REDUCTORES DE VELOCIDADIntroducción:

Casi podría decirse que los motores son como el `corazón de la industria'. Pero ese `corazón' tiene diferentes ritmos y funciona a distintas velocidades, dependiendo del uso que se le quiera dar. Por eso los reductores de velocidad son indispensables en todas las industrias del país, desde los que producen cemento hasta los laboratorios de medicamentos requieren en sus máquinas estos mecanismos.

Los reductores son diseñados a base de engranajes, mecanismos circulares y dentados con geometrías especiales de acuerdo con su tamaño y la función en cada motor.

“El desarrollo de esta máquina y del sistema inteligente de medición le permite a las empresas ser mucho más competitivas y aumentar sus conocimientos.

En pocas palabras los reductores son sistemas de engranajes que permiten que los motores eléctricos funcionen a diferentes velocidades para los que fueron diseñados.

Rara vez las máquinas funcionan de acuerdo con las velocidades que les ofrece el motor, por ejemplo, a 1.800, 1.600 o 3.600 revoluciones por minuto. La función de un motorreductor es disminuir esta velocidad a los motores (50, 60, 100 rpm) y permitir el eficiente funcionamiento de las máquinas, agregándole por otro lado potencia y fuerza

Los Reductores ó Motorreductores son apropiados para el accionamiento de toda clase de máquinas y aparatos de uso industrial, que necesitan reducir su velocidad en una forma segura y eficiente.Las transmisiones de fuerza por correa, cadena o trenes de engranajes que aún se usan para la reducción de velocidad presentan ciertos inconvenientes.Los motorreductores se suministran normalmente acoplando a la unidad reductora un motor eléctrico normalizado asincrónico tipo jaula de ardilla, totalmente cerrado y refrigerado por ventilador para conectar a redes trifásicas de 220/440 voltios y 60 Hz.

Reductor de velocidad

PARTES DE LOS REDUCTORES DE VELOCIDAD

CAJAS DE VELOCIDADES

La caja de velocidades -o caja de cambios- es un tren de engranajes con dentado helicoidal, que se utiliza para variar la relación de transmisión entre dos ejes de rotación. Consta básicamente de dos ejes: el motriz, que se suele denominar eje primario; y el de salida, acoplado a las ruedas, que se denomina eje secundario. El eje primario va provisto de una serie de engranajes que giran solidarios con el mismo, mientras que los engranajes existentes en el eje secundario giran locos, sin relación con el eje de salida. En el eje secundario existen también unos manguitos, que disponen de unas estrías interiores con las que se adhieren al eje y que les permite deslizarse linealmente sobre él, y de otras estrías exteriores que encajan en los engranajes que antes giraban locos en el eje secundario, fijándolos al eje de salida.

En la figura se puede apreciar cómo es el aspecto de una caja de velocidades.

CAJA NORTON

La caja Norton es un mecanismo compuesto de varios engranajes, que fue inventado y patentado en 1890, que se incorpora a los tornos paralelos y dio solución al cambio manual de engranajes para fijar los pasos de las piezas a roscar. Esta caja puede constar de varios trenes desplazables de engranajes o bien uno basculante y un cono de engranajes, y conecta el movimiento del cabezal del torno con el carro portaherramientas que lleva incorporado un husillo de rosca cuadrada. El sistema mejor conseguido trata de una caja de cambios con varias cajas reductoras. De esta manera, con la manipulación de varias palancas se alcanzan distintas velocidades de avance de carro portaherramientas, permitiendo roscar una gran variedad de pasos de rosca tanto métricos como withworth. Las hay en baño de aceite y en seco, de engranajes tallados de una forma u otra, pero básicamente es una caja de cambios.

BENEFICIOS AL EMPLEAR LOS REDUCTORES DE VELOCIDAD:

Una regularidad perfecta tanto en la velocidad como en la potencia transmitida.

Una mayor eficiencia en la transmisión de la potencia suministrada por el motor.

Mayor seguridad en la transmisión, reduciendo los costos en el mantenimiento.

Menor espacio requerido y mayor rigidez en el montaje. Menor tiempo requerido para su instalación.

CARACTERISTICAS:

Potencia, en HP, de entrada y de salida. Velocidad, en RPM, de entrada y de salida. PAR (o torque), a la salida del mismo, en KG/m. Relación de reducción: índice que detalla la relación

entre las RPM de entrada y salida.

 

Parámetros de selección

Para seleccionar adecuadamente una unidad de reducción debe tenerse en cuenta la siguiente información básica:

Características de operación Potencia (HP tanto de entrada como de salida) Velocidad (RPM de entrada como de salida) Torque (par) máximo a la salida en kg-m. Relación de reducción (I).

