Motorreductores
Después de la rueda, los engranes eran la siguiente invención lógica. Que sean llamados el segundo invento más importante de la humanidad no es descabellado. Hoy, no podríamos llevar nuestras vidas cotidianas sin los engranes, pues tienen papeles importantes en fabricación de todo tipo de productos, como los motorreductores, producción de energía y transportación, por mencionar algunos.
Origen de los engranes
Hasta ahora, se ha dado crédito a los griegos por ser la primera civilización en empezar a utilizar los engranes, desde el año 300 a. C. Sin embargo, existen reportes extraoficiales de que en China ya existía, desde el año 800 a. C., un sistema de engranes, hecho de madera con dientes cilíndricos que podían ser reemplazados al gastarse.
Para el año 100 a. C., los griegos ya utilizaban metales en la fabricación de engranes y sistemas de engranes, como lo muestra el descubrimiento del Dispositivo de Antikythera. Fue encontrado en el año 1901 en las costas griegas, dentro de un barco hundido. El dispositivo de Antikythera, llamado así porque se encontró en el mar del mismo nombre, se utilizaba como computadora astronómica para calcular fechas, fases lunares y otros datos astronómicos; y contenía más de 30 engranes.
En la naturaleza, los engranes existen desde hace millones de años. Se pueden encontrar en insectos que utilizan sus patas traseras para brincar, ya sea para cazar o para escapar. Los engranes se encuentran en el extremo interno de las patas, dentro del cuerpo del insecto.
Dado que es indispensable que ambas patas sean «activadas» exactamente en el mismo momento para que su salto sea en línea recta, estos engranes naturales hacen que ambas extremidades comienzan a moverse exactamente en el mismo momento, pues un milisegundo de diferencia puede hacer que salte hacia uno o a otro lado.
¿Qué es un motorreductor?
Un motorreductor es el conjunto de motor y reductor de velocidad. En este artículo hablaremos únicamente del reductor de velocidad; un dispositivo mecánico, como una caja, con una entrada, en la que se acopla la flecha del motor para transmitirle el giro, y una flecha de salida, que gira a una velocidad diferente a la de la entrada.
Esta diferencia de velocidades entre la entrada y la salida se le conoce como relación de reducción, o «ratio», y se logra mediante el acomodo de engranes de diferentes tamaños en el interior de la caja.
Un motor eléctrico normalmente tiene una velocidad fija, pero hay aplicaciones que necesitan que la velocidad de la flecha motriz sea menor a las tradicionales 1,800 revoluciones por minuto del motor. Para esto es que utilizamos los motorreductores.
El principio básico es que un engrane de radio pequeño tiene un menor perímetro que uno de radio mayor. Lo que significa que, si los ponemos a girar como llanta en el piso, el más grande recorrerá una distancia mayor en una sola vuelta que el de radio menor; el radio de reducción se representa como 5:1, 30:1, etc., que indica que, por cada 30 vueltas del motor, la flecha de salida del motorreductor dará únicamente una vuelta.
Al acomodarlos de modo que el piñón (del engrane pequeño) mueva al engrane (el engrane mayor) se tendrá que dar más vueltas para lograr que el grande logre hacer una vuelta completa. De esta manera, se va perdiendo la velocidad de entrada al motorreductor, logrando una velocidad de salida menor.
Esto, a su vez, incrementa el torque producido por el motor. Esto lo podemos observar en nuestras bicicletas: cuando nos aproximamos a una subida, cambiamos las velocidades de la bici al engrane más grande en la llanta, de manera que, con menor esfuerzo podamos pedalear una subida que, de otro modo, nos costaría mucho trabajo o, de plano, no podríamos subir.
A la vez que, con menor esfuerzo logramos avanzar por la subida, notamos que ahora estamos dando muchas más pedaleadas que antes y disminuye mucho nuestra velocidad; esto es porque el engrane que es movido por la cadena que transmite la potencia de nuestras piernas a la llanta es más grande. Estamos logrando mayor torque a expensa de disminuir nuestra velocidad.
Todos los vehículos tienen una transmisión, que es algo similar al motorreductor, pero a la inversa. Aquí tratamos de lograr mayor velocidad a expensas de perder torque. Esto es útil, pues el vehículo genera suficiente velocidad constante, por lo que no es necesario tanto torque, pero sí mantener cierta velocidad. Si quieres que tu vehículo tenga mucho torque, por ejemplo, para una subida, pones primera o segunda, y, aunque vaya más lento, puede subir más fácil.
Principales tipos de motorreductores
Ya que conocemos el principio básico del motorreductor, hay que conocer los diferentes tipos de motorreductores que existen. Los más populares son los que explicaremos a continuación.
Corona-sinfín
Este tipo de reductor, que también se le conoce como «de ángulo recto», es muy popular y económico. En lugar de tener un piñón y un engrane, tiene un sinfín, que es como un tornillo y su rosca mueve una corona dentada. Por su diseño, su rango de relaciones de reducción va desde 5:1 hasta 100:1, generalmente. No pueden dar radios de reducción más grandes.
Normalmente son sellados y no requieren de mantenimiento. Reemplazar piezas suele ser costoso en comparación con la reposición. Suelen ser compactos. Normalmente son de carcasa de aluminio, que permite una adecuada temperatura de operación, ya que disipa muy bien el calor. Su corona y sinfín son de bronce. No son para trabajos muy pesados.
Colineales
Es el tipo de motorreductor más popular, pues posee un gran rango de reducción: puede reducir la velocidad de salida hasta 0.4 vueltas por minuto, es decir, 4,500:1; en otras palabras, la flecha del motor daría 4,500 vueltas completas y la flecha del reductor sólo daría una vuelta. Normalmente ya vienen ensamblados con el motor, como una solución modular que evita mala alineación entre el motor y el reductor. Son más eficientes y silenciosos que otros tipos de motorreductores.
Sus engranes helicoidales aumentan la superficie de contacto entre los dientes del piñón y el engrane, lo que da como resultado, además de una operación más silenciosa, menor desgaste y mucho mayor eficiencia, pues el contacto entre los dientes es por tiempo más prolongado y siempre hay dientes trabajando.
Para reducciones más altas, se ocupan varios trenes de reducción dentro de la misma caja reductora. Son ideales para trabajos pesados. Soportan potencias de hasta 40 HP o más. Por sus características, son ocupados en un gran número de aplicaciones. Son compactos y se pueden operar en cualquier posición.
Planetarios
En este tipo, la flecha del motor está en línea recta con la flecha de salida del reductor; cuya entrada se conecta a un engrane «sol», que hace girar a los engranes «planeta», que corren sobre un anillo que los mantiene en su lugar como una pista. Los planetas, que pueden ser de tres a cinco, se conectan a la flecha de salida. Su operación es más uniforme que los de corona-sinfín o de engranes helicoidales, ya que tiene un mayor número de dientes siempre en contacto entre el sol y los planetas. Tienen mayor torque que otros tipos de motorreductores. Son adecuados para trabajo pesado.
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