Elegir el reductor de velocidad adecuado puede determinar la eficiencia y la fiabilidad de su maquinaria. Con tantos tipos y especificaciones disponibles, es fácil elegir un reductor que no se adapte a su aplicación, lo que provoca un rendimiento deficiente, fallos prematuros y costosos tiempos de inactividad.
Esta guía completa le muestra los factores clave que debe tener en cuenta al seleccionar un reductor de velocidad y le muestra los aspectos más complejos. Desde el análisis de los requisitos de su aplicación hasta la comprensión de las ventajas y desventajas de cada tipo de reductor, obtendrá los conocimientos necesarios para tomar una decisión informada que optimice el rendimiento de su maquinaria.
Factores a tener en cuenta al elegir el reductor de velocidad adecuado
Requisitos de aplicacion
- Par motor y caballos de fuerza: El reductor debe tener el tamaño adecuado para soportar el par y la potencia requeridos por el equipo accionado. Una capacidad insuficiente provocará una falla prematura.
- Velocidades de entrada y salida: La relación de reducción de velocidad debe coincidir con las velocidades requeridas por la aplicación. Esto se determina dividiendo la velocidad de entrada por la velocidad de salida deseada.
- Factor de servicio: Se debe aplicar un factor de servicio de aplicación para tener en cuenta las variaciones en las condiciones de carga y funcionamiento. Los factores de servicio típicos varían de 1.0 a 2.0 o más, según la severidad de la aplicación.
- Carga en voladizo: La distancia de la carga al soporte del eje de salida aumenta el momento de voladizo que deben soportar los cojinetes y ejes del reductor. Los reductores montados sobre eje y de eje hueco son más adecuados para aplicaciones con cargas elevadas en voladizo.
- Cargas de choque: Las cargas de impacto o los arranques y paradas bruscos generan cargas de choque varias veces superiores al par de funcionamiento. El reductor debe tener capacidad suficiente para soportar el par máximo.
- Condiciones ambientales: Factores como temperaturas extremas, humedad, productos químicos, polvo y otros contaminantes influyen en la elección del reductor. Es posible que se requieran sellos, lubricantes, materiales y tratamientos de superficie especiales.
- Ciclo de trabajo y horas de funcionamiento: Las aplicaciones de servicio continuo tienen mayores requisitos de transmisión de potencia que las de servicio intermitente. La vida útil esperada en horas de funcionamiento también determina la robustez del diseño del reductor.
Configuración de montaje
Las restricciones de instalación física determinan el estilo de montaje del reductor:
- Con pie Los reductores tienen una base que se atornilla a una base o placa base. Esta es la configuración más común.
- Montado en brida Los reductores se atornillan directamente a la carcasa del equipo accionado, lo que ahorra espacio y facilita la alineación.
- Montado en eje Los reductores se ajustan directamente al eje de transmisión con un eje de salida hueco y un brazo de torsión. Esto minimiza los problemas de alineación y permite que la reductores de engranajes “flote” con el eje.
- Eje hueco Los reductores tienen un orificio de salida hueco que se monta en el eje impulsado. Tanto los reductores montados en el eje como los montados en brida pueden tener ejes de salida huecos.
Eficiencia y Ahorro Energético
El tipo de engranaje determina la eficiencia y la pérdida de potencia en un reductor de velocidad:
- Reductores de engranajes Los reductores de engranajes rectos, helicoidales o cónicos suelen superar el 95 % de eficiencia por etapa. Los reductores de engranajes sin fin tienen una eficiencia del 60 % al 85 %, según la relación de reducción.
- Reductores de correa El uso de correas trapezoidales o correas síncronas tiene una eficiencia del 95 al 98 %. Se pierde algo de potencia debido al deslizamiento y la fricción de la correa.
Mantenimiento y Confiabilidad
Algunos reductores requieren un mantenimiento más frecuente que otros. Los que tienen lubricación por baño de aceite pueden requerir engranajes periódicos de aceite, mientras que las unidades engrasadas de por vida se lubrican en la fábrica.
Los entornos hostiles pueden requerir engranajes de lubricante e inspecciones de sellos más frecuentes. Se debe considerar la facilidad de acceso y reemplazo de piezas propensas al desgaste, como sellos y cojinetes.
Disponibilidad de repuestos
Los reductores de velocidad suelen ser un artículo que se entrega a largo plazo, por lo que la disponibilidad local de la unidad y de las piezas de repuesto es un factor importante. Esto es especialmente cierto para aplicaciones de misión crítica donde el tiempo de inactividad debe minimizarse.
Un fabricante de reductores con un amplio inventario local y una amplia red de servicio puede brindar un mejor soporte posventa. La disponibilidad de dibujos 2D, modelos 3D y configuradores de productos también ayuda con la selección y el reemplazo.
Restricciones de tamaño y peso
El espacio disponible en la estructura de la máquina puede limitar el tamaño del reductor que se puede instalar. Las configuraciones de montaje en eje, en ángulo recto y en paralelo descentrado brindan opciones para el montaje en espacios reducidos.
El peso también puede ser una limitación para cargas suspendidas o cuando la estructura de la transmisión tiene limitaciones de peso. Las carcasas de aluminio ofrecen un ahorro de peso significativo en comparación con las de hierro fundido.
Ruido y vibración
Las altas velocidades de rotación en las primeras etapas de un reductor de velocidad pueden generar ruido y vibración, especialmente si se utilizan engranajes rectos de corte recto. Los engranajes helicoidales suelen funcionar de forma más suave y silenciosa.
