Los engranajes sinfín son componentes de transmisión de potencia que se utilizan principalmente como reductores de alta relación para cambiar la dirección de rotación del eje y para disminuir la velocidad y aumentar el par entre ejes giratorios no paralelos. Se utilizan en ejes con ejes perpendiculares que no se intersecan. Dado que los dientes de los engranajes engranados se deslizan uno sobre el otro, los engranajes sinfín son ineficientes en comparación con otras transmisiones por engranajes, pero pueden producir reducciones significativas de velocidad en espacios muy reducidos y, por lo tanto, tienen numerosas aplicaciones industriales. En esencia, los engranajes sinfín se pueden clasificar en engranajes de simple y doble envolvente, lo que describe la geometría de los dientes engranados. A continuación, se describen los engranajes sinfín junto con un análisis de su funcionamiento y aplicaciones comunes.

Engranajes helicoidales cilíndricos

La forma básica del sinfín es la cremallera evolvente, mediante la cual se generan los engranajes rectos. Los dientes de la cremallera tienen paredes rectas, pero al utilizarse para generar dientes en piezas brutas de engranajes, producen la forma curva característica del engranaje recto evolvente. Esta cremallera se enrolla esencialmente alrededor del cuerpo del sinfín. El acoplamiento rueda helicoidal se compone deengranaje helicoidalLos dientes están cortados en un ángulo que coincide con el ángulo del diente del sinfín. La verdadera forma de espolón solo se presenta en la sección central de la rueda, ya que los dientes se curvan para envolver al sinfín. El engrane es similar al de una cremallera que acciona un piñón, excepto que el movimiento de traslación de la cremallera se sustituye por el movimiento giratorio del sinfín. La curvatura de los dientes de la rueda a veces se describe como "garganta".

Los sinfines tienen al menos una y hasta cuatro (o más) roscas o arranques. Cada rosca engrana con un diente de la rueda helicoidal, que tiene muchos más dientes y un diámetro mucho mayor que el del sinfín. Los sinfines pueden girar en cualquier dirección. Las ruedas helicoidales suelen tener al menos 24 dientes, y la suma de las roscas y los dientes de la rueda debe ser normalmente superior a 40. Los sinfines pueden fabricarse directamente en el eje o por separado y posteriormente insertarse en él.
Muchos reductores de tornillo sin fin son teóricamente autoblocantes, es decir, no pueden ser accionados por la rueda helicoidal, lo cual supone una ventaja en muchos casos, como en la elevación. Cuando se desea la contratracción, la geometría del tornillo sin fin y la rueda puede adaptarse para permitirla (lo que a menudo requiere varios arranques).
La relación de velocidades del tornillo sin fin y la rueda está determinada por la relación entre el número de dientes de la rueda y las roscas del tornillo sin fin (no por sus diámetros).
Dado que el sinfín sufre un desgaste comparativamente mayor que la rueda, a menudo se utilizan materiales distintos para cada uno, como un sinfín de acero endurecido que impulsa una rueda de bronce. También existen ruedas helicoidales de plástico.

Engranajes helicoidales de envoltura simple y doble

La envolvente se refiere a la forma en que los dientes de la rueda helicoidal envuelven parcialmente el sinfín, o bien, los dientes del sinfín envuelven parcialmente la rueda. Esto proporciona una mayor área de contacto. Un sinfín de simple envolvente utiliza un sinfín cilíndrico para engranar con los dientes de garganta de la rueda.
Para lograr una superficie de contacto aún mayor entre los dientes, a veces se le aplica una garganta al propio sinfín (en forma de reloj de arena) para que coincida con la curvatura de la rueda helicoidal. Esta configuración requiere un posicionamiento axial cuidadoso del sinfín. Los engranajes helicoidales de doble envolvente son complejos de mecanizar y tienen menos aplicaciones que los de una sola envolvente. Los avances en el mecanizado han hecho que los diseños de doble envolvente sean más prácticos que antes.
Los engranajes helicoidales de ejes cruzados a veces se denominan engranajes sinfín no envolventes. Es probable que una abrazadera de aeronave tenga un diseño no envolvente.

Aplicaciones

Una aplicación común de los reductores de tornillo sin fin son los accionamientos de cintas transportadoras, ya que la cinta se mueve a una velocidad relativamente baja con respecto al motor, lo que justifica una reducción de alta relación. La resistencia al retroceso del tornillo sin fin puede utilizarse para evitar la inversión de la cinta cuando la cinta transportadora se detiene. Otras aplicaciones comunes son en actuadores de válvulas, gatos y sierras circulares. A veces se utilizan para indexación o como accionamientos de precisión para telescopios y otros instrumentos.
El calor es un problema con los engranajes sinfín, ya que el movimiento se produce esencialmente por deslizamiento, similar al de una tuerca sobre un tornillo. En el caso de un actuador de válvula, el ciclo de trabajo suele ser intermitente y el calor se disipa fácilmente entre operaciones poco frecuentes. En el caso de un accionamiento de cinta transportadora, con posible funcionamiento continuo, el calor desempeña un papel importante en los cálculos de diseño. Además, se recomiendan lubricantes especiales para los engranajes sinfín debido a las altas presiones entre los dientes, así como a la posibilidad de desgaste por rozamiento entre los diferentes materiales del sinfín y la rueda. Las carcasas de los engranajes sinfín suelen estar equipadas con aletas de refrigeración para disipar el calor del aceite. Se puede lograr casi cualquier nivel de refrigeración, por lo que los factores térmicos de los engranajes sinfín son un factor a considerar, pero no una limitación. Generalmente, se recomienda que los aceites se mantengan por debajo de 200 °F para el funcionamiento eficaz de cualquier engranaje sinfín.
El retroceso puede ocurrir o no, ya que depende no solo de los ángulos de hélice, sino también de otros factores menos cuantificables, como la fricción y la vibración. Para garantizar que siempre ocurra o nunca, el diseñador del sinfín debe seleccionar ángulos de hélice lo suficientemente pronunciados o poco profundos como para compensar estas otras variables. Un diseño prudente suele sugerir la incorporación de frenado redundante con accionamientos autoblocantes cuando la seguridad está en juego.
Los engranajes sinfín están disponibles tanto en carcasa como en conjuntos de engranajes. Algunas unidades pueden adquirirse con servomotores integrados o con diseños de varias velocidades.
Disponemos de sinfines de precisión especiales y versiones sin holgura para aplicaciones que requieren reducciones de alta precisión. Algunos fabricantes ofrecen versiones de alta velocidad.