando la directriz VDI 2736 para el diseño de engranajes termoplásticos.

Las series de pruebas se realizaron en funcionamiento continuo a una velocidad de 100-150 rpm sin lubricación, con el fin de realizar la prueba en las condiciones más duras.

Para el cálculo teórico se partió de los siguientes presupuestos:

• La fuerza del diente F se descompone en fuerza tangencial F_t y fuerza radial F_r.
• La fuerza radial F_r se considera despreciable. Como resultado, se puede considerar que la fuerza del diente F tiene el mismo valor que la fuerza tangencial F_t en el círculo del paso.
• Se considera el caso menos favorable, en que solo está enganchado un diente.

La fuerza tangencial F_t está relacionada con el par a través del diámetro del círculo del paso. La siguiente fórmula se aplica al par nominal:

Los pares indicados en la hoja de datos normalizados deben considerarse valores de referencia y pueden variar según la situación de la aplicación específica. Las condiciones de funcionamiento, como la velocidad, la temperatura, el emparejamiento de engranajes de diferentes materiales, funcionamiento con o sin lubricación, etc., influyen decisivamente en la capacidad de carga.