Cómo hacer engranajes sesgados

Si se pregunta qué es un 'engranaje sesgado', o por qué alguien necesitaría hacer uno, esta página es un buen lugar para comenzar.Si ya sabe el qué y el por qué, pero necesita un 'cómo', entonces esta página es un buen lugar para estar.Y si lo has hecho antes y lo sabes todo, esta página al menos debería ser buena para reírte.Resulta (gemido) que hay muchas formas de hacer engranajes oblicuos o helicoidales.Hacer engranajes oblicuos perfectos requiere maquinaria bastante especializada.Se puede hacer mediante tallado, donde se cortan todos los dientes al mismo tiempo, o un diente a la vez usando un cortador de espiral estándar mientras se gira la pieza en bruto y se mueve el cortador simultáneamente.No voy a describir ninguno de ellos más aquí, ya que es poco probable que un maquinista aficionado tenga el equipo necesario.Lo que describiré es cómo se pueden mecanizar engranajes helicoidales aceptables con un molino, una mesa giratoria y una cortadora fabricada en taller.Este tema llamó la atención como resultado de la necesidad de un solo engranaje oblicuo para complementar el recibido con un kit de fundición para un viejo cuatro tiempos llamado Feeney.Para construir este motor, tuve que encontrar una manera de fabricar el engranaje que faltaba.Esto llevó a una investigación sobre el tipo de equipo y las formas en que otros los habían fabricado en el pasado, seguido de experimentos y, finalmente, a fabricar más de veinte de esas cosas.

Se han explorado en profundidad los conceptos de engranajes oblicuos aplicados a los árboles de levas en modelos de motores de cuatro tiempos.El desafío aquí era hacer un engranaje oblicuo de 30 grados, 40 DP y 20 dientes sin gastar millones en cortadores y cabezales divisores universales y cambios de engranajes.Dudo mucho que hubiera logrado hacer esto sin la copia y le agradezco mucho que me la hubiera localizado.Formar engranajes rectos con una aproximación muy cercana al diente de forma involuta ideal usando un cortador de 'forma de cremallera' es simple y se ha tratado una y otra vez en todos los modelos de prensa.El artículo revelador de Cooper demostró que también se producirán engranajes oblicuos si el eje del engranaje en bruto está inclinado al ángulo oblicuo, en relación con el eje del cortador.

Primero debemos hacer el cortador.Es incorrecto llamar a esto encimera aunque la forma del diente del cortador sea la misma.Los dientes de una encimera tienen plomo, los dientes de esta cortadora no tienen plomo.Primero necesitamos un cortador para hacer el cortador.Está rectificado hasta obtener la forma muy precisa de un diente de cremallera de 40 DP.Para esto se utilizan los dos tramos cortos de varilla de acero de 1/4' encima del mandril en la parte inferior de la Foto 1.

Uno tiene una lengüeta que es exactamente del ancho de la forma del rack 40 DP en el círculo de paso. Esto se usa como indicador de paso/no paso al cortar una ranura en el otro.Esta ranura, hecha con múltiples pasadas de una sierra de corte delgada, debe tener exactamente el ancho del calibre, cortada a una profundidad exactamente de la distancia desde la corona del diente de cremallera hasta el círculo primitivo (es decir, el 'anexo').

Usando este manómetro, el cortador se rectifica con los lados en un ángulo de presión de 20 grados (aliviado con 3 grados de inclinación lateral).Cuando la punta del cortador toca fondo en el calibre sin juego horizontal, la forma de la herramienta es correcta.Simple y efectivo (esa es idea del Sr. Cooper; no soy tan inteligente; la última vez que hice una de estas herramientas, intenté medir el ancho de la punta de la herramienta con un Vernier y tal vez estuve a punto de ser correcto, ¿quién sabe?).

Las fotos 2 y 3 muestran cómo se está formando la rejilla circular.Cada espacio se corta a la profundidad del diente en forma de cremallera.El espaciado es el paso de un bastidor de 40 DP.Una cortadora de 40 DP es bastante pequeña.La profundidad total del diente es de apenas 0,055', pero un corte de inmersión de una herramienta cónica en una varilla de perforación endurecida por agua incluso a esta distancia no es divertido. Por lo tanto, el deslizador compuesto se ajusta a la mitad del ángulo incluido. Esto causa que el herramienta para perseguir el flanco derecho. El cortador avanza usando el volante calibrado en el tornillo de avance Myford (ver Foto 2). La Foto 3 muestra un primer plano de la rejilla terminada antes de cortar los dientes. El cortador terminado aparece en la parte superior de Foto 1. Se ha pasado una fresa por la pieza en bruto formando seis dientes. Luego se ha perforado la pieza en bruto para obtener un vástago de 3/8' y se ha asegurado con un tornillo prisionero 4-40 contra una parte plana del vástago (los textos americanos los llaman 'tornillos de fijación', que probablemente sea más correcto. Dejaré la derivación del término 'grub' a tu imaginación).Si volviera a hacer esto, haría dos cambios.Primero, montaría el espacio en blanco en el eje antes de cortar el bastidor para asegurar la concentricidad, y segundo, taladraría y golpearía dos tornillos prisioneros a 90 grados entre sí.Un tornillo puede aflojarse, dos, que actúan uno contra el otro a 90 grados, no.Ya era demasiado tarde para mí cuando descubrí/recordé esto, ya que después de darle forma, el cortador se endurece y se templa hasta obtener una paja ligera.A continuación se lapidaron las caras de los dientes lo mejor posible dadas las estrictas limitaciones.

Ahora se deben preparar los grandes espacios en blanco.Para que el engranaje tenga 20 dientes, córtelos a 30 grados a 40 DP, tendrán un diámetro de 0,627'. Los dibujos indican que tendrán un grosor de 0,093' y un orificio de 0,250'. Corté un lote de espacios en blanco desde varilla de latón de 0,750' hasta poco menos de 1/8' de espesor en la sierra de cinta. Llámeme barato, pero esto desperdicia menos material que tronzar en el torno (y crea menos de esas molestas virutas de latón que se traslapan). en los caminos de la cama si no es meticuloso con la limpieza). Cada pieza en bruto se monta en un portabrocas para mirar hacia cada lado, luego taladra y escaria (ver Foto 4). Después de esto, la pieza en bruto se monta en el mandril que se ve en la parte inferior de la Foto 1. El mandril tiene un muñón muy preciso de 0,250' que está sincronizado en el mandril de tres mordazas.Una copa de extremo avellanada sujeta la pieza en bruto para que pueda girarse al diámetro exterior requerido de manera concéntrica con el orificio escariado.La foto 5 muestra este paso.La mandril también se muestra en esta foto y en la Foto 1.

El mandril de tres mordazas se transfiere a la mesa giratoria debajo del molino.Este se ha montado sobre una placa sustancial con su eje fiel al eje Y del molino.La placa ha sido elevada hasta 30 grados para una espiral izquierda (es decir, el diente debe inclinarse hacia la izquierda visto cuando se sostiene verticalmente).El artículo de Cooper utilizó una disposición de barra sinusoidal para lograr esto.Creo que eso es excesivo.La suma de los dos ángulos da la alineación teórica de los dos ejes, pero mi lectura sobre los sesgos dice que se pueden permitir ligeras discrepancias aumentando la distancia entre centros.Entonces, la foto 6 muestra un cuadrado 30/60 hecho en taller pero con precisión que se utiliza para colocar el plato.

La foto 7 da la idea de la relación entre Heath y Robinson.La placa de 3/8' tiene dos bordes fresados a 90 grados entre sí. La mesa giratoria está atornillada a la placa y colocada a 90 grados con respecto al borde largo. Se sujeta un tope a la mesa de fresado en ángulo recto con el eje Y. El otro borde fresado de la placa hace tope contra este tope. Las piezas del kit de abrazadera del molino mantienen todo rígido. Feo, pero funcional.

Las fotos 8 a 10 muestran los dientes en formación.Se baja el cortador hasta que el anillo del diente central esté alineado con el centro de la pieza en bruto en el punto medio (piénselo).La pluma se bloquea y el eje X se enrolla hasta que el cortador apenas besa el espacio en blanco.Con el cortador alejado de la pieza en bruto hacia la izquierda, el eje X se enrolla otros 0,055', es decir, la profundidad total de corte del diente. Ahora se realiza la primera pasada, girándola hacia adelante y hacia atrás unas cuantas veces para permitir cualquier resorte del cortador. -Parte posterior. La foto 8 muestra el espacio en blanco después de la pasada n.° 1. Ninguna pasada formará completamente ningún diente. La del medio tendrá menos profundidad que la total en cada extremo. Las de arriba y las de abajo tendrán la profundidad total en un extremo, pero luz en el otro. Todo tendrá forma de bastidor, ninguno se acercará todavía a la forma de involuta.

En la foto 9, hemos indexado alrededor del espacio en blanco 19 veces hasta el último diente.Dependiendo de la forma en que indexe, los dientes del cortador de arriba (o de abajo) corregirán el problema de profundidad de corte y afeitarán aún más los dientes en forma de cremallera más cerca de la involuta.La forma estará formada por una serie de caras dependiendo de cuántos dientes del cortador 'engranan' con la pieza en bruto (3 caras en este caso).Tenga en cuenta que cuando se corta el diente n.º 20, ¡el trabajo no estará completo!Debemos continuar al menos dos más para asegurarnos de que todos los perfiles se limpien lo mejor posible.

En la Foto 10, el engranaje está completamente formado y la cortadora ha sido levantada.Cooper señala que es posible refinar aún más el diente hacia la involuta subiendo y bajando alternativamente el cortador en una fracción del paso de la cremallera, girando la pieza en bruto para volver a lograr el engrane y luego haciendo otra pasada.Esto probablemente sería esencial para dientes grandes, digamos en el rango de 20 DP y menos, pero mis pruebas mostraron que esto no era necesario.El engranaje en este momento es bastante peludo, especialmente en el lado de salida de los pasos del cortador.Después de retirarlo del mandril, unos ligeros roces contra una lima grande de corte fino limpian lo peor y un pulido con un cepillo fino y ancho hace el resto.

El gran momento: ¿mi equipo engranaría y giraría, y cómo se compararía la distancia entre centros para una carrera 'más dulce' con la distancia entre centros teórica?Para intentarlo, el engranaje impulsor fabricado profesionalmente se montó en un muñón y se accionó mediante el torno.Mi equipo estaba montado en un muñón de eje que giraba a 90 grados hacia el conductor, funcionando en un cojinete sujeto a un deslizamiento vertical que permitiría ajustar la distancia entre centros.Mi plan era que si no me gustaba la libertad, o si hacía mucho ruido, podía dejar caer un poco de pasta para pulir válvulas en la malla y dejar que los engranajes se modificaran entre sí.Esto resultó ser completamente innecesario.Los engranajes engranaron libremente, por lo que la distancia se redujo hasta que sonaron 'infelices', luego se aumentó lo suficiente para lograr un funcionamiento libre nuevamente.Luego, midiendo las distancias verticales entre los ejes y ajustando los diámetros de los ejes (de la varilla de perforación), se calculó la distancia entre centros y... ¡bueno, derribadme!¡Era solo 0,001' inferior a la distancia teórica! Los mil metros adicionales de juego (aproximadamente el 2% de la profundidad del diente) me darán un poco más de libertad, si puedo perforar el cárter con tanta precisión.

Durante este proceso, aprendí que me había equivocado (otra vez, maldita sea) sobre el empuje final de los engranajes Feeny.Mirando la foto anterior, el empuje final del engranaje impulsor cuando los engranajes están funcionando en la dirección normal del motor del modelo (es decir, el eje del torno gira en reversa) es hacia la contrapunta.El empuje del extremo del engranaje impulsado está dentro del deslizador vertical.Esto es lo mejor que podemos hacer por los Feeney.El árbol de levas será empujado hacia su cavidad, por lo que no habrá carga de empuje en el cojinete de la cubierta de la cavidad.Sin embargo, el engranaje impulsor intentará sacarse del cigüeñal.Como el mío es un ajuste muy ajustado a presión, esto no supondrá un problema.Sin embargo, muestra que no podemos usar engranajes espirales derechos sin un rediseño de la fundición.

Entonces el método funciona.Todos los cortadores, plantillas y engranajes se fabricaron a partir de existencias existentes o del contenedor de chatarra.Mirando hacia atrás en la Foto 1 (reproducida aquí), a la izquierda del plato hay dos buenos engranajes probados y probados.A la derecha hay cinco cosas inutilizables.Mi mesa giratoria Vertex 90:1 necesitaba 4,5 vueltas por diente para el engranaje de 20 dientes.La concentración (he aprendido) es primordial al indexar.Apaga la radio, desconecta el teléfono, saca al gato.Cuente en voz alta y desarrolle un ritmo para el proceso (por ejemplo, mueva siempre los brazos del sector primero o al final. ¡Nunca cambie!). Sobre todo, no deje que su mente divague.Uno de los problemas ocurrió cuando mi cortador de tornillos sin cabeza se aflojó en el eje y el cortador cambió su posición vertical unos cuantos miles.Grrrrr.La próxima vez, dos tornillos o pegue el cortador al eje.Otro atasco fue causado por cortar los dientes a 0.110' de profundidad. No me pregunten por qué, era tarde en la noche y estaba cansado (¿quizás por eso?). Otro fue un error de indexación y otro, el primero, fue indexando en 4.45 en lugar de 4.5. Pero he aprendido. Después de tomar esta foto, produje 4 engranajes más para la siguiente serie de kits de Feeney de Art sin errores.

Pero no todo es color de rosa.Si hubiera tenido que hacer el cambio de 60 grados, habría tenido problemas.Eche un vistazo a la foto 7 e imagine que el plato y la mesa giratoria se elevan otros 30 grados.La parte superior golpearía la pluma del molino.Si girara la placa 180 grados, estaría libre de la pluma, pero ahora la placa de división y el mango están en la parte trasera del molino y la indexación sería muy lenta, difícil y propensa a errores.

Pero hay otras formas de fabricar engranajes oblicuos sin necesidad de hardware costoso.Alan Suttie (Canadá) describió un enfoque muy singular e innovador.Rex Swensen escribió otro enfoque bastante elegante (porque es similar al que se me ocurrió a mí).Utiliza un cortador en forma de fresa montado en un deslizador vertical en el soporte del torno con el cabezal actuando como cabezal divisor.Luego hay varias máquinas cortadoras de engranajes universales que también pueden cortar engranajes en espiral, como la que se muestra aquí y que apareció como una serie de construcción.Una máquina más reciente y más compleja pero capaz apareció en la revista complementaria, Model Engineers' Workshop.Más recientes aún son los dispositivos que utilizan un control CNC casero para realizar los movimientos complejos que antes realizaban los cabezales divisores especializados accionados por un tren de engranajes.Estos son proyectos importantes en sí mismos, pero sé que muchos ingenieros de modelos disfrutan mucho construyendo dispositivos complejos que sólo reciben un uso esporádico.Con suerte, ahora tendrá una mejor apreciación de cómo se pueden fabricar engranajes oblicuos a un estándar adecuado para su uso en el motor sin más gasto que un poco de tiempo, y tal vez algunos temas de conversación para el contenedor de chatarra en el camino.