Sistema piñón-cremallera

Sistema piñón-cremallera:

1. Piñón: Rueda dentada que posee un movimiento circular. Si el movimiento se genera en ella, el movimiento circular se transforma en movimiento lineal. Si recibe el movimiento, la transformación se realiza de lineal a circular.
2. Cremallera: Barra recta dentada que se mueve de forma lineal, ya sea recibiendo el movimiento del piñón o generando un movimiento sobre éste.

El dentado del piñón y de la cremallera puede ser recto o helicoidal. A todos los efectos se trata de dos engranajes; por lo tanto, ambos deben tener el mismo módulo y paso para que el mecanismo funcione correctamente.

Dimensiones del diente de la cremallera

Al igual que ocurre con el resto de engranajes, el diente de la cremallera cumple con las siguientes dimensiones:

1. La cabeza del diente tiene el mismo valor que el módulo.
2. La medida del pie del diente es 1,25 veces el valor del módulo.
3. La altura total del diente es la suma de la cabeza y del pie.

Cinemática del sistema piñón-cremallera

La velocidad lineal de la cremallera coincide con la velocidad tangencial del piñón. Esta velocidad tangencial se mide sobre el diámetro primitivo, ya que en él se produce el contacto con los dientes de la cremallera. La expresión que relaciona la velocidad de giro del piñón con la velocidad lineal de la cremallera es la siguiente: v = ω · R_p.

Sistema husillo-tuerca

Este sistema consta de un husillo (un cilindro roscado que gira sobre su eje) y una tuerca acoplada a él que se desplaza de forma lineal. Una de las aplicaciones más habituales de este mecanismo son los carros de las máquinas herramienta. El carro está unido a la tuerca y se desplaza linealmente sobre unas guías según el giro del husillo.

Existen varios tipos de husillos, que se pueden dividir en dos grupos principales:

1. Husillos trapeciales
2. Husillos de bolas.

Husillos trapeciales

El sistema husillo-tuerca que hace uso de los husillos trapeciales está formado solamente por dos elementos:

1. El husillo: Es la barra roscada, normalmente apoyado en sus dos extremos, que realiza el movimiento circular.
2. La tuerca: Es el elemento que se desplaza de forma lineal sobre el husillo cuando éste gira.

El sentido de la hélice y de giro determinan si la tuerca avanza o retrocede por el husillo. Tomando el origen del husillo en el motor, si la hélice es a derechas y el sentido de giro del motor también, la tuerca se acerca al motor. Si el motor gira a la izquierda, la tuerca se aleja del motor. En caso de que la hélice sea a izquierdas, el funcionamiento será el contrario.

Tipos de husillos trapeciales

Los husillos trapeciales pueden estar fabricados de dos formas diferentes, afectando esto, principalmente, a su precisión de posicionamiento y a su coste.

1. Husillos mecanizados
2. Husillos laminados.

Los husillos mecanizados se fabrican con tolerancias más finas, lo que permite una mayor precisión en el posicionamiento. Esto conlleva también un mayor coste de fabricación respecto a los husillos laminados. La elección del husillo más adecuado se realizará en función de la aplicación, teniendo en cuenta los factores de precisión y precio. Además de la precisión y el precio, tanto los husillos mecanizados como laminados, pueden ser de rosca a derechas o a izquierdas y con 1, 2, 3 ó 4 entradas.

Paso, entradas y avance de un husillo

El paso de un husillo es la distancia existente entre dos crestas consecutivas de la rosca. Aún así, no se debe confundir el paso con el avance lineal por cada vuelta realizada, ya que el avance depende también del número de entradas que tenga el husillo. Un husillo puede tener 1, 2, 3 ó 4 entradas. En cada vuelta, la tuerca avanzará tantos pasos como entradas tenga. Por tanto, el avance se obtiene al multiplicar el valor del paso por el número de entradas. a = p · n.

Forma exterior y materiales de las tuercas

Las tuercas pueden tener distintas formas exteriores, siendo estas las más frecuentes:

1. Tuerca con brida de amarre.
2. Tuerca cilíndrica lisa.
3. Tuerca hexagonal lisa.

Además, las tuercas pueden fabricarse en una variedad de materiales diferentes, siendo los más habituales los siguientes:

1. Bronce
2. Acero
3. Plástico.

El bronce es utilizado frecuentemente en las tuercas, ya que su coeficiente de rozamiento con el acero (material con el que están fabricados los husillos) es muy bajo.

Husillos con recirculación de bolas

Los husillos de bolas cumplen la misma función que los husillos trapeciales: convertir un movimiento de giro en un movimiento lineal. Pero, a diferencia de los husillos trapeciales, utilizan un elemento intermedio entre la tuerca y el husillo: las bolas recirculantes.

El giro del husillo provoca que las bolas rueden y se desplacen por el canal del tornillo, haciendo que la tuerca avance. Una vez que las bolas llegan al final de la tuerca, son recirculadas por el interior de la tuerca hasta el otro extremo para recomenzar el ciclo.

Las bolas permiten que la transformación de movimiento se realice evitando el rozamiento entre tuerca y husillo, ya que el movimiento se transmite por la rodadura de las bolas. Esta circunstancia presenta una serie de ventajas:

• El juego entre tuerca y husillo se reduce, lo que implica una mayor precisión de posicionamiento respecto a los husillos trapeciales.
• Existe un menor rozamiento, ya que los puntos de contacto se producen en las bolas, mientras que en los husillos trapeciales hay una mayor superficie de contacto entre la tuerca y el husillo.
• La circunstancia anterior conlleva que estos husillos tengan un rendimiento mecánico superior.
• Las velocidades de avance que se pueden alcanzar con los husillos de recirculación de bolas son mayores.

Forma del canal de rodadura

Los canales de rodadura del husillo y de la tuerca tienen forma de arco gótico y están en contacto con la bola en dos o cuatro puntos.

Si la bola hace contacto en dos puntos, se produce un juego axial cuando el husillo cambia su sentido de giro para cambiar la dirección de desplazamiento de la tuerca. Este juego implica una pérdida de precisión en el posicionamiento de la tuerca. Para evitarlo, se pueden aplicar distintas soluciones:

1. Sobredimensionar las bolas para que contacten en 4 puntos (aunque se deformen ligeramente de forma elástica).
2. Utilizando una doble tuerca. Aunque existan 2 puntos de contacto entre la tuerca y la bola, en una tuerca están en un lado y en la otra tuerca en el lado opuesto. De esta forma, se anula el juego que pudiera existir.

Accionamiento de los husillos

El husillo se puede accionar de tres formas distintas. Al tener un movimiento giratorio, se le puede transmitir este movimiento utilizando los sistemas de transmisión estudiados en temas anteriores:

1. Directamente desde el motor o el servomotor, uniendo el husillo a su eje con un acoplamiento.
2. De forma indirecta, utilizando un sistema de poleas-correa.
3. De forma indirecta, utilizando un reductor formado por engranajes.