Engranajes de corte recto frente a engranajes helicoidales (pros y contras)

Hoy en día, los engranajes son una parte importante de nuestras vidas. Casi siempre ocultos por carcasas especiales, hacen su trabajo en todo tipo de aparatos, desde lavadoras a impresoras láser o motosierras. Muchos aspectos de la vida serían muy diferentes y más difíciles sin las marchas.

Dos tipos específicos de engranajes son de uso común en todo el mundo. Engranajes de corte recto (o rectos) y engranajes helicoidales. Estos son los tipos de engranajes más comunes en la actualidad.

Examinemos entonces estos dos tipos de engranajes, su aspecto, su funcionamiento y los pros y los contras de cada uno en relación con las aplicaciones automovilísticas.

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Índice de Contenido
  1. Engranajes de corte recto
    1. ¿Qué son los engranajes de corte recto?
    2. Las ventajas de los engranajes de corte recto
    3. Contras de los engranajes de corte recto
  2. Engranajes helicoidales
    1. ¿Qué son los engranajes helicoidales?
    2. Las ventajas de los engranajes helicoidales
    3. Contras de los engranajes helicoidales
  3. Cuando los engranajes de corte recto son esenciales

Engranajes de corte recto

engranajes de corte recto

¿Qué son los engranajes de corte recto?

Como su nombre indica, los engranajes de corte recto tienen dientes rectos que se alinean (son paralelos) con el eje de montaje del engranaje. Al igual que todos los engranajes, los dientes se perfilan con precisión mediante procesos de mecanizado extremadamente precisos (fresado). Los materiales utilizados tienen una alta resistencia y superficies extremadamente duras para permitir una larga vida útil.

qué es un engranaje recto
Engranaje de corte recto

Cuando los engranajes de corte recto engranan, la tolerancia de fabricación de cada diente permite que sólo un par de dientes soporte la carga en cada momento. Cuando dos dientes de estos engranajes se tocan por primera vez, esto ocurre a lo largo de una línea recta paralela a los dos ejes.

El efecto de este impacto (recuerda que cada engranaje está girando) es generar un sonido. Cuando un engranaje gira, el sonido será un crujido que aumenta en frecuencia y volumen a medida que aumenta la velocidad del engranaje.

Bajo carga, un par de engranajes de corte recto crea una fuerza de separación que separa los engranajes. La estructura de soporte de los ejes de los engranajes debe estar diseñada para oponerse adecuadamente a estas fuerzas.

Las fuerzas axiales (fuerzas paralelas a los ejes de los engranajes) serán casi nulas. Estas fuerzas se deben a tolerancias de fabricación inevitables en los perfiles de los dientes de los engranajes. Sin embargo, son muy pequeños y tienen poca influencia en el diseño de la caja de cambios.

Las ventajas de los engranajes de corte recto

Las ventajas de los engranajes de corte recto sobre los engranajes helicoidales son las siguientes

  • Menor coste: Como un engranaje de corte recto tiene sus dientes mecanizados en líneas rectas paralelas al eje del engranaje, el proceso de fabricación es más sencillo. Por lo tanto, es menos costoso tanto el diseño como la fabricación.
  • Carga mínima de empuje: Como ya se ha dicho, este tipo de engranaje produce una carga de empuje mínima a lo largo de los ejes del engranaje. Esto simplifica el diseño de la caja de cambios y los costes de producción. También ayuda a minimizar el peso y el tamaño de la caja de cambios, una ventaja importante para los coches de carreras.
  • Mayor eficiencia: Los engranajes de corte recto funcionan con menos acción de deslizamiento que los engranajes helicoidales. Esto significa que se pierde menos energía durante el funcionamiento, lo que hace que estos engranajes sean más eficientes energéticamente. En las aplicaciones de competición, la máxima eficiencia aumenta la potencia a las ruedas traseras y, por tanto, la velocidad.

Contras de los engranajes de corte recto

Los engranajes de corte recto tienen una desventaja principal:

  • Mayor ruido: El ruido producido por los engranajes rectos sería considerado desagradable por la mayoría de los propietarios de automóviles. Para las carreras, el ruido no es un problema y los engranajes rectos suelen tener cabida en esta categoría.

Engranajes helicoidales

engranajes helicoidales

¿Qué son los engranajes helicoidales?

Un engranaje helicoidal es el nombre de una línea que gira en círculo y avanza con un ángulo constante paralelo a su centro de rotación. Piensa en un tornillo de madera común. La rosca que ves está cortada de forma helicoidal.

Los dientes de un engranaje helicoidal se mecanizan con un patrón angular similar. El ángulo de hélice con respecto al sentido de giro de un engranaje puede variar de 15 a 30 grados.

Cuando los engranajes helicoidales engranan, primero se tocan en un punto y luego el engranaje aumenta a medida que el punto de contacto se desliza por la superficie helicoidal de cada diente. El acoplamiento se produce con menos impacto que en los engranajes de corte recto, debido a la disposición angular de los dientes.

qué es un engranaje helicoidal
Engranaje helicoidal

Además, habrá más de un par de dientes engranados a la vez. Para los cálculos básicos de resistencia, la regla general es considerar los pares de dientes de 1,5 como portadores de carga simultáneos.

El diseño angular de los dientes de los engranajes helicoidales permite un funcionamiento más silencioso que el de los engranajes de corte recto que funcionan a la misma velocidad y capacidad de carga.

Al igual que los engranajes rectos, los engranajes helicoidales producen una fuerza de separación durante su funcionamiento. Pero también producen una fuerza axial o de empuje alineada con sus respectivos ejes.

A medida que aumenta la potencia transportada por los engranajes, también lo hace la carga de empuje. Cuanto mayor sea el ángulo de la hélice, mayor será la carga de empuje.

La carcasa del engranaje cilíndrico y sus partes internas deben estar especialmente diseñadas para soportar estas cargas de empuje. Esto añade peso y dimensiones al diseño de la carcasa.

Además, cuando los engranajes helicoidales se engranan, la acción de deslizamiento de este evento genera calor debido a la fricción. Este calor es una energía perdida que se traduce en una reducción de la eficiencia de la caja de cambios. La energía perdida calienta el aceite de lubricación y, en algunos engranajes, este fenómeno es tan grande que se necesita un refrigerador de aceite para mantenerlo a temperaturas de funcionamiento razonables.

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Las ventajas de los engranajes helicoidales

Las ventajas de los engranajes helicoidales sobre los de corte recto son las siguientes

  • Menos ruido: Por naturaleza, los engranajes helicoidales pueden producir hasta 12 Db(A) menos de ruido que los engranajes rectos de tamaño similar. Para los coches o para un sistema utilizado en el hogar, como una lavadora, el silencio es una gran ventaja.
  • Menos peso: Como los reductores helicoidales transfieren esencialmente las cargas a 1,5 dientes, un reductor helicoidal puede pesar menos que un reductor cilíndrico para la misma capacidad de carga.

Contras de los engranajes helicoidales

Los engranajes helicoidales tienen tres desventajas:

  • Mayor coste: El mecanizado de un engranaje helicoidal es más complejo que el de un engranaje recto del mismo tamaño. Esto añade costes al proceso de fabricación. Sin embargo, los centros de mecanizado informatizados han contribuido a reducir considerablemente este coste por pieza.
  • Cargas de empuje: A medida que los engranajes helicoidales desarrollan cargas de empuje, la carcasa del engranaje y los elementos internos requieren una mayor resistencia para soportar estas cargas. Esto añade peso y dimensiones al diseño de la caja de cambios. Para las aplicaciones de carreras de automóviles, siempre es mejor reducir el peso y el tamaño.
  • Menor eficiencia de funcionamiento: Cuando los engranajes helicoidales engranan, se genera calor. Esto es energía perdida. El aceite lubricante absorbe este calor y en algunos casos se necesita un intercambiador de calor para mantener el aceite frío. En las aplicaciones de competición, la pérdida de energía no es deseable, porque cada bit de potencia es esencial para conseguir la mejor aceleración y velocidad posibles.

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Cuando los engranajes de corte recto son esenciales

Subaru WRX PPG mejora del engranaje de corte recto
Kit de engranajes sincronizados de corte recto PPG para Subaru WRX (Crédito)

Los coches de calle suelen ser populares para las carreras. Cuando esto ocurre, los motores se modifican para producir más potencia. Me vienen a la mente el Subaru WRX y algunos modelos de Honda.

Estos coches, en versión de carretera, pueden adquirirse con transmisiones manuales. Estas transmisiones tienen engranajes helicoidales y sincronizadores para un funcionamiento fácil y silencioso. Son ideales para el uso en carretera.

Pero para los niveles de potencia de competición, estas transmisiones, especialmente las cajas de cambios, no pueden soportar las mayores cargas de empuje de los engranajes helicoidales.

Para superar este problema, algunos proveedores del mercado secundario ofrecen conversiones con engranajes de corte recto. Estos kits proporcionan los engranajes y otras piezas esenciales para convertir una caja de cambios de uso en carretera a la disposición de engranajes de corte recto, más duradera pero más ruidosa, sin tener que sustituir la caja de cambios original.

Ver también: Tubo de escape recto (pros/contras/coste)

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