Engranaje helicoidal dúplex | Doble línea, juego libre ajustable continuamente

Descripción general del producto

En todos los sistemas de transmisión de tornillo sin fin estándar, la holgura se acumula a medida que se desgastan las caras de los dientes. El metal desgastado desaparece, la distancia entre centros no se puede reducir y la única forma de cerrar el espacio entre el flanco de la rosca del tornillo sin fin y la cara del diente de la rueda en una transmisión estándar es reemplazar tanto el tornillo sin fin como la rueda. Esto es costoso y requiere mucho tiempo, pero para la mayoría de las transmisiones industriales es aceptable porque la especificación de holgura no es crítica. En las transmisiones de posicionamiento de precisión (mesas giratorias CNC, sistemas de avance de fresadoras, ejes de máquinas de medición), incluso 0,05 mm de holgura angular es demasiado. Una holgura de 0,05 mm en el círculo primitivo de la rueda helicoidal de 100 mm de diámetro se traduce en aproximadamente 3,4 minutos de arco de error de posición, suficiente para causar irregularidades superficiales visibles en una pieza mecanizada. Korea Ever-Power Worm Gear Co., Ltd fabrica conjuntos de engranajes helicoidales dúplex —también llamados engranajes helicoidales de doble entrada— que resuelven este problema haciendo que el grosor del diente del tornillo sin fin varíe continuamente a lo largo de su longitud, de modo que el desplazamiento axial del tornillo sin fin restablezca el juego original sin reemplazar ningún componente. Engranaje helicoidal dúplex Esta configuración es la solución correcta siempre que se deba mantener la precisión de posicionamiento bidireccional durante toda la vida útil del variador.

Cómo funciona el principio de doble conductor: el mecanismo de ingeniería.

Un tornillo sin fin dúplex se fabrica con valores de paso ligeramente diferentes en el flanco izquierdo y el flanco derecho de cada rosca. La diferencia es pequeña, pero se controla con precisión; normalmente, una diferencia de unas décimas de milímetro en el paso axial entre ambos flancos. Como consecuencia de esta diferencia, el grosor del diente —medido en el cilindro de paso— aumenta continuamente de un extremo al otro del tornillo sin fin. En el extremo más delgado, la rosca del tornillo sin fin se ajusta holgadamente al espacio entre los dientes de la rueda, con una holgura apreciable. En el extremo más grueso, la rosca del tornillo sin fin se ajusta firmemente, con una holgura prácticamente nula. El espacio entre roscas consecutivas (el ancho del espacio entre dientes) disminuye en consecuencia; la rosca y el espacio son complementarios.

El ajuste de la holgura se realiza desplazando axialmente el tornillo sin fin de manera que la sección con el grosor de diente necesario entre en contacto con la rueda, lo que proporciona la holgura deseada (Fig. 1). De esta forma, la holgura se puede ajustar a cualquier valor deseado durante el montaje del engranaje. Incluso los engranajes muy desgastados se pueden reajustar de forma precisa y continua sin modificar la geometría de contacto de los dientes ni generar interferencias de engranaje, una ventaja clave frente a cualquier otro método de control de la holgura.

En la rueda helicoidal, los distintos módulos de cada flanco generan diferentes coeficientes de modificación del adendo y diferentes diámetros de círculo de rodadura en la cara frontal y posterior de cada diente. Debido a esta asimetría, los perfiles de los dientes difieren entre la parte frontal y posterior. Sin embargo, y esto es fundamental para comprender el funcionamiento del sistema dúplex, el grosor de cada diente y la separación entre ellos se mantienen constantes en toda la circunferencia. Esto significa que el tornillo sin fin puede desplazarse a cualquier posición axial y la geometría del diente siempre se ajusta correctamente al tornillo sin fin en dicha posición. No existe una posición axial "preferida" con mejor contacto que otras; la calidad del contacto se mantiene uniforme en todo el rango de ajuste.

