¿Qué son los reductores de velocidad? ¿Cómo funcionan?
Los reductores de velocidad (o cajas de engranajes) son conjuntos de engranajes que se utilizan generalmente en sistemas de control y automatización para reducir la velocidad de entrada, normalmente procedente de un motor, con el fin de obtener la velocidad y el par de salida deseados. En 1901, se recuperó de un naufragio frente a las costas de la isla griega de Anticitera un artefacto compuesto por múltiples engranajes de bronce. Se cree que el mecanismo de Anticitera es el dispositivo de engranajes metálicos más antiguo conocido utilizado para predecir posiciones astronómicas, y se estima que fue construido entre los años 150 y 100 a. C., hace más de dos mil años. No fue hasta los siglos XIII y XIV cuando aparecieron trabajos de fabricación de engranajes con un nivel de calidad y complejidad similar. Aunque su función era la de un reloj astronómico mecánico y no la de un reductor de velocidad, es posible que técnicas de fabricación de engranajes metálicos de alta precisión y el uso de diferentes combinaciones de engranajes para obtener la velocidad de salida requerida ya se utilizaran hace miles de años.
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¿Cuál es el principio de funcionamiento de los reductores de velocidad?
Existen diferentes métodos para reducir la velocidad de un motor en aplicaciones industriales, y uno de los más utilizados es el empleo de un conjunto de engranajes (caja de engranajes). Los reductores de velocidad o cajas de engranajes reducen la velocidad de giro del motor y, al mismo tiempo, aumentan el par de salida, lo que permite incrementar la capacidad de trabajo útil del motor. La potencia del motor se transmite a través del eje del motor hasta un tren de engranajes, compuesto por engranajes pequeños, engranajes grandes y una carcasa, situado en el interior del reductor de velocidad, y posteriormente se transmite a través del eje de salida del reductor.¿Por qué utilizar reductores de velocidad?
Los reductores de velocidad o cajas de engranajes se utilizan para reducir la velocidad de giro del motor y aumentar el par de salida, lo que equivale a mejorar la capacidad de trabajo del motor. Además, un reductor de velocidad permite cambiar el sentido de giro de la salida. Por ejemplo, la rotación en sentido horario del eje de salida del motor puede convertirse en una rotación en sentido antihorario mediante un reductor de velocidad, o la dirección de salida puede cambiarse 90 grados mediante una caja de engranajes de ángulo recto para ahorrar espacio de instalación.¿Cuáles son las ventajas de utilizar reductores de velocidad?
Reducir costos
Por lo general, el costo de adquisición de un motor es considerablemente superior al de un reductor de velocidad. El reductor de velocidad aumenta el par del motor, lo que también incrementa su capacidad de salida. La potencia de salida requerida puede obtenerse utilizando un motor de menor potencia equipado con un reductor de velocidad, en lugar de adquirir un motor de alta potencia. Esto también puede reducir considerablemente el costo total de la configuración.Proteger el motor
El reductor de velocidad se instala entre el motor y la maquinaria y soporta una elevada carga de par procedente de la maquinaria durante el funcionamiento. En caso de sobrecarga, el reductor de velocidad puede resultar dañado primero, evitando que el motor quede directamente expuesto a una carga excesiva y sufra daños. Al mismo tiempo, el costo de reparar o sustituir un reductor de velocidad es relativamente bajo, lo que también puede contribuir a reducir los costos de mantenimiento.Ahorrar energía
Cuando un motor está conectado directamente a una máquina o equipo, puede tener que funcionar a una velocidad más baja para alcanzar el par requerido. Una velocidad de giro más baja puede provocar un aumento significativo de la corriente y un mayor consumo de energía. Al mismo tiempo, el motor también genera calor. Una temperatura elevada puede afectar al rendimiento y a la vida útil del motor y, en caso de una ventilación deficiente, puede incluso provocar que el motor se queme. Por lo tanto, el uso de un reductor de velocidad puede ayudar a reducir el consumo de energía y evitar daños en el motor.¿Cuáles son los tipos de reductores de velocidad?
Existe una amplia variedad de reductores de velocidad y cajas de engranajes. Algunos de los tipos más comunes, clasificados según su estructura y método de transmisión, son los reductores de engranajes cilíndricos, los reductores de tornillo sin fin, los reductores planetarios, los reductores cicloidales y los reductores armónicos. Los sistemas de engranajes ofrecen un elevado par de salida, alta eficiencia y una amplia gama de relaciones de transmisión, además de estar disponibles en múltiples configuraciones de transmisión.
