Comprensió de l'angle hèlix dels engranatges: definició, importància i aplicacions

En l'enginyeria d'engranatges, un dels paràmetres més crítics que afecta el rendiment, l'eficiència i el nivell de soroll és l'angle de l'hèlix. Aquest concepte és especialment important enengranatges helicoïdals, que s'utilitzen àmpliament en transmissions d'automòbils, caixes de canvis industrials, aeroespacial, robòtica i maquinària pesada. Comprendre què és l'angle de l'hèlix, com influeix en el comportament dels engranatges i per què és important és essencial per als enginyers i fabricants que volen optimitzar el disseny d'engranatges.

Què és l'angle de l'hèlix?

L'angle de l'hèlix fa referència a l'angle format entre la dent de l'engranatge i l'eix de rotació de l'engranatge. En els engranatges helicoïdals, les dents no es tallen recte a través de la cara de l'engranatge, com en els engranatges rectes, sinó que es col·loquen en angle, creant una forma d'hèlix al voltant de la circumferència de l'engranatge. Aquest angle pot variar des de petits graus fins a uns 45°, depenent de l'aplicació i els requisits de rendiment.

• Angles d'hèlix més petits(per exemple, 15°) permeten un funcionament més suau en comparació amb els engranatges rectes, però mantenen una fabricació relativament senzilla.

• Angles d'hèlix més grans(per exemple, 30° o més) proporcionen un encaix encara més suau i una major capacitat de càrrega, però generen un empenyiment axial més gran, que s'ha de gestionar amb coixinets o volanderes d'empenta.

Importància de l'angle de l'hèlix en el disseny d'engranatges

L'angle de l'hèlix juga un paper central en la determinació de les característiques operatives dels engranatges helicoïdals:

1. Transmissió de potència suau
   A causa de les dents inclinades, l'acoblament dels engranatges és gradual en lloc d'instantani. Això redueix les càrregues de xoc, les vibracions i el soroll, fent que els engranatges helicoïdals siguin ideals per a aplicacions d'alta velocitat i alta potència.

2. Distribució de la càrrega
   Un angle d'hèlix més gran augmenta la relació de contacte, és a dir, que més dents s'acoblen alhora. Això distribueix la càrrega entre diverses dents, millorant la durabilitat i la capacitat de càrrega.

3. Empenyiment axial
   L'inconvenient de l'angle de l'hèlix és que introdueix forces axials al llarg de l'eix de l'engranatge. Com més gran sigui l'angle de l'hèlix, més alta serà la càrrega axial, cosa que requereix uns coixinets més forts.

4. Compromís entre eficiència i força
   Tot i que els angles d'hèlix més alts augmenten la resistència i la suavitat, poden reduir lleugerament l'eficiència a causa de l'augment de la fricció de lliscament. Els dissenyadors han d'equilibrar aquests factors en funció de l'aplicació prevista.

Aplicacions de diferents angles d'hèlix

La selecció de l'angle de l'hèlix depèn del tipus de maquinària i de les necessitats de rendiment:

• Transmissions d'automòbils
  Els engranatges helicoïdals amb angles d'hèlix d'uns 20–30° són habituals a les caixes de canvis dels cotxes perquè proporcionen un funcionament silenciós i suau i una transmissió de parell elevat.

• Caixes de canvis industrials
  Els angles d'hèlix més grans s'utilitzen sovint per augmentar la capacitat de càrrega de maquinària pesada com ara transportadors, trituradores i molins de ciment.

• Robòtica i equips de precisió
  Per a caixes de canvis compactes i lleugeres que requereixen un control de moviment precís, s'escullen angles d'hèlix més petits o fins i tot dissenys d'engranatges helicoïdals creuats.

• Aplicacions aeroespacials
  Els angles d'hèlix equilibrats són crítics per reduir el soroll, la vibració i el desgast en les caixes de canvis de turbines d'alta velocitat.

Angle de l'hèlix vs. Angle de pressió

És important no confondre elsangle de l'hèlixamb elangle de pressióL'angle de pressió es refereix a la direcció de la força entre les dents que engranen, mentre que l'angle de l'hèlix es refereix específicament a l'orientació angular de les dents. Tots dos paràmetres s'han de considerar conjuntament per a un disseny òptim d'engranatges.