Como funcionam os sistemas de cremalheira e pinhão

Cómo funcionan los sistemas de piñón y cremallera

estante y rollo

Un sistema de piñón y cremallera es una variación del piñón y cremallera tradicional que reemplaza el piñón dentado (engranaje) por un piñón de jaula que incorpora rodillos sostenidos por cojinetes.

piñón y rodillo

Cada rodillo de piñón está sostenido por dos cojinetes de agujas, lo que elimina la fricción por deslizamiento que se produce en los sistemas tradicionales de piñón y cremallera. Esto reduce significativamente el calor y el desgaste del piñón, con una eficiencia de hasta el 99%.

También es único el perfil dentado de la cremallera. Se crea colocando puntos espaciados uniformemente alrededor de un círculo y, a medida que el círculo rueda sobre una superficie plana, sigue estos puntos hasta llegar a la superficie. Los caminos creados por estos puntos son curvas cicloidales que forman un perfil en forma de diente. A continuación, se colocan rodillos, que funcionan como dientes de piñón, en cada punto de la llanta. A medida que el círculo rueda nuevamente sobre una superficie plana, los rodillos modifican las curvas para crear los dientes reales del engranaje. El resultado es un perfil de diente que permite que los rodillos del piñón se acerquen tangencialmente a los dientes para que rueden suavemente a lo largo de la cara del diente. Esto no sólo reduce significativamente el ruido, sino que el diseño de los dientes se puede modificar para permitir que dos o más rodillos se carguen en oposición (precargados), eliminando prácticamente el juego.

piñón y rodillo

Los puntos equidistantes alrededor de un círculo forman curvas cicloidales cuando el círculo rueda sobre una superficie plana. Los rodillos colocados en estos mismos puntos cambian de curva a medida que el círculo regresa a la superficie plana. Esto crea el perfil del diente de cremallera, que se modifica aún más para permitir que múltiples rodillos de piñón se engranen en oposición, creando una precarga.
Crédito de la imagen: Nexen Group, Inc.

Cuando se instalan y utilizan correctamente, algunos modelos de piñón y cremallera pueden alcanzar una precisión de posicionamiento de ±30 μm, y la precisión de posicionamiento no se deteriora hasta que los rodamientos de agujas llegan al final de su vida útil. Los rodamientos de agujas están permanentemente lubricados y sellados, por lo que no requieren lubricación.

Para resistencia a la corrosión, los cuerpos de piñón y cremallera pueden estar hechos de acero inoxidable, acero cromado duro o acero niquelado. Y algunos modelos pueden funcionar sin lubricar la cremallera o el piñón, siempre y cuando la velocidad no supere los 0,5 m/s. Los bastidores también pueden estar hechos de material termoplástico, que es autolubricante y resiste la corrosión de muchos tipos de contaminantes y productos químicos.

Consideraciones de montaje y funcionamiento

Para funcionar correctamente y proporcionar una vida útil óptima del sistema, los sistemas de piñón y cremallera de rodillos requieren una precarga constante en toda su longitud. Esto significa que la cremallera y el sistema de guía lineal (p. ej. carril perfilado) deben montarse paralelos entre sí. Si la cremallera y la guía convergen (se acercan) en cualquier punto, la precarga en el piñón será excesiva, lo que puede provocar ruido y atascamiento, lo que acortará la vida útil del cojinete del piñón. Si la cremallera y la guía divergen (se alejan entre sí) en cualquier punto, la precarga del piñón se reducirá o se perderá, lo que provocará juego, ruido y reducción de la vida útil del sistema.

piñón y rodillo

La alineación entre la cremallera y la guía lineal es fundamental para asegurar el correcto mantenimiento de la precarga del piñón.

Aplicaciones y usos

Los piñones de cremallera y de rodillos a menudo pueden lograr una mayor precisión de posicionamiento y repetibilidad que los sistemas tradicionales de piñón y cremallera (sin componentes adicionales como piñones separados o piñones dobles). Se pueden suministrar en longitudes mucho mayores que los husillos de bolas, con capacidades de velocidad de hasta 11 m/s independientemente de la longitud.

piñón y cremallera

Los motores lineales ofrecen las capacidades de gran longitud y alta velocidad de los sistemas de piñón y cremallera, pero los motores con núcleo de hierro a menudo se requieren para aplicaciones dinámicas con cargas elevadas, lo que significa que se deben mitigar las fuerzas de los dientes y puede ser necesaria la refrigeración. Las transmisiones por correa también pueden proporcionar carreras largas y altas velocidades, pero con una rigidez y capacidad de carga mucho menores.

En comparación con estas alternativas, el "punto óptimo" para un sistema de piñón y cremallera podría describirse como una aplicación que requiere una carrera larga, alta velocidad de desplazamiento y una buena capacidad de fuerza de empuje, todo ello manteniendo una buena precisión de posicionamiento y repetibilidad. Algunos ejemplos son las unidades de transferencia robótica, los robots de pórtico y los grandes equipos de mecanizado o corte, como las cortadoras por chorro de agua. Y una aplicación con cualquier combinación de estos requisitos, que se produzca en un entorno de sala limpia o que requiera una resistencia a la corrosión muy alta, también sería adecuada para un sistema de piñón y cremallera.

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