Características del trabajo a realizar Tipo de máquina motriz (motor eléctrico, a gasolina, etc.) Tipo de acople entre máquina motriz y reductor. Tipo de carga uniforme, con choque, continua, discontinua etc. Duración de servicio horas/día. Arranques por hora, inversión de marcha.

Condiciones del ambiente Humedad Temperatura

Ejecución del equipo Ejes a 180º, ó, 90º. Eje de salida horizontal, vertical, etc.

ENGRANAJESEngranaje es una rueda o cilindro dentado empleado para transmitir un movimiento giratorio o alternativo desde una parte de una máquina a otra. Un conjunto de dos o más engranajes que transmite el movimiento de un eje a otro se denomina tren de engranajes. Los engranajes se utilizan sobre todo para transmitir movimiento giratorio, pero usando engranajes apropiados y piezas dentadas planas pueden transformar movimiento alternativo en giratorio y viceversa.

TIPOS DE ENGRANAJELa principal clasificación de los engranajes se efectúa según la disposición de sus ejes de rotación y según los tipos de dentado. Según estos criterios existen los siguientes tipos de engranajes:Ejes paralelos: Cilíndricos de dientes rectos Cilíndricos de dientes helicoidales Doble helicoidales

Ejes perpendiculares Helicoidales cruzados Cónicos de dientes rectos Cónicos de dientes helicoidales Cónicos hipoides De rueda y tornillo sinfín

Por aplicaciones especiales se pueden citar:• planetarios• interiores• de cremallera

Por la forma de transmitir el movimiento se puedencitar:• transmisión simple• transmisión con engranaje loco• transmisión compuesta. tren deengranajes

Transmisión mediante cadena o polea dentada• mecanismo piñón cadena• polea dentada

ENGRANAJES RECTOS

Los engranajes cilíndricos rectos son el tipo de engranaje más simple y corriente que existe. Se utilizan generalmente para velocidades pequeñas ymedias; a grandes velocidades, si no son rectificados, o ha sido corregido su tallado, producen ruido cuyo nivel depende de la velocidad de giro que tengan.

1. DIENTE DE UN ENGRANAJE.2. MÓDULO.3. CIRCUNFERENCIA PRIMITIVA.4. PASO.5. ESPESOR DEL DIENTE.6. NÚMERO DE DIENTES.7. DIÁMETRO EXTERIOR.8. DIÁMETRO INTERIOR.9. PIE DEL DIENTE.10. CABEZA DEL DIENTE.11. FLANCO.12. ALTURA DEL DIENTE.13. ANGULO DE PRESIÓN: Φ (20º Ó 25º SON LOS ÁNGULOS NORMALIZADOS).14. LARGO DEL DIENTE.15. DISTANCIA ENTRE CENTRO DE DOS ENGRANAJES.16. RELACIÓN DE TRANSMISIÓN.

ENGRANAJES HELICOIDALES DEEJES PARALELOS

Se emplea para transmitir movimiento o fuerzas entre ejes paralelos, pueden ser considerados como compuesto por un numero infinito de engranajes rectos de pequeño espesor escalonado, el resultado será que cada diente está inclinado a lo largo de la cara como una hélice cilíndrica.Los engranajes helicoidales acoplados deben tener el mismo ángulo de la hélice, pero el uno en sentido contrario al otro (Un piñón derecho engrana con una rueda izquierda y viceversa). Como resultado del ángulo de la hélice existe un empuje axial además de la carga, transmitiéndose ambas fuerzas a los apoyos del engrane helicoidal.Para una operación suave un extremo del diente debe estar adelantado a una distancia mayor del paso circular, con respecto al a otro extremo. Un traslape recomendable es 2, pero 1.1 es un mínimo razonable (relación de contacto). Como resultado tenemos que los engranajes helicoidales operan mucho más suave y silenciosamente que los engranajes rectos.

Son la forma más simple de los engranajes cuyas flechas no se interceptan teniendo una acción conjugada ( puede considerárseles como engranajes sinfín no envolventes), la acción consiste primordialmente en una acción de tornillo o de cuña, resultando un alto grado de deslizamiento en los flancos del diente.El contacto en un punto entre diente acoplado limita la capacidad de transmisión de carga para este tipo de engranes.Leves cambios en el ángulo de las flechas y la distancia entre centro no afectan al a acción conjugada, por lo tanto el montaje se simplifica grandemente. Estos pueden ser fabricados por cualquier máquina que fabrique engranajes helicoidales.

