Reducción de engranajes planetarios

En la superficie, puede parecer que los engranajes están siendo "reducidos" en cantidad o tamaño, lo cual es parcialmente cierto. Cuando una máquina rotativa, como un motor o un motor eléctrico, necesita reducir la velocidad de salida y / o aumentar el par, los engranajes se usan comúnmente para lograr el resultado deseado. La "reducción" de engranajes 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 engranajes mayor que 1: 1. Se logra una relación de engranaje mayor que 1: 1 cuando un engranaje más pequeño (tamaño reducido) con menos número de dientes engrana y acciona un engranaje más grande con mayor número de dientes.

La reducción de engranajes tiene el efecto contrario en el par. El par de salida de la máquina rotativa aumenta al multiplicar 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 torque, en otras aplicaciones la reducción de engranajes se usa para aumentar la velocidad y reducir el torque. Los generadores en turbinas eólicas usan la reducción de engranajes de esta manera para convertir una velocidad relativamente lenta de la pala de la turbina en una alta velocidad capaz de generar electricidad. Estas aplicaciones usan cajas de engranajes que se ensamblan en forma opuesta a aquellas en aplicaciones que reducen la velocidad y aumentan el torque.

¿Cómo se logra la reducción de engranajes? Muchos tipos de reductores son capaces de lograr una reducción de engranajes que incluyen, entre otros, cajas de engranajes helicoidales de eje paralelo, planetario y de tornillo sin fin. En cajas de engranajes de eje paralelo (o reductores), un engranaje de piñón con un cierto número de dientes engrana y acciona un engranaje más grande con un mayor número de dientes. La "reducción" o relación de engranaje se calcula dividiendo el número de dientes en el engranaje grande por el número de dientes en el engranaje pequeño. Por ejemplo, si un motor eléctrico acciona un engranaje de piñón de 13 dientes que engrana con un engranaje de 65 dientes, se logra una reducción de 5: 1 (65/13 = 5). Si la velocidad del motor eléctrico es de 3.450 rpm, la caja reductora reduce esta velocidad cinco veces a 690 rpm. Si el torque del motor es de 10 lb-in, la caja de engranajes aumenta este torque en un factor de cinco a 50 lb-in (antes de restar las pérdidas de eficiencia de la caja de engranajes).

Las cajas de engranajes de eje paralelo muchas veces contienen conjuntos de engranajes múltiples, lo que aumenta la reducción de engranajes. 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 engranajes contiene juegos de engranajes 3: 1, 4: 1 y 5: 1, la relación total es 60: 1 (3 x 4 x 5 = 60). En nuestro ejemplo anterior, el motor eléctrico de 3.450 rpm reduciría su velocidad a 57.5 rpm utilizando una caja de cambios 60: 1. El torque del motor eléctrico de 10 lb-in aumentaría 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 reducción y la relación de engranaje es 1: 1. El engranaje se llama ralentí y su función principal es cambiar la dirección de rotación en lugar de disminuir la velocidad o aumentar el par.

Calcular la relación de transmisión en un reductor de engranaje planetario es menos intuitivo, ya que depende de la cantidad de dientes del sol y los engranajes de anillo. Los engranajes planetarios actúan como ruedas locas y no afectan la relación de engranajes. La relación de engranaje planetario es igual a la suma de la cantidad de dientes en el sol y la corona dentada dividida por la cantidad de dientes en el engranaje solar. Por ejemplo, un conjunto planetario con un engranaje solar de 12 dientes y un anillo de engranaje de 72 dientes tiene una relación de engranaje de 7: 1 ([12 + 72] / 12 = 7). Los conjuntos 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 una transmisión de tornillo sin fin en ángulo recto depende del número de hilos o "arranques" en el tornillo sin fin y el número de dientes en la rueda de tornillo sin fin correspondiente. Si el tornillo sin fin tiene dos arranques y la rueda de tornillo sin fin tiene 50 dientes, la relación de engranaje resultante es 25: 1 (50/2 = 25).