Motorreductores de engranajes cilíndricos explicados de forma clara: estructura con una o varias etapas, rendimiento, comparación con reductores cónicos y de tornillo sin fin, y dimensionamiento.
IA Este artículo se ha creado con ayuda de IA.
¿Qué es un motorreductor de engranajes cilíndricos?
Los motorreductores de engranajes cilíndricos son motorreductores, es decir, combinaciones de motor y reductor, en los que un reductor de engranajes cilíndricos transforma la velocidad. El reductor hace que el eje de salida gire más despacio y con mayor par que el eje del motor; motor y reductor forman una unidad, a veces con carcasa común. El motivo de esta combinación está en el propio motor: un motor eléctrico de alta velocidad necesita, para la misma potencia nominal, menos cobre y hierro que un motor cuya velocidad ya está próxima a la velocidad objetivo[1].
El reductor de engranajes cilíndricos transmite el movimiento con engranajes cilíndricos sobre ejes paralelos. La forma más sencilla es la versión de una etapa con dos ejes y un engranaje en cada uno; más engranajes y ejes intermedios dan lugar a reductores de varias etapas[2]. Los parámetros importantes de un motorreductor son la relación de transmisión, el rendimiento, el par de salida máximo, el juego, la velocidad máxima y las cargas axiales y radiales admisibles en el eje[1].
Estructura: etapas, dentado y formas constructivas
Etapas: con una etapa de engranajes cilíndricos puede realizarse en la práctica una relación de transmisión de hasta aproximadamente seis[2]. Para relaciones de transmisión mayores se conectan varias etapas en serie; la relación de transmisión total es el producto de las relaciones individuales. Dos etapas de 5 y 4 dan, por tanto, 20. Cómo repartir el número de etapas y la relación de transmisión lo muestra nuestro artículo sobre reductores de engranajes cilíndricos de varias etapas.
Formas constructivas: en la forma constructiva de ejes paralelos, el eje de salida está paralelo al eje del motor, pero desplazado[1]. En la forma constructiva coaxial, un eje intermedio lleva el flujo de fuerza hacia fuera a través de un par de engranajes y lo devuelve a través de un segundo par de engranajes, de modo que el eje de entrada y el de salida quedan alineados[3]. Esto permite una disposición esbelta con motor y salida en un mismo eje. Si la salida debe desviarse 90 grados, se combinan etapas de engranajes cilíndricos con una etapa cónica o de tornillo sin fin para formar reductores cónico-cilíndricos o reductores de engranajes cilíndricos y tornillo sin fin.
Dentado: con frecuencia se utilizan engranajes cilíndricos de dentado helicoidal. En ellos engranan normalmente dos o más dientes a la vez, y la carga aumenta gradualmente durante el engrane. Esto significa golpes menos duros, una menor excitación de vibraciones y un funcionamiento más silencioso; la resistencia en el pie del diente y la resistencia a la picadura (pitting) son algo mayores. A cambio, la fricción y las pérdidas son algo mayores, y se generan fuerzas axiales que requieren un alojamiento de rodamientos más complejo[2].
Ventajas y rendimiento
Las ventajas de los reductores de engranajes cilíndricos son la construcción relativamente sencilla con pocas piezas móviles, ruedas de dentado exterior que son más fáciles de fabricar que las coronas de dentado interior, los tornillos sin fin o los engranajes cónicos, la robustez y un alto rendimiento gracias a la transmisión directa y puramente mecánica[2].
Para el rendimiento del accionamiento completo se aplica: es el producto del rendimiento del motor y del reductor, y cada etapa adicional aporta sus propias pérdidas de engrane y de rodamientos. Por eso conviene no prever más etapas de las que exige la relación de transmisión. En comparación, el tornillo sin fin y la corona deslizan permanentemente entre sí. Este es el motivo principal del rendimiento relativamente bajo de los reductores de tornillo sin fin con relaciones de transmisión elevadas y de la refrigeración necesaria en la mayoría de los casos[4].
¿Reductor de engranajes cilíndricos, cónico, de tornillo sin fin o planetario?
En los motorreductores se utilizan sobre todo cuatro tipos de reductor. Se diferencian en primer lugar en la posición del eje de salida respecto al eje del motor[1]:
| Tipo de reductor | Posición del eje de salida | Puntos fuertes | Límites |
|---|---|---|---|
| Reductor de engranajes cilíndricos | paralelo desplazado o coaxial | sencillo, robusto, alto rendimiento | hasta aprox. 6 por etapa; más ruidoso que el de tornillo sin fin, más grande que el planetario |
| Reductor cónico | perpendicular, los ejes se cortan | desviación de 90 grados con alto rendimiento | dentado más complejo |
| Reductor de tornillo sin fin | perpendicular, los ejes se cruzan sin cortarse | alta relación de transmisión en una etapa, muy silencioso, a menudo irreversible | bajo rendimiento con alta relación de transmisión, normalmente requiere refrigeración |
| Reductor planetario | coaxial | compacto y ligero para la misma potencia | corona de dentado interior más compleja de fabricar |
El reductor de tornillo sin fin alcanza en una etapa reducciones de hasta 150 y, en funcionamiento inverso, es por regla general irreversible; no obstante, por motivos de seguridad la irreversibilidad no sustituye a un freno[4]. Los reductores cónicos, también llamados reductores angulares, se utilizan allí donde la fuerza y el movimiento se transmiten en ángulo y se exigen un alto rendimiento en funcionamiento cíclico y un bajo mantenimiento[5]. El reductor de engranajes cilíndricos es más grande y pesado que un reductor planetario para la misma potencia[2]. Es una buena opción cuando la entrada y la salida pueden estar en paralelo o en un mismo eje y el rendimiento y la robustez son más importantes que el tamaño más pequeño.
Dimensionamiento: velocidad, par y relación de transmisión
La relación de transmisión i es la relación entre la velocidad de entrada y la de salida[1]. De ello se derivan las ecuaciones básicas del dimensionamiento:
- Velocidad de salida: n2 = n1 / i
- Par de salida: M2 = M1 · i · η
- Par a partir de la potencia: M [Nm] = 9550 · P [kW] / n [min-1]
Un ejemplo de cálculo: un motor de 1,5 kW y 1400 min-1 entrega unos 10,2 Nm. Si el eje de salida debe girar a 70 min-1, se necesita i = 20, es decir, dos etapas de engranajes cilíndricos. En la salida se dispone entonces, sin pérdidas, de unos 205 Nm; con el rendimiento del reductor, algo menos.
El reductor debe poder transmitir este par de forma permanente. La verificación de la capacidad de carga del dentado se realiza, por ejemplo, según DIN 3990; son determinantes la presión en el flanco del diente y la tensión en el pie del diente. Un factor importante para la capacidad de carga es también la lubricación[2]. Los golpes, la frecuencia de maniobras y el tiempo de funcionamiento diario se tienen en cuenta mediante el factor de servicio. Indique además la posición de montaje, ya que la lubricación debe adaptarse a ella.
En un motorreductor con freno, el freno está en el eje del motor. Su par se amplifica por la reducción y no debe sobrecargar el reductor, ya que tras una rotura del reductor la máquina puede seguir moviéndose a pesar de que el motor esté parado. Estos accionamientos se necesitan para una parada rápida, por ejemplo en máquinas herramienta y máquinas de embalaje[1].
Aplicaciones, grado de protección y mantenimiento
Los reductores de engranajes cilíndricos están muy extendidos: funcionan tanto en mecanismos de relojería y cajas de cambios manuales de vehículos como en grandes reductores industriales[2]. Los motorreductores en general se utilizan, entre otros, para válvulas, robots y accionamientos de avance. A menudo tienen una brida normalizada para el montaje en la máquina y, a veces, también un volante acoplable con el que la pieza accionada puede moverse a mano en caso necesario[1].
El grado de protección describe con dos cifras características lo bien protegida que está la carcasa contra cuerpos extraños y agua. IP54 significa protección contra el polvo en cantidad perjudicial y contra salpicaduras de agua desde todas las direcciones; IP65, estanco al polvo y protección contra chorros de agua[6]. Por ello, si una instalación se limpia con chorro de agua, la segunda cifra característica debería ser al menos 5.
Para el mantenimiento se aplica: controlar el nivel de aceite y la estanqueidad, prestar atención a cambios en ruidos, vibraciones y temperaturas, y respetar los intervalos de cambio de aceite y el lubricante según las indicaciones del fabricante.
Como proveedor de la cadena cinemática completa, en ATEK Drive Solutions dimensionamos reductor, motor y freno a medida y de un único proveedor. Si su situación de montaje requiere una desviación de 90 grados, entre nuestros reductores con brida de motor encontrará reductores cónicos, hipoides y de tornillo sin fin para motores IEC y servomotores. Para su aplicación concreta le asesoramos con gusto de forma personal a través de nuestro contacto.
Preguntas frecuentes
¿Qué diferencia a un motorreductor de engranajes cilíndricos de los motorreductores planetarios o de tornillo sin fin?
El reductor de engranajes cilíndricos tiene una construcción más sencilla que un reductor planetario, pero es más grande y pesado para la misma potencia. Frente al reductor de tornillo sin fin, tiene un rendimiento mayor, sobre todo con relaciones de transmisión elevadas, pero funciona de forma más ruidosa y necesita varias etapas para relaciones de transmisión elevadas.
¿Cómo determino la potencia y la relación de transmisión para mi aplicación?
El punto de partida son la velocidad de salida y el par de salida necesarios. La relación de transmisión resulta de dividir la velocidad del motor entre la velocidad de salida, y el par de salida, del par del motor multiplicado por la relación de transmisión y por el rendimiento. Los picos de carga y las condiciones de funcionamiento se tienen en cuenta mediante el factor de servicio.
¿Qué papel desempeña la posición de montaje?
La posición de montaje determina cómo se suministra aceite a los engranajes y rodamientos y dónde se sitúan la ventilación y el vaciado de aceite. Como la lubricación influye en la capacidad de carga del dentado, la posición de montaje debe figurar en cualquier consulta.
¿Qué rendimiento tiene un reductor de engranajes cilíndricos?
Los reductores de engranajes cilíndricos se consideran reductores de alto rendimiento gracias a la transmisión directa y puramente mecánica. Cada etapa provoca sus propias pérdidas, y los dentados helicoidales tienen algo más de fricción que los rectos. El rendimiento de los reductores de tornillo sin fin con relaciones de transmisión elevadas es más bajo.
¿Qué grado de protección necesita un motorreductor de engranajes cilíndricos?
Depende del entorno. IP54 protege contra el polvo en cantidad perjudicial y contra salpicaduras de agua desde todas las direcciones. Si se limpia con chorro de agua o se genera mucho polvo, es apropiado un grado de protección como IP65 (estanco al polvo, protección contra chorros de agua).
¿Puede funcionar un motorreductor de engranajes cilíndricos con variador de frecuencia?
Sí. El variador de frecuencia modifica la velocidad del motor y la velocidad de salida varía en la proporción de la relación de transmisión. Para ello, dimensione motor y reductor para todo el rango de velocidad utilizado.
¿Qué mantenimiento necesitan los motorreductores de engranajes cilíndricos?
Controles visuales periódicos de la estanqueidad y del nivel de aceite, la observación del ruido, las vibraciones y la temperatura, así como cambios de aceite según las indicaciones del fabricante con el lubricante autorizado.