Engranajes Helicoidales deejes cruzados

ENGRANAJES HELICOIDALESDOBLES

Los engranajes "espina de pescado" son una combinación de hélice derecha e izquierda. El empuje axial que absorben los apoyos o cojinetes de los engranajes helicoidales es una desventaja de ellos y ésta se elimina por la reacción del empuje igual y opuesto de una rama simétrica de un engrane helicoidal doble. Un miembro del juego de engranes "espina de pescado" debe ser apto para absorber la carga axial de tal forma que impida las carga excesivas en el diente provocadas por la disparidad de las dos mitades del engranaje. Un engrane de doble hélice sufre únicamente la mitad del error de deslizamiento que el de una sola hélice o del engranaje recto.

ENGRANAJES CÓNICOS

Se fabrican a partir de un tronco de cono, formándose los dientes por fresado de su superficie exterior. Estos dientes pueden ser rectos, helicoidales o curvos. Esta familia de engranajes soluciona la transmisión entre ejes que se cortan y que se cruzan. Los datos de cálculos de estos engranajes están en prontuarios específicos de mecanizado.

ENGRANAJES CÓNICOS DE DIENTES RECTOS

Efectúan la transmisión de movimiento de ejes que se cortan en un mismo plano, generalmente en ángulo recto, por medio de superficies cónicas dentadas. Los dientes convergen en el punto de intersección de los ejes. Son utilizados para efectuar reducción de velocidad con ejes en 90°. Estos engranajes generan más ruido que los engranajes cónicos helicoidales. Se utilizan en transmisiones antiguas y lentas. En la actualidad se usan muy poco.

Engranaje cónico helicoidalSe utilizan para reducir la velocidad en un eje de 90°. La

diferencia con el cónico recto es que posee una mayor superficie de contacto. Es de un funcionamiento relativamente silencioso. Además pueden transmitir el movimiento de ejes que se corten. Los datos constructivos de estos engranajes se encuentran en prontuarios técnicos de mecanizado. Se mecanizan en fresadoras especiales.

ENGRANAJE CÓNICO HIPOIDE

Un engranaje hipoide es un grupo de engranajes cónicos helicoidales formados por un piñón reductor de pocos dientes y una rueda de muchos dientes, que se instala principalmente en los vehículos industriales que tienen la tracción en los ejes traseros. Tiene la ventaja de ser muy adecuado para las carrocerías de tipo bajo, ganando así mucha estabilidad el vehículo. Por otra parte la disposición helicoidal del dentado permite un mayor contacto de los dientes del piñón con los de la corona, obteniéndose mayor robustez en la transmisión. Su mecanizado es muy complicado y se utilizan para ello máquinas talladoras especiales (Gleason)

TORNILLO SIN FIN Y CORONAEs un mecanismo diseñado para transmitir grandes esfuerzos, y como reductores de velocidad aumentando la potencia de transmisión. Generalmente trabajan en ejes que se cortan a 90º. Tiene la desventaja de no ser reversible el sentido de giro, sobre todo en grandes relaciones de transmisión y de consumir en rozamiento una parte importante de la potencia. En las construcciones de mayor calidad la corona está fabricada de bronce y el tornillo sin fin, de acero templado con el fin de reducir el rozamiento. Este mecanismo si transmite grandes esfuerzos es necesario que esté muy bien lubricado para matizar los desgastes por fricción.

ENGRANAJES INTERIORES

Los engranajes interiores o anulares son variaciones del engranaje recto en los que los dientes están tallados en la parte interior de un anillo o de una rueda con reborde, en vez de en el exterior. Los engranajes interiores suelen ser impulsados por un piñón, un engranaje pequeño con pocos dientes. Este tipo de engrane mantiene el sentido de la velocidad angular. El tallado de estos engranajes se realiza mediante talladoras mortajadoras de generación.

MECANISMO DE CREMALLERA

El mecanismo de cremallera aplicado a los engranajes lo constituyen una barra con dientes la cual es considerada como un engranaje de diámetro infinito y un engranaje de diente recto de menor diámetro, y sirve para transformar un movimiento de rotación del piñón en un movimiento lineal de la cremallera. Quizás la cremallera más conocida sea la que equipan los tornos para el desplazamiento del carro longitudinal

ENGRANAJE LOCO OINTERMEDIO

En un engrane simple de un par de ruedas dentadas, el eje impulsor que se llama eje motor tiene un sentido de giro contrario al que tiene el eje conducido. Esto muchas veces en las máquinas no es conveniente que sea así, porque es necesario que los dos ejes giren en el mismo sentido. Para conseguir este objetivo se intercalan entre los dos engranajes un tercer engranaje que gira libre en un eje, y que lo único que hace es invertir el sentido de giro del eje conducido, porque la relación de transmisión no se altera en absoluto. Esta rueda intermedia hace las veces de motora y conducida y por lo tanto no altera la relación de transmisión. Un ejemplo de rueda o piñón intermedio lo constituye el mecanismo de marcha atrás de los vehículos impulsados por motores de combustión interna, también montan engranajes locos los trenes de laminación de acero.Los piñones planetarios de los mecanismos diferenciales también actúan como engranajes locos intermedios.

