Reductores de velocidad: principales aplicaciones y cómo mejorar su funcionamiento

Podemos catalogar a los reductores de velocidad como uno de los grandes inventos y sin duda con mayor notoriedad y participación en la actualidad, esto ya que se siguen utilizando en prácticamente toda la maquinaria que tenemos a nuestro alrededor. Pero, ¿cuáles son las principales aplicaciones de un reductor de velocidad? ¿Qué elementos lo componen?

¿Cuáles son las aplicaciones de un reductor de velocidad?

Los reductores son empleados para el accionamiento de toda clase de máquina de uso industrial y cotidiano que necesiten disminuir la velocidad de un motor eléctrico de una forma segura y eficiente.  En este sentido, los reductores adaptan la velocidad de un motor para entregar el par que necesita una máquina para su correcto funcionamiento

Como sistema de transmisión, las cajas reductoras de los reductores destacan por su elevada complejidad, pudiéndose diseñar infinidad de sistemas de reducción en función de las necesidades y particularidades de cada aplicación.

Elementos que componen un reductor de velocidad

Tener claros algunos conceptos nos ayudará a entender de mejor manera los elementos que componen un reductor de velocidad.

• Concepto de “torque” o “par”

Es una fuerza de giro expresada en unidades de kilogramo por metro o Newton por metro. El “torque” o “par” mezclado con un tiempo de ejecución se convierte en una “potencia”

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• Motor eléctrico

Un motor eléctrico tiene  una potencia determinada en HP y dispone de una velocidad de operación a la cual gira la flecha de salida. Ambas características; potencia y velocidad  definen un “torque” o “par” que puede liberar el motor. Es el “par” el que permite girar o no una determinada carga. La carga de salida que necesitamos

La combinación de potencia, par y velocidad en un motor o motorreductor está regida por la siguiente fórmula:

Potencia mecánica

W= M (Nm) x w (rad/s).

W =16,4 Nm (dato del par a máximo rendimiento en Nm) x velocidad (a máximo rendimiento en rad/s).

10 r.p.m = 10× 1 revoluciónmin×1 min60 s×2π rad1 revolución= 10 x 2 x π60= 1,047 rad/s

W =16,4 Nm x 1,047 rad/s= 17 W.

1cv= 735,39875W = 0.98632HP

• Caja reductora

Se trata del mecanismo de trasmisión. Está compuesta por una serie de componentes mecánicos que permiten la correcta reducción de velocidad y el aumento de la transmisión de par.  Todos sus elementos son igualmente importantes y necesitan de una perfecta geometría y composición para la correcta operación del sistema. Hablamos de engranajes, casquillos, coronas, arandelas, poleas, piñones…

En definitiva, antes de iniciar un proyecto de ingeniería electromecánica que necesite de un accionamiento, debemos responder a inquietudes que resultan vitales para un óptimo resultado final. El conocimiento de los tipos de reductores de velocidad y sus ventajas es importante. La elección dependerá del tipo de movimiento que persigamos, la potencia que necesitemos o el espacio del que dispongamos en la máquina. Aquí te presentamos los principales tipos de reductores de velocidad que puedes encontrar.

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Tipos de reductores de velocidad

• Reductor planetario

Por su gran precisión y fiabilidad muchas transmisiones automáticas utilizan en a día de hoy reductores planetarios.

¿Qué elementos componen un reductor planetario?

1. Sol: El engranaje central. Tiene un tamaño superior y gira sobre el eje central.
2. Portaplanetas (Carrier): Su misión es sujetar hasta 3 engranajes satélites, del mismo tamaño, que engranan con el engranaje central o sol.
3. Corona o anillo: Un anillo exterior (con dientes en su cara interna) engrana con los satélites y encierra todo el tren epicicloidal. Además, el eje central puede convertirse también en centro de giro para el anillo externo, lo que permite cambiar la dirección con facilidad.

• Reductores de engranajes

– Rectos

Es el tipo de engranaje más común, su particularidad se basa en que sus dientes están montados en ejes paralelos. Los reductores de engranajes rectos se utilizan cuando se requiere transmitir el movimiento de un eje a otro paralelo y cercano.

Aquí sus características

1. Utilizados para transmitir gran cantidad de potencia (alrededor de 500 KW)
2. Ofrece una relación de velocidad constante y estable.
3. Más eficientes si lo comparamos con un engranaje helicoidal del mismo tamaño.

– Helicoidales

Operan de una forma más suave y silenciosa en comparación a los engranajes rectos; esto se debe a la forma oblicua en la que interactúan sus dientes en relación al eje de rotación. En su disposición, los reductores de engranajes helicoidales pueden ubicarse en paralelo o cruzarse generalmente a 90 grados. En el caso que esto ocurra y se crucen los engranajes helicoidales se aplican junto a un tornillo sinfín.

¿Qué características tienen?

1. Más duraderos, ideales para aplicaciones de alta carga.
2. Sus dientes en ángulo operan de forma gradual, permitiendo que el funcionamiento del engranaje de realice de forma más suave y silenciosa.
3. La carga se distribuye sobre varios ejes, generando menos desgaste.

Clasificación de motorreductores de engranajes en función de la disposición de sus ejes

1. Reductores de ejes paralelos

Son un tipo de motorreductor de engranajes que se sirven de estos mismos para realizar la reducción de velocidad óptima. El eje del motor y del motorreductor están en planos paralelos, esta disposición permite conseguir cajas reductoras muy planas.