Cuatro métodos alternativos de ajuste de holgura: por qué cada uno se queda corto.

Antes de que los engranajes helicoidales dúplex se popularizaran, los ingenieros utilizaban otros cuatro métodos para controlar el juego en los mecanismos de tornillo sin fin. Comprender las deficiencias de cada una de estas alternativas aclara por qué el sistema dúplex es la solución superior para aplicaciones de posicionamiento de precisión.

Los cuatro métodos comparten el mismo problema fundamental, tal como se expone en la literatura técnica: Los ajustes y reajustes interfieren con el engranaje geométricamente preciso. Desplazan la zona de contacto y modifican su forma y tamaño. Esto reduce la capacidad de carga y disminuye la eficiencia. Cada ajuste provoca un desgaste inicial considerable. El riesgo de un montaje incorrecto y la consiguiente destrucción del conjunto de engranajes helicoidales es sustancial.

Los engranajes helicoidales dúplex no generan ninguno de estos problemas. Siempre permiten un contacto dentado geométricamente preciso y un ajuste de holgura muy delicado. El área de contacto, la capacidad de carga y la eficiencia real no se ven afectadas por el ajuste. Además, debido a que los dientes dúplex tienen forma de evolvente, son insensibles a las variaciones de la distancia entre centros —por ejemplo, las causadas por las deflexiones del eje del tornillo sin fin bajo carga—, lo que supone una ventaja adicional en cuanto a fiabilidad en transmisiones de precisión sometidas a cargas elevadas.

Duplex frente a alternativas: ¿Qué cambia tras el ajuste de la holgura?

Esta comparación constituye el argumento técnico fundamental para especificar la configuración dúplex en accionamientos de precisión. La columna "después del ajuste" refleja lo que sucede con el accionamiento tras cada reajuste de holgura: la información que determina si el accionamiento mantendrá su precisión de posicionamiento tras repetidos ajustes durante su vida útil.

Instrucciones de montaje importantes: lectura obligatoria antes de la instalación.

Los engranajes helicoidales dúplex presentan un módulo diferente entre las superficies dentadas derecha e izquierda. Esta asimetría implica que el conjunto tiene una orientación correcta específica, y solo una. Instalar el tornillo sin fin en la dirección incorrecta provoca que la distancia entre centros sea mayor que la nominal, lo que dificulta el montaje y produce un acoplamiento incorrecto de los dientes que no se puede corregir mediante ajuste axial. Por favor, verifique ambos aspectos a continuación antes del montaje.

1. Verificación de la orientación del conjunto

Tanto el tornillo sin fin doble como la rueda helicoidal llevan impresa una flecha que indica la orientación correcta para el montaje. Al ensamblar, coloque la rueda helicoidal de manera que la flecha que la marca apunte hacia adelante (hacia usted). Oriente el tornillo sin fin de modo que la dirección de su flecha coincida con la de la rueda helicoidal; ambas flechas deben apuntar en la misma dirección. Si el montaje es incorrecto, la distancia entre centros "a" será mayor que el valor nominal de diseño, lo que dificultará el montaje y, si se fuerza, provocará un acoplamiento incorrecto de los engranajes que generará ruido excesivo, vibraciones y un desgaste acelerado de los dientes desde la primera revolución.

2. Verificación de la posición de referencia para un juego cero.

Una ranura en V (60°, 0,3 mm de profundidad) mecanizada en la periferia de la punta de un diente específico del tornillo sin fin dúplex marca el diente de referencia. Este diente de referencia es el diente en la posición axial que produce un juego libre casi nulo (±0,045 mm) cuando se coloca alineado con el centro de rotación de la rueda helicoidal, con la distancia entre centros ajustada al valor nominal de diseño "a". El procedimiento para ajustar el juego libre a cero es: (1) ajustar la distancia entre centros de la carcasa al valor nominal "a"; (2) girar el tornillo sin fin hasta que el diente de referencia de la ranura en V se alinee con el eje de rotación de la rueda; (3) bloquear la carcasa del tornillo sin fin o el ajuste del cojinete en esta posición. Para aplicaciones que requieren un juego libre ligeramente positivo (para compensar la expansión térmica o para evitar el atasco de los dientes bajo carga), desplace el tornillo sin fin axialmente hacia el extremo más delgado la cantidad calculada antes de bloquearlo.

⚑ Nota de servicio: A medida que el conjunto de engranajes se desgasta y aumenta la holgura, desplace el tornillo sin fin axialmente hacia el extremo más grueso la cantidad necesaria (calculada a partir de la especificación de diferencia de avance proporcionada con cada conjunto). Este reajuste restablece la holgura original casi nula sin desmontar la caja de engranajes; en la mayoría de los diseños, la posición axial del eje del tornillo sin fin es ajustable mediante una tapa roscada o un conjunto de calces. Recalibre el instrumento de medición de holgura después de cada ajuste para confirmar el valor restablecido antes de volver a poner la máquina en servicio.

Aplicaciones: donde el control del juego mecánico es fundamental para la seguridad o limita la precisión.

Los engranajes helicoidales dúplex se especifican en aplicaciones donde el juego libre es indeseado o puede resultar perjudicial: para mantener un posicionamiento repetible de alta precisión en ambas direcciones, para prevenir daños por cargas impulsivas cuando los flancos de contacto se alternan y en accionamientos donde el error de posicionamiento se acumula con el tiempo. Entre las aplicaciones típicas se incluyen mesas giratorias e inclinables, fresadoras y prensas. Los siguientes ejemplos proporcionan el contexto de ingeniería para el requisito de juego libre específico de cada aplicación.

• ▶Mesas giratorias CNC de 4º y 5º eje La precisión de posicionamiento angular de la mesa giratoria de un centro de mecanizado determina directamente la precisión dimensional de las características mecanizadas en la pieza. Un juego de 0,1 mm con un radio de paso de 150 mm se traduce en un error de posición de 2,3 minutos de arco, lo que produce un escalón visible en la superficie mecanizada cuando la mesa invierte su dirección para el acabado. Un accionamiento de tornillo sin fin doble ajustado a un juego de ±0,045 mm en el círculo primitivo de la rueda helicoidal se traduce en un error de posición de aproximadamente 0,2 a 0,5 minutos de arco, por debajo del umbral de defectos visibles en la pieza a velocidades de avance de mecanizado estándar.
• ▶Avances de la mesa de la fresadora de precisión — Los sistemas de avance de la mesa en las fresadoras de bancada utilizan engranajes helicoidales para la reducción final del avance transversal y longitudinal. El juego mecánico en el avance de la mesa se manifiesta como una pausa cuando se invierte la dirección de avance: la mesa permanece inmóvil durante una distancia igual al juego mecánico y luego se recupera repentinamente. Esto produce una zona plana o un escalón en el perfil mecanizado con cada inversión de dirección. Los sistemas de avance helicoidal dobles mantienen un movimiento de avance constante en ambas direcciones, lo que permite el contorneado bidireccional sin las correcciones de inversión de avance necesarias para compensar el juego mecánico en los sistemas de avance helicoidal estándar.
• ▶Prensas mecánicas y equipos de conformado — Los sistemas de accionamiento de la corredera en las prensas de estampado y conformado de precisión deben devolver la corredera a una posición de referencia exacta (normalmente con una tolerancia de ±0,02 mm) en cada ciclo para mantener una geometría uniforme de la pieza durante toda la producción. El juego en el sistema de accionamiento provoca que la posición de la corredera sea indeterminada en el momento de la inversión de giro; la corredera puede detenerse en cualquier posición dentro de la banda de juego. En una producción de miles de ciclos, esto genera variaciones dimensionales que degradan la calidad de la pieza y pueden dañar las herramientas si la corredera entra en contacto con el troquel en ángulo.
• ▶Sistemas de accionamiento de acimut/elevación del telescopio y la antena. Los telescopios astronómicos y las antenas de comunicaciones deben seguir continuamente la posición de un objetivo, alternando entre fases de aceleración y desaceleración. El juego mecánico provoca un "salto" en el ángulo de apuntamiento en cada inversión de dirección; el mecanismo debe acelerar para superar el espacio de juego antes de que la carga se vuelva a acoplar. Este salto se manifiesta como una breve pérdida de precisión en el seguimiento, que se puede medir en el codificador de posición. En el caso de los radiotelescopios y los sistemas ópticos de alta resolución, este error degrada directamente la calidad de la señal de la fuente rastreada.
• ▶Ejes de la máquina de medición por coordenadas (MMC) Los ejes rotatorios e inclinables de las máquinas de medición por coordenadas (MMC) deben posicionar la punta de la sonda con una precisión de ±1–5 µm respecto a la posición deseada. En el círculo primitivo del tornillo sin fin de un eje rotatorio típico de una MMC, incluso una holgura de ±0,045 mm se traduce en un error de posición angular. Por este motivo, los ejes rotatorios de las MMC suelen utilizar un mecanismo de tornillo sin fin precargado (el conjunto dúplex se ajusta con una ligera precarga, superando la holgura cero) para eliminar por completo la zona muerta de holgura. La precarga requiere un ajuste preciso para evitar una fricción excesiva, que degradaría la repetibilidad del posicionamiento de otra manera.