MECANISMO PIÑÓN CADENA

Este mecanismo es un método de transmisión muy utilizado porque permite transmitir un movimiento giratorio entre dos ejes paralelos, que estén bastante separados. Es el mecanismo de transmisión que utilizan las bicicletas, motos, y en muchas máquinas e instalaciones industriales. También se emplea en sustitución de los reductores de velocidad por poleas cuando lo importante sea evitar el deslizamiento entre la rueda conductora y el mecanismo de transmisión (en este caso una cadena). El mecanismo consta de una cadena sin fin (cerrada) cuyos eslabones engranan con ruedas dentadas (piñones) que están unidas a los ejes de los mecanismos conductor y conducido.

TRENES DE ENGRANAJES Introducción Un tren de engranajes es un mecanismo formado por varios pares de

engranajes acoplados de tal forma que el elemento conducido de uno de ellos es el conductor del siguiente. Suele denominarse como la cadena cinemática formada por varias ruedas que ruedan sin deslizar entre sí; o bien como cualquier sistema de ejes y ruedas dentadas que incluya más de dos ruedas o tandem de ejes y ruedas dentadas. En la Figura 9.45 se muestra un ejemplo genérico de un sistema de engranaje o tren de engranajes. Generalmente se recurre a ellos porque no es posible establecer una determinada relación de transmisión entre dos ejes mediante un solo par de ruedas dentadas; o también porque se desea obtener un mecanismo con relación de transmisión variable, lo que tampoco es posible con un solo par de ruedas.

CLASIFICACIÓN DE LOS TRENES DE ENGRANAJES

Los trenes de engranajes se pueden clasificar de la siguiente manera: - Trenes ordinarios:

Trenes ordinarios simples. Trenes ordinarios compuestos

- Trenes epicicloidales Trenes epicicloidales simples Trenes de engranajes diferenciales

- Trenes mixtos: Corresponden a combinaciones de los otros dos tipos

Existen algunas diferencias entre estos tipos de trenes de engranajes. La diferencia en los trenes epicicloidales reside en que poseen algún eje que tiene movimiento relativo respecto de los demás; mientras que en los trenes ordinarios el único movimiento que pueden tener los ejes es el de giro sobre sí mismos.

TRENES DE ENGRANAJES ORDINARIOS

Trenes de engranajes ordinarios simples En un tren de engranajes ordinario, las ruedas extremas del tren giran sobre los dos ejes entre los que ha de establecerse la relación de transmisión deseada. En el tren de engranajes, todos los ejes de las ruedas que lo componen (tanto extremas como intermedias) apoyan sobre un mismo soporte fijo, según se puede ver en la Figura

En esta clase de trenes de engranajes se cumple que:

donde Z1 y Z2 son los números de dientes de los engranajes en los extremos y ω1 y ω2 sus correspondientes velocidades de rotación. Mientras que Zi1, Zin, etc son los números de dientes de los engranajes intermedios y ωi1, etc las correspondientes velocidades de rotación. Luego se cumple que:

En consecuencia resulta:

Nótese que el número de dientes de las ruedas intermedias no influye en el valor absoluto de la relación de transmisión (i). Son las llamadas ruedas “locas” o “intermedias” o “parásitas” y pueden servir para invertir el sentido de giro final (el signo de la relación de transmisión) o para modificar la distancia entre los ejes de entrada y salida. Otra posible aplicación de los trenes ordinarios simples es el caso de que se pretenda tener más de un eje de salida de movimiento, para una sola entrada.