Los reductores de ejes paralelos puede utilizar tres tipos de engranajes para realizar la transmisión, la elección de uno u otro dependerá de la aplicación final.

¿Qué ventajas tiene un reductor de ejes paralelos?

• Un diseño compacto, que se traduce en un menor peso y espacio
• Alcanzan un rango de potencia de hasta 200 KW.
• Baja vibración, bajo nivel sonoro.

2. Reductores sinfín corona o de 90 grados

Puede ser considerado el tipo de reductor de velocidad más sencillo, se compone de una corona dentada, normalmente de bronce, cuyo centro contiene un eje de acero. Esta corona está permanente en contacto con un husillo de acero en forma de tornillo sinfin (de ahí su nombre) Como particularidad, sus ejes se disponen en un ángulo de 90 grados.

Reductores sinfin corona de CLR

¿Cómo mejorar el funcionamiento de un motorreductor?

Existen varios parámetros básicos cuyo estudio permite la obtención de un producto o solución de mayor calidad:

• El estudio y corrección de los niveles de ruido mecánico

Los motorreductores deben ser sometidos a tests mediante equipos de frecuencias antes de su comercialización. Es muy importante atender a las vibraciones mecánicas y que tu proveedor de motorreductores domine los instrumentos de medición de vibraciones para evitar las frecuencias más molestas.

• La óptima medición y entrega del par

La óptima medición de par de arranque, par de salida y par nominal garantiza la transmisión correcta del movimiento y la adaptabilidad a la máquina o aplicación.

• El consumo eléctrico

La eficiencia energética del reductor es otro elemento que debe tenerse muy en cuenta a la hora de decidirse por uno u otro modelo. La disposición del tren de engranajes, la disposición y características de los rodamientos o los tratamientos superficiales de los componentes mejora el rendimiento de todo el sistema.

• Las pruebas de ciclo de vida

Estas pruebas se realizan en laboratorios para medir la resistencia, límites y ciclos de vida de un reductor. Los proveedores de motorreductores que disponen de estos laboratorios y su tecnología de ensayo, pueden garantizar a los compradores la entrega de motorreductores de calidad.

• El diseño de los reductores de velocidad

Antes de entrar en las particularidades del diseño, haremos mención al factor de servicio, entendido como las condiciones que afectan o incrementan las demandas de potencia de un motorreductor. Este factor puede responder al polvo y la humedad ambiental, a la cantidad de vibración a soportar, o al número de ciclos por operación. Reducir la influencia del factor de servicio pasa por conocer a fondo el funcionamiento del reductor y mejorar el diseño de todo su mecanismo de transmisión.

A partir del estudio de la operación a realizar, los fabricantes de reductores de velocidad pueden diseñar un sistema de transmisión que optimice la potencia de salida. Aquí hay elementos técnicos que pueden evitar las pérdidas de energía; alargando así la vida útil del motor.

Algunos ejemplos serían:

• El uso y la disposición de los rodamientos

Dentro del sistema de engranajes, el uso de rodamientos ofrece una reducción de la fricción realizada por las diferentes piezas en movimiento. De esta manera se reduce considerablemente las pérdidas de energía.

• El uso de casquillos autolubricados

Este tipo de piezas reducen la fricción en menor medida que los rodamientos; aunque minimizan las pérdida de resistencia ante movimientos axiales.

• El diseño de los engranajes (tamaño de los dientes, disposición…)

Los engranajes que menos pérdidas de eficiencia producen son los de tipo recto con la disposición de ejes paralelos. Se pueden realizar varias modificaciones en los dientes de los engranajes para aumentar su eficiencia.

• El empleo de componentes que limitan las vibraciones

Se pueden utilizar diversas soluciones para reducir vibraciones, como pueden ser la combinación de  rodamientos, arandelas, casquillos sinterizados… La aplicación de todos estos elementos mejorará a largo plazo el correcto funcionamiento del motorreductor. Será más preciso, menos sonoro y sufrirá un menor desgaste al limitarse sus niveles de vibración.

• La elección y el tratamiento de los materiales

Al margen del diseño, la calidad del material y los tratamientos específicos a los que haya sido sometida cada pieza, alargará también su resistencia y vida útil. Aquí, por ejemplo, existen tratamientos capaces de aumentar la resistencia térmica de las piezas. Con ellos se potencia la disipación de calor dentro de la caja reductora.

Hablando sobre las características intrínsecas del material, conviene definir las necesidades de la aplicación: etapas, r.p.m, fuerza par de salida, etc. Así podremos elegir el material cuyas prestaciones ofrecezcan la mejor respuesta en cada proyecto.

Existen varios materiales que pueden mejorar la eficiencia de los reductores de velocidad, como son los plásticos autolubricados o de baja fricción. Este tipo de materiales aumentan la eficiencia pero disminuyen la vida útil. Habría que estudiar cada caso para determinar qué material será más beneficioso en función de la carga de trabajo.

Por último, en el caso de trabajar con metales, podemos aplicar  tratamientos enfocados a aumentar  la dureza y resistencia de las piezas, o protegerlas ante agentes externos. Los tratamientos para piezas cnc no limitan las pérdidas de energía entre engranajes, pero alargan drásticamente su vida.  Gracias a ello, nuestro reductor trabajará mejor y durante más tiempo.

Es muy importante elegir un tipo de lubricación interna adecuada a cada ambiente de trabajo. De esta forma nos aseguramos de que el mecanismo esté bien lubricado durante el transcurso de su vida útil.

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