INTRODUCCIÓN
El
tornillo sinfín es un mecanismo de transmisión circular compuesto por dos
elementos: el tornillo (sinfín), que actúa como elemento de entrada (o motriz)
y la rueda dentada, que actúa como elemento de salida (o conducido) y que
algunos autores llaman corona. La rosca del tornillo engrana con los dientes de
la rueda de modo que los ejes de transmisión de ambos son perpendiculares entre
sí.
El
funcionamiento es muy simple: por cada vuelta del tornillo, el engranaje gira
un solo diente o lo que es lo mismo, para que la rueda dé una vuelta completa,
es necesario que el tornillo gire tantas veces como dientes tiene el engranaje.
Tornillo sinfín
En ingeniería mecánica se denomina tornillo sin fin
a un dispositivo que transmite el movimiento entre ejes que son perpendiculares
entre sí, mediante un sistema de dos piezas: el "tornillo" (con
dentado helicoidal), y un engranaje circular denominado "corona".
Uno de los principales y más usados mecanismos de
transmisión en cualquier proyecto mecánico. El sinfín actúa como un elemento
motriz o de entrada que destaca por su sencillo funcionamiento y ganancia
mecánica. Los tornillos sinfín engranan en una corona de tal forma que, por
cada vuelta completa del tornillo, el engranaje gira un diente. Por lo tanto,
para el giro completo del engranaje se necesitarían tantas vueltas como dientes
tenga el engranaje en cuestión.
Tipos
En función de la
geometría de los dientes del tornillo y del engranaje, hay tres tipos de
configuraciones del sin fin:
"Sin
garganta". Es el tipo más sencillo. En este caso, las caras exteriores de
los dientes coinciden con las superficies iniciales en las que se mecanizan: la
del cilindro en el que se inscribe el tornillo, y la de la banda exterior del
disco en el que se talla el engranaje. Es decir, son superficies regladas, con
sección recta según la dirección de las generatrices del cilindro y del disco.
"Con una
garganta". En una operación adicional, se talla un surco de perfil circular
en la cara exterior de los dientes del engranaje (parecido a la garganta con la
que se diseñan las poleas para hacer encajar la sección de la cuerda en el
perfil del disco). Con esta disposición, los dientes del engranaje se hacen
encajar en el diámetro interior de la hélice tallada en el tornillo, mejorando
el contacto entre las dos piezas.
"De doble
garganta". Como en el caso anterior, se dispone una garganta en los
dientes del engranaje, y además se adapta el contorno del tornillo al del
engranaje con el que encaja, adoptando la característica forma de "reloj
de arena" (el diámetro del tornillo y el tamaño de sus dientes aumenta
desde el centro a los extremos), de forma que se incrementa notablemente la
superficie de contacto entre las dos piezas dentadas. Este tipo de mecanismo es
de fabricación más compleja, aunque tiene la ventaja de poder soportar cargas
mecánicas más altas. Por su especial geometría, también se denominan "tornillos
globulares" o envolventes.
Aplicaciones
Entre las
aplicaciones del tornillo sinfín podemos destacar:
Sistema de puertas automáticas
Una de los
principales usos de los tornillos sinfín. En estos sistemas es necesario un
movimiento en una dirección (derecha e izquierda) y un bloqueo en el sistema de
final de carrera. Gracias a este mecanismo es posible el sistema de apertura y
cierre de las puertas, ya que cada vez que los dos tornillos se encuentran la
puerta queda cerrada. Concretamente, el sistema queda bloqueado gracias al
engrane helicoidal.
Instrumentos musicales
Los sinfines son
habituales en sistemas de ajuste de guitarras, violines y otros instrumentos de
cuerda. Su gran fuerza mecánica permite tensionarlas con muy poco esfuerzo.
Mecanismos sinfín
de plástico como reductores de velocidad de pequeños motores
Este recurso
suele utilizarse para ofrecer una gran reducción de velocidad en pequeñas
dimensiones.
Elevadores
Los tornillos
sinfín corona también se aplican en elevadores o transportadores helicoidales.
Estos equipos incluyen un tornillo helicoidal de paso amplio, fijo o variable
que gira dentro de una carcasa desplazando el producto desde la boca de entrada
a la compuerta de salida. Más detalles en esta presentación.
Sistemas de dirección en automoción
Uno de los
mecanismos de dirección del automóvil tiene al sinfín como uno de sus
componentes básicos. En estos sistemas el tornillo engrana contantemente con
una rueda dentada. A su vez, el sinfín se une al volante mediante la “columna
de dirección”, y la rueda lo hace al brazo de mando. Gracias a este mecanismo,
por cada vuelta del volante, la rueda del coche gira un cierto ángulo, que
depende según la relación de reducción efectuada.
Reductores de velocidad
Los reductores tipo
sinfín corona o de 90º tienen gran presencia en diferentes aplicaciones
industriales debido a que ofrecen importantes ratios de reducción en poco
espacio. Por otro lado, la transmisión del movimiento se hace a 90º, lo que
permite realizar la transmisión en un ángulo recto.
Como desventaja,
los reductores de engranaje tornillo sinfín están sometidos a una mayor
fricción por su deslizamiento lo que provoca altas temperaturas de operación y
mayores gastos energéticos.
Fabricación
En los tornillos
helicoidales en primer lugar se tallan los dientes y posteriormente se ajustan
a sus dimensiones definitivas. Tornillos sin fin se utilizan en prensas,
laminadores, cadenas de montaje, maquinaria en industrias de explotación
minera, en timones de barco y en sierras circulares. Además, en fresadoras y
máquinas herramienta sirven para ubicar los útiles de corte en la zona de
trabajo con alta precisión, utilizando sistemas de doble tornillo con
tolerancias estrictas. También se utilizan en los mecanismos de control de
muchos tipos de ascensores y de escaleras mecánicas, debido a su tamaño
compacto y a la no reversibilidad del movimiento.
Conclusión
Con el uso de los
tornillos sinfín se pueden conseguir grandes reducciones en espacios reducidos,
ya que su relación de transmisión es muy baja, lo que es lo mismo, es un
excelente reductor de velocidad y, por lo tanto, posee elevada ganancia
mecánica. Se puede conseguir realizar mecanismos irreversibles, es decir, no
permiten el giro forzado en uno de los sentidos y permiten rotar la dirección
de salida del eje.
Como punto
negativo, los mecanismos con tornillo sinfín tienen una gran pérdida de
rendimiento, ya que generan bastantes pérdidas de energía por calor.
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