Els engranatges sense fi són components de transmissió de potència que s'utilitzen principalment com a reduccions d'alta relació per canviar la direcció de rotació de l'eix i per disminuir la velocitat i augmentar el parell entre eixos giratoris no paral·lels. S'utilitzen en eixos amb eixos perpendiculars que no s'intersecten. Com que les dents dels engranatges d'engranatge llisquen les unes sobre les altres, els engranatges sense fi són ineficients en comparació amb altres accionaments d'engranatges, però poden produir reduccions massives de velocitat en espais molt compactes i, per tant, tenen moltes aplicacions industrials. Essencialment, els engranatges sense fi es poden classificar com a d'engranatges simples i dobles, que descriuen la geometria de les dents engranades. Aquí es descriuen els engranatges sense fi juntament amb una discussió del seu funcionament i aplicacions comunes.

Engranatges cilíndrics de cuc sense fi

La forma bàsica del cuc sense fi és la cremallera en evolvent mitjançant la qual es generen els engranatges rectes. Les dents de la cremallera tenen parets rectes, però quan s'utilitzen per generar dents en engranatges en brut, produeixen la coneguda forma de dent corba de l'engranatge recte en evolvent. Aquesta forma de dent de cremallera s'enrotlla essencialment al voltant del cos del cuc sense fi. L'aparellament roda de cuc està compost deengranatge helicoïdaldents tallades en un angle que coincideix amb l'angle de la dent del cuc sense fi. La veritable forma d'esperó només es produeix a la secció central de la roda, ja que les dents es corben per embolicar el cuc sense fi. L'acció d'engranatge és similar a la d'una cremallera que acciona un pinyó, excepte que el moviment de translació de la cremallera és substituït pel moviment rotatori del cuc sense fi. La curvatura de les dents de la roda de vegades es descriu com a "de gola".

Els cucs sense fi tindran com a mínim una i fins a quatre (o més) rosques o arrencades. Cada rosca s'acobla a una dent de la roda sense fi, que té moltes més dents i un diàmetre molt més gran que el cuc sense fi. Els cucs sense fi poden girar en qualsevol direcció. Les rodes sense fi solen tenir com a mínim 24 dents i la suma de les rosques del cuc sense fi i les dents de la roda normalment hauria de ser superior a 40. Els cucs sense fi es poden fabricar directament a l'eix o per separat i lliscar-los sobre un eix més tard.
Molts reductors de cargol sense fi són teòricament autoblocants, és a dir, incapaços de ser accionats cap enrere per la roda sense fi, un avantatge en molts casos com ara l'elevació. Quan l'accionament cap enrere és una característica desitjada, la geometria del cargol sense fi i la roda es pot adaptar per permetre-ho (sovint requereix múltiples arrencades).
La relació de velocitats del sense fi i la roda es determina per la relació entre el nombre de dents de la roda i les rosques del sense fi (no els seus diàmetres).
Com que el cargol sense fi pateix comparativament més desgast que la roda, sovint s'utilitzen materials diferents per a cadascun, com ara un cargol sense fi d'acer endurit que acciona una roda de bronze. També hi ha rodes de cargol sense fi de plàstic disponibles.

Engranatges sense fi d'envoltant simple i doble

L'envoltament fa referència a la manera en què les dents de la roda sense fi s'enrotllen parcialment al voltant del sense fi o les dents del sense fi s'enrotllen parcialment al voltant de la roda. Això proporciona una àrea de contacte més gran. Un engranatge sense fi d'una sola envoltança utilitza un sense fi cilíndric per engranar amb les dents amb gola de la roda.
Per donar una superfície de contacte amb les dents encara més gran, de vegades el mateix sense fi té una gola (en forma de rellotge de sorra) per coincidir amb la curvatura de la roda sense fi. Aquesta configuració requereix un posicionament axial acurat del sense fi. Els engranatges sense fi de doble embolcall són complexos de mecanitzar i tenen menys aplicacions que els engranatges sense fi d'una sola embolcall. Els avenços en el mecanitzat han fet que els dissenys de doble embolcall siguin més pràctics que en el passat.
Els engranatges helicoïdals d'eix creuat de vegades es coneixen com a engranatges sense fi no envoltants. És probable que una brida d'avió sigui un disseny no envoltant.

Aplicacions

Una aplicació comuna dels reductors d'engranatges sense fi són els accionaments de les cintas transportadores, ja que la cinta es mou relativament lentament respecte al motor, cosa que justifica una reducció d'alta relació. La resistència al retrocés a través de la roda sense fi es pot utilitzar per evitar la inversió de la cinta quan la cinta transportadora s'atura. Altres aplicacions comunes són els actuadors de vàlvules, els gats i les serres circulars. De vegades s'utilitzen per a la indexació o com a accionaments de precisió per a telescopis i altres instruments.
La calor és un problema amb els engranatges de cuc sense fi, ja que el moviment és essencialment lliscant com una femella en un cargol. Per a un actuador de vàlvula, és probable que el cicle de treball sigui intermitent i la calor es dissipa fàcilment entre operacions poc freqüents. Per a un accionament de cinta transportadora, amb possiblement un funcionament continu, la calor juga un paper important en els càlculs de disseny. A més, es recomanen lubricants especials per als accionaments de cuc sense fi a causa de les altes pressions entre les dents, així com la possibilitat de desgast entre els materials diferents del cuc sense fi i la roda. Les carcasses per als accionaments de cuc sense fi sovint estan equipades amb aletes de refrigeració per dissipar la calor de l'oli. Es pot aconseguir gairebé qualsevol quantitat de refrigeració, de manera que els factors tèrmics per als engranatges de cuc sense fi són una consideració però no una limitació. Generalment es recomana que els olis es mantinguin per sota dels 200 °F perquè hi hagi un funcionament eficaç de qualsevol accionament de cuc sense fi.
El retrocés pot ocórrer o no, ja que depèn no només dels angles de l'hèlix, sinó també d'altres factors menys quantificables, com la fricció i la vibració. Per assegurar-se que sempre es produirà o que no es produirà mai, el dissenyador de l'accionament amb vis sense fi ha de seleccionar angles d'hèlix que siguin prou pronunciats o prou superficials per anul·lar aquestes altres variables. Un disseny prudent sovint suggereix incorporar un frenat redundant amb accionaments autoblocants quan la seguretat està en joc.
Els engranatges sense fi estan disponibles tant com a unitats amb carcassa com a conjunts d'engranatges. Algunes unitats es poden adquirir amb servomotors integrals o com a dissenys de diverses velocitats.
Hi ha disponibles cargols sense fi de precisió especials i versions sense joc per a aplicacions que impliquen reduccions d'alta precisió. Alguns fabricants ofereixen versions d'alta velocitat.