Trenes de engranajes ordinarios compuestos

Por otra parte, se dice que un tren ordinario es compuesto cuando, al menos, uno de los ejes es común a varias ruedas, según se ve en la Figura 9.45. El caso más sencillo posible es el que se puede apreciar en la Figura 9.47. Las relaciones que se plantean son:

Pero se pueden establecer las siguientes relaciones de las velocidades de entrada y de salida

en consecuencia la relación de transmisión de velocidades es:

La relación sería la misma aun cuando entre las ruedas (1) y (2), o entre (3) y (4=, existieran varias ruedas intermedias; ya que cada grupo se comporta como un tren ordinario simple y, por lo tanto, el razón de velocidades “i” depende únicamente de las ruedas extremas. Si separamos el tren de engranajes en parejas de ruedas engranando, tendremos dos grupos. En el primer grupo, el movimiento “entra” por (1) y “sale” por (2) (rueda conductora y conducida, respectivamente). Análogamente, en el segundo grupo, el movimiento “entra” por (3) y “sale” por (4). Si hubiera más grupos o pares de ruedas el esquema se repetiría. En tal caso, observando la expresión se deduce:

en cuanto al signo, el procedimiento más adecuado es obtenerlo observando directamente la figura que representa esquemáticamente el tren.

Trenes de engranajes ordinarios compuestos recurrentes

Un tren de engranajes ordinario compuesto se llama recurrente cuando el eje de salida (S) y el de entrada (E) son coaxiales como se ve en la Figura 9.47. En estos trenes de engranajes se verifica que:

siendo m12 y m34 los módulos de cada parte. Si las ruedas no están corregidas, los módulos habrán de cumplir que:

Y si existen N12 ruedas intermedias entre las ruedas (1) y (2), y N34 entre (3) y (4) se tiene

Trenes de engranajes ordinarios compuestos NO recurrentes

En la Figura 9.48 se muestran trenes ordinarios compuestos no recurrentes con excentricidad “e” entre el eje de entrada y el de salida, la condición a cumplir será:

donde se cumple que

Potencias y pares transmitidos Si se desprecia el rozamiento, todas las fuerzas que intervienen en un tren de engranajes son las mismas si el tren está quieto, si el tren se mueve con velocidades uniformes en un sentido o si se mueve en sentido contrario. Aquello es una consecuencia de que todas las fuerzas de inercia quedan equilibradas. Por ejemplo, en la Figura 9.49.a los sentidos de giro son contrarios a los de la figura 9.49.b, pero las fuerzas que intervienen son las mismas. La diferencia estriba en que en el segundo caso M1 actúa en el mismo sentido que ω1 y, por lo tanto, es un par motor que introduce trabajo en el sistema; mientras que M2 es un par resistente que saca trabajo del sistema. Sin embargo, en el primer caso, M1 es el resistente y M2 el motor.

Se denominan fuerzas activas a aquéllas que introducen o sacan trabajo en el sistema. Esto excluye las reacciones en los apoyos y los empujes mutuos entre dientes. Así, las únicas fuerzas activas que hay que considerar en un tren de engranajes son los pares exteriores que actúan sobre las piezas giratorias en su plano de giro. Para analizar los pares activos basta con aplicar de forma sistemática el teorema de las potencias virtuales: en un sistema en equilibrio pero que puede moverse (o se mueve), en cualquier movimiento posible la suma de las potencias que entran al sistema es nula. Observando la Figura 9.50 se puede deducir:

de donde se obtiene:

Trenes de engranajes epicicloidales

En la Figura 9.51 se muestra un tren epicicloidal. Los trenes epicicloidales son aquellos trenes de engranajes en los cuales alguna rueda gira en torno a un eje que no es fijo, sino que gira en el espacio. Al brazo (3) que gira se le llama portasatélites. A la rueda (4) que gira alrededor de dicho eje se la denomina satélite. El sistema, de esta manera, tiene dos grados de libertad que se restringen a uno haciendo girar al satélite alrededor de una rueda fija o central (2). En el caso de los trenes epicicloidales, también cabe hablar de trenes recurrentes o no recurrentes, según que los ejes de entrada y salida sean o no coaxiales.

En la Figura 9.52 se muestra un tren de engranajes planetarios con la nomenclatura y distinción de los componentes. Para resolver el problema cinemático se procede de los engranajes planetarios: - Nos situamos sobre el brazo portasatélites, para estudiar el movimiento relativo respecto del mismo (es decir lo convertimos en el eslabón de referencia). Desde el punto de vista analítico, ello equivale a introducir una velocidad –ω3 (siendo ω3 la velocidad de giro del brazo portasatélites) al conjunto del sistema. - El brazo, de esta forma, se queda fijo, la rueda fija gira con velocidad –ω3 y la rueda satélite (4) con velocidad ω4 – ω3.

El resultado es, por tanto, un simple caso de un par de ruedas o tren ordinario (si existen ruedas intermedias):

de donde se tiene:

Para obtener el movimiento de salida, se coloca una segunda rueda central o corona (4), como se ve en la Figura 9.53. Ahora bien, si nos ubicamos el portasatélites (1):

luego como ω2 =0 se tiene: