Reducción de engranajes

Reducción de engranajes. Un término familiar para muchos, pero ¿qué significa realmente?

En la superficie, puede parecer que los engranajes se están «reduciendo» en cantidad o tamaño, lo que es parcialmente cierto. Cuando una máquina rotativa, como un motor o un motor eléctrico, necesita que se reduzca la velocidad de salida y/o se aumente el par, se suelen utilizar engranajes para lograr el resultado deseado. La «reducción» del engranaje se refiere específicamente a la velocidad de la máquina rotativa; la velocidad de rotación de la máquina rotativa se «reduce» dividiéndola por una relación de engranaje superior a 1:1. Una relación de engranaje superior a 1:1 se consigue cuando un engranaje más pequeño (de tamaño reducido) con menos número de dientes engrana y acciona un engranaje más grande con mayor número de dientes.

La reducción del engranaje tiene el efecto contrario en el par motor. El par de salida de la máquina rotativa se incrementa multiplicando el par por la relación de transmisión, menos algunas pérdidas de eficiencia.

Mientras que en muchas aplicaciones la reducción de engranajes reduce la velocidad y aumenta el par, en otras aplicaciones la reducción de engranajes se utiliza para aumentar la velocidad y reducir el par. Los generadores de las turbinas eólicas utilizan la reducción de engranajes de esta manera para convertir una velocidad relativamente lenta de las palas de la turbina en una velocidad alta capaz de generar electricidad. Estas aplicaciones utilizan reductores que se montan de forma opuesta a los de las aplicaciones que reducen la velocidad y aumentan el par.

¿Cómo se consigue la reducción de engranajes? Muchos tipos de reductores son capaces de lograr la reducción de engranajes, incluyendo, entre otros, los de eje paralelo, los planetarios y los de tornillo sin fin de ángulo recto. En los reductores de ejes paralelos (o reductores), un engranaje de piñón con un determinado número de dientes engrana y acciona un engranaje más grande con un número mayor de dientes. La «reducción» o relación de transmisión se calcula dividiendo el número de dientes del engranaje grande entre el número de dientes del engranaje pequeño. Por ejemplo, si un motor eléctrico acciona un piñón de 13 dientes que se engrana con un engranaje de 65 dientes, se consigue una reducción de 5:1 (65 / 13 = 5). Si la velocidad del motor eléctrico es de 3.450 rpm, la caja de cambios reduce esta velocidad cinco veces, hasta 690 rpm. Si el par del motor es de 10 lb-in, la caja de cambios aumenta este par por un factor de cinco a 50 lb-in (antes de restar las pérdidas de eficiencia de la caja de cambios).

Las cajas de cambios de eje paralelo muchas veces contienen múltiples conjuntos de engranajes, aumentando así la reducción del engranaje. La reducción total del engranaje (relación) se determina multiplicando cada relación de engranaje individual de cada etapa del conjunto de engranajes. Si una caja de cambios contiene conjuntos de engranajes 3:1, 4:1 y 5:1, la relación total es de 60:1 (3 x 4 x 5 = 60). En nuestro ejemplo anterior, la velocidad del motor eléctrico de 3.450 rpm se reduciría a 57,5 rpm utilizando una caja de cambios de 60:1. El par del motor eléctrico de 10 lb-in se incrementaría a 600 lb-in (antes de las pérdidas de eficiencia).

Si un engranaje de piñón y su engranaje de acoplamiento tienen el mismo número de dientes, no se produce ninguna reducción y la relación de transmisión es de 1:1. El engranaje se denomina piñón loco y su función principal es cambiar el sentido de giro en lugar de disminuir la velocidad o aumentar el par.

Calcular la relación de transmisión en un reductor de engranajes planetarios es menos intuitivo, ya que depende del número de dientes de los engranajes solares y anulares. Los engranajes planetarios actúan como rodillos y no afectan a la relación de transmisión. La relación de engranaje planetario es igual a la suma del número de dientes de la rueda solar y del anillo dividido por el número de dientes de la rueda solar. Por ejemplo, un conjunto planetario con una rueda solar de 12 dientes y una corona de 72 dientes tiene una relación de transmisión de 7:1 (/12 = 7). Los juegos de engranajes planetarios pueden alcanzar relaciones de aproximadamente 3:1 a aproximadamente 11:1. Si se necesita una mayor reducción de engranajes, se pueden utilizar etapas planetarias adicionales.

La reducción de engranajes en un accionamiento de tornillo sin fin de ángulo recto depende del número de roscas o «arranques» del tornillo sin fin y del número de dientes de la rueda helicoidal de acoplamiento. Si el tornillo sin fin tiene dos arranques y la rueda helicoidal de acoplamiento tiene 50 dientes, la relación de transmisión resultante es de 25:1 (50 / 2 = 25).

Cuando una máquina rotativa como un motor o un motor eléctrico no puede proporcionar la velocidad de salida o el par deseados, un reductor de engranajes puede ser una buena solución. Las transmisiones de eje paralelo, planetarias y de tornillo sin fin en ángulo recto son tipos de reductores comunes para lograr la reducción de engranajes. Póngase en contacto con Groschopp hoy mismo con todas sus preguntas sobre reducción de engranajes.