Los engranajes sinfín pueden ofrecer un funcionamiento más silencioso, aunque menos eficiente. Los reductores de precisión con dientes de paso más fino y tolerancias ajustadas suelen presentar menos ruido y vibración.
La instalación de cubiertas insonorizantes y el uso de acoplamientos flexibles en los ejes de entrada y salida pueden mitigar el ruido y la vibración. El montaje del reductor debe evitar la resonancia con la estructura de la máquina.
Tipos de reductores de velocidad
Reductores de engranajes helicoidales
Los reductores de engranajes helicoidales utilizan un sinfín (tornillo) para accionar una rueda helicoidal. La disposición de ejes sin intersección proporciona una configuración compacta en ángulo recto.
Las relaciones de una sola etapa varían de 5:1 a 60:1, con relaciones más altas posibles en unidades de reducción doble y triple. Los engranajes helicoidales son ineficientes pero brindan un alto par de salida en un paquete pequeño.
Los reductores de engranajes helicoidales son susceptibles al desgaste y a las limitaciones de capacidad térmica debido al contacto deslizante de los dientes. Son más adecuados para aplicaciones de servicio intermitente.
Reductores de engranajes helicoidales
Los reductores de engranajes helicoidales emplean engranajes cilíndricos con dientes inclinados, generalmente con ejes paralelos. Los dientes superpuestos proporcionan un funcionamiento suave y silencioso con relaciones de hasta aproximadamente 8:1 por etapa.
Los engranajes helicoidales se suelen apilar en varias etapas para lograr relaciones más altas. Estos reductores ofrecen un buen equilibrio entre rendimiento y economía en un formato relativamente compacto.
Los reductores de engranajes helicoidales son adecuados para aplicaciones que requieren alta eficiencia y bajo nivel de ruido. La orientación de ejes paralelos puede ser una ventaja o una limitación según la instalación.
Reductores de engranajes planetarios
Los reductores de engranajes planetarios (o epicicloidales) tienen ejes de entrada y salida coaxiales. Varios engranajes planetarios giran alrededor de un engranaje solar central dentro de un engranaje anular exterior, lo que proporciona una alta densidad de potencia.
Las etapas de engranajes planetarios pueden ofrecer una reducción de hasta 12:1, con relaciones superiores a 300:1 con múltiples etapas. Los ejes coaxiales y el diseño compacto y simétrico hacen que los engranajes planetarios sean ideales para espacios reducidos.
Los reductores planetarios en línea son muy eficientes. Las unidades en ángulo recto incorporan engranajes cónicos, con cierto sacrificio en cuanto a eficiencia y suavidad. Los engranajes planetarios son capaces de generar un par muy alto y una confiabilidad excepcional.
Reductores de engranajes cicloidales
Los reductores cicloidales utilizan un cojinete excéntrico para impulsar un disco cicloidal en un movimiento oscilante contra pasadores anulares estacionarios. La salida se realiza a través de rodillos en el disco cicloidal que se acoplan con orificios en una brida del eje de salida.
El movimiento cicloidal logra relaciones extremadamente altas, hasta 300:1 en una sola etapa, sin juego. Los engranajes cicloidales tienen una eficiencia media a baja, pero brindan niveles excepcionales de carga de impacto y protección contra sobrecarga.
Los reductores de engranajes cicloidales se utilizan en aplicaciones de servicio pesado que requieren un par máximo en un paquete compacto y duradero con un alto grado de precisión dinámica y rigidez torsional.
Reductores de engranajes cónicos
Los reductores de engranajes cónicos tienen ejes que se cruzan, generalmente perpendiculares. Los engranajes cónicos rectos tienen un perfil cónico, mientras que los engranajes cónicos espirales tienen dientes curvos similares a los engranajes helicoidales.
Los reductores de engranajes cónicos son útiles para girar en las esquinas de un tren de transmisión de potencia. Los ejes suelen ser horizontales y verticales, pero pueden estar en cualquier ángulo. Los engranajes cónicos hipoidales están descentrados como los engranajes sinfín.
Los engranajes cónicos espirales son más resistentes, más suaves y más silenciosos que los cónicos rectos. Se utilizan comúnmente en pares o combinados con engranajes rectos o helicoidales en reductores de varias etapas.
Calcular relaciones de transmisión
La relación de transmisión es la relación entre el número de dientes del engranaje impulsado y el número de dientes del engranaje impulsor:
Gear Ratio = Number of Teeth on Driven Gear / Number of Teeth on Driving GearLa relación total de un reductor de varias etapas es el producto de las relaciones de cada etapa. Por ejemplo, un reductor con relaciones de etapas de 5, 4 y 3 tiene una relación total de 60:1 (5 x 4 x 3).
La relación de reducción de velocidad es la inversa de la relación de transmisión. En este ejemplo, la relación de transmisión 60:1 da como resultado una velocidad de salida de 1/60 de la velocidad de entrada.
Un reductor aumenta el par en la misma proporción en que reduce la velocidad. Despreciando las pérdidas de eficiencia, la potencia (par x velocidad) permanece constante. Con una eficiencia del 100%:
Power In = Power Out
Torque In x Speed In = Torque Out x Speed Out
Torque Out = Torque In x Gear RatioEn la práctica, el par de salida real se reduce aproximadamente entre un 1 y un 5 % por cada etapa de engranaje debido a pérdidas de eficiencia. Los engranajes helicoidales tienen una pérdida de potencia significativamente mayor.