Planta de producción

La fabricación de engranajes helicoidales dúplex requiere un control dimensional más preciso que la producción de tornillos sin fin estándar, ya que la diferencia de avance entre los flancos debe mantenerse dentro de una tolerancia más estricta; cualquier error en la diferencia de avance produce directamente un error en el rango de ajuste de la holgura. Korea Ever-Power utiliza rectificadoras de engranajes NC de precisión dedicadas al rectificado de roscas de tornillos sin fin dúplex, con medición en proceso para verificar la diferencia de avance en múltiples posiciones axiales antes de que el tornillo sin fin salga de la operación de rectificado.

Componentes relacionados

Se encuentran disponibles conjuntos estándar de tornillo sin fin y rueda dentada para accionamientos industriales generales, así como configuraciones dúplex para aplicaciones de precisión. Encapsulado Reductor de engranajes helicoidales de precisión carcasas con ejes sin fin dúplex y disposiciones de cojinetes sin fin ajustables, y el sistema completo Catálogo de componentes de transmisión por tornillo sin finEstán disponibles en el mismo fabricante. Las especificaciones de diferencia de avance y las hojas de datos de ajuste de holgura se suministran con cada juego dúplex.

Preguntas frecuentes

¿Qué ocurre exactamente si el gusano dúplex se ensambla con la orientación incorrecta (las flechas no coinciden)?

El tornillo sin fin y la rueda están diseñados para una orientación relativa específica, ya que la rosca es más gruesa en un extremo. Si se invierte el tornillo sin fin, el extremo grueso de la rosca se expone a los espacios entre los dientes, diseñados para el extremo delgado; la distancia entre los ejes, "a", se vuelve mayor que el valor nominal de diseño. En la práctica, esto significa que la carcasa no se puede atornillar (si la interferencia es grande) o, si se cierra, produce atascos y una fricción excesiva en la primera rotación. Si se fuerza la operación más allá de este atasco, los flancos de los dientes entran en contacto en posiciones incorrectas bajo alta tensión, lo que provoca daños inmediatos en los dientes. Las marcas de flecha existen precisamente para evitar este error; verificarlas lleva 30 segundos y evita la destrucción inmediata del engranaje.

¿Cuántas veces se puede reajustar el mecanismo antes de que haya que reemplazar el tornillo sin fin?

En principio, el mecanismo de transmisión puede reajustarse indefinidamente siempre que las caras de los dientes del tornillo sin fin y de la rueda mantengan un espesor y una calidad superficial adecuados. El tornillo sin fin tiene un rango de ajuste útil finito —la distancia entre el extremo delgado y el extremo grueso— que corresponde a una cantidad específica de desgaste acumulado en la cara del diente de la rueda. Una vez que el tornillo sin fin se ha desplazado a su posición de ajuste máxima y la holgura sigue estando fuera de especificación, los dientes de la rueda se han desgastado más allá del límite de diseño y el conjunto debe reemplazarse. En la práctica, para una transmisión correctamente lubricada que opere dentro de la carga nominal, un conjunto de tornillo sin fin dúplex puede reajustarse de 3 a 6 veces durante su vida útil antes de su reemplazo, lo que efectivamente multiplica la vida útil en comparación con un conjunto de tornillo sin fin estándar por un factor de 3 a 6.

¿Es posible intercambiar un conjunto de gusanos dúplex con un conjunto de gusanos estándar del mismo módulo?

No, un tornillo sin fin dúplex no se puede usar con una rueda helicoidal estándar, ni viceversa. Los perfiles de los dientes de la rueda difieren en la parte delantera y trasera de un conjunto dúplex; usar el tornillo sin fin incorrecto produce un contacto inadecuado en un flanco y ausencia de contacto en el otro. La distancia entre centros, el módulo y el ángulo de presión son nominalmente iguales entre las versiones dúplex y estándar, pero el tornillo sin fin y la rueda deben usarse siempre como pares emparejados del mismo diseño dúplex.

¿Se puede ajustar la unidad dúplex más allá de la holgura cero hasta la precarga?

Sí, desplazar el tornillo sin fin axialmente hacia el extremo más grueso, más allá de la posición de juego cero, genera una pequeña precarga (juego negativo). Los mecanismos de tornillo sin fin con precarga eliminan por completo la zona muerta de juego y se utilizan en ejes rotatorios de máquinas de medición por coordenadas (MMC) y etapas de posicionamiento de alta precisión. Sin embargo, la precarga aumenta la fricción en el engranaje, lo que incrementa el consumo de energía y genera más calor, además de acelerar significativamente el desgaste de los dientes debido a que la película de aceite es más delgada bajo compresión constante. Para la mayoría de las aplicaciones, ajustar el juego a ±0,045 mm en lugar de la precarga completa ofrece un mejor equilibrio entre la precisión de posicionamiento y la vida útil.

¿Qué clase de precisión está disponible para los conjuntos de engranajes helicoidales dúplex?

Los engranajes helicoidales dúplex se fabrican según las clases de precisión DIN, desde DIN6 hasta DIN9. Para aplicaciones en mesas giratorias y fresadoras, la especificación estándar es DIN6 (error de paso de un solo diente de ±8–12 segundos de arco en M5). Para aplicaciones en telescopios y máquinas de medición por coordenadas (CMM), se ofrece DIN5 bajo pedido, con un plazo de entrega mayor debido a las operaciones adicionales de rectificado y verificación necesarias. Contáctenos e indíquenos sus requisitos de precisión de posicionamiento angular, módulo y número de dientes de la rueda; le recomendaremos la clase DIN adecuada y le proporcionaremos un precio y un plazo de entrega para su configuración específica.

Opiniones de los clientes

Embalaje y envío

Cada juego de cables dúplex emparejados viene envuelto individualmente en papel anticorrosión y sellado en una bolsa de polietileno. Se incluyen con cada juego la hoja de especificaciones de diferencia de plomo y la hoja de datos de ajuste de holgura. El embalaje exterior se realiza en una caja de cartón rígido o de madera, según la cantidad. Envío internacional por DHL, FedEx, TNT o UPS. Forma de pago: Transferencia bancaria o carta de crédito antes del envío.