Reductores de tornillo sin fin
Un reductor de tornillo sin fin es un tipo de reductor de velocidad compuesto por un tornillo sin fin de entrada y una rueda helicoidal de salida, dispuestos en una configuración de salida en ángulo recto. Los reductores de tornillo sin fin son un tipo muy utilizado de reductor de velocidad porque ofrecen bajos costos iniciales y de mantenimiento, altas relaciones de transmisión y un elevado par de salida en un diseño compacto. El tornillo sin fin no puede accionarse en sentido inverso debido a la elevada fricción entre el tornillo sin fin y la rueda helicoidal. Estos reductores pueden montarse o acoplarse fácilmente a un motor eléctrico, aunque la eficiencia disminuye a medida que aumenta la relación de transmisión.
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Reductores planetarios (cajas de engranajes planetarios)
Las cajas de engranajes planetarios ofrecen alta precisión, elevado par de salida, alta eficiencia, baja holgura y bajo nivel de ruido. Con las cajas de engranajes planetarios se pueden obtener fácilmente altas relaciones de transmisión. Además, las cajas de engranajes planetarios de alta calidad pueden funcionar sin mantenimiento durante toda su vida útil y no requieren cambios de lubricante. Debido a sus características y a su diseño compacto, los procesos de fabricación de los engranajes son más complejos y requieren un mecanizado de precisión. Los reductores planetarios se suelen instalar con servomotores o motores paso a paso para aumentar el par de salida y satisfacer las necesidades de control dinámico y posicionamiento preciso.
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Reductores cicloidales
Un reductor cicloidal utiliza los principios de los engranajes cicloidales para proporcionar altas relaciones de transmisión, una excelente capacidad para minimizar la holgura, elevada rigidez torsional, buena capacidad para soportar cargas de impacto, funcionamiento estable y menor desgaste durante la vida útil de la caja de engranajes.
Reductores armónicos
Los reductores armónicos son cajas de engranajes basadas en el principio de onda de deformación, en el que un anillo flexible con dentado exterior es accionado por un generador de ondas de forma ovalada y gira dentro de una corona dentada rígida. Ofrecen una precisión de transmisión extremadamente alta, elevadas relaciones de transmisión, baja inercia y un diseño compacto. Estas características hacen que los reductores armónicos sean una solución adecuada para aplicaciones de robótica y posicionamiento de alta precisión.
¿Dónde se utilizan los reductores de velocidad?
Como dispositivos industriales de transmisión mecánica de potencia, los reductores de velocidad pueden parecer alejados de la vida cotidiana y es posible que muchas personas escuchen este término por primera vez. Sin embargo, están más presentes en nuestra vida de lo que podríamos imaginar. Inicialmente, los reductores de velocidad se utilizaban principalmente en maquinaria, pero con el continuo desarrollo económico y los avances en las tecnologías de procesamiento de metales a lo largo de los años, actualmente se encuentran no solo en productos industriales, sino también en aplicaciones de uso cotidiano, como las motocicletas eléctricas y las bicicletas eléctricas.- Máquinas herramienta
Máquinas de corte de metales, centros de mecanizado, taladradoras CNC, tornos y máquinas de torneado, fresadoras y mandrinadoras, rectificadoras, máquinas herramienta para el conformado de metales, prensas, máquinas para el procesamiento de tubos y alambres y sistemas de corte por chorro de agua. - Maquinaria industrialMaquinaria de embalaje, maquinaria para alimentos y bebidas, equipos de panadería, maquinaria agrícola, maquinaria textil, maquinaria para la fabricación de calzado, maquinaria para trabajar la madera, maquinaria de impresión, maquinaria para el procesamiento de plásticos, máquinas de moldeo por soplado de PET y máquinas de corte y soldadura por láser.
- Automatización
Transportadores, sistemas de almacenamiento automatizado, robots industriales, vehículos de guiado automático (AGV), máquinas etiquetadoras automáticas, sistemas de llenado automático, paletizadores automáticos y máquinas taponadoras. - Sectores aeroespacial y energético
Actuadores para radiotelescopios y sistemas de seguimiento de paneles solares. - Sectores médico y de pruebas
Sillas de ruedas eléctricas, robots de asistencia al movimiento, máquinas para fabricar mascarillas, camas para equipos de resonancia magnética, equipos de fisioterapia y sistemas de muestreo automático. - Vehículos eléctricos y transporte
Scooters eléctricos, motocicletas eléctricas, bicicletas eléctricas, soluciones de movilidad eléctrica, puertas de control de velocidad y puertas de control de acceso.
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