Reductor planetario de la serie AHB
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Características del reductor planetario. 1. Silencioso: utilice engranajes helicoidales para lograr un funcionamiento suave y silenc...
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La cuarta revolución industrial ha traído consigo demandas sin precedentes de precisión en el control de movimiento. Los brazos robóticos deben ensamblar componentes microelectrónicos con una precisión submilimétrica. Las máquinas herramienta CNC deben mantener tolerancias estrictas al cortar a altas velocidades. Los equipos de fabricación de semiconductores deben colocar obleas con repetibilidad a nivel de micras. Los robots médicos deben realizar cirugías delicadas con movimientos suaves y sin contragolpes.
En el centro de estos sistemas de movimiento de alta precisión se encuentra el reductor de engranajes. Entre las diversas tecnologías de reductor disponibles, el reductor de engranajes planetarios de precisión se ha convertido en la solución preferida para aplicaciones que requieren alta densidad de par, bajo juego y larga vida útil en un paquete compacto. A diferencia de las cajas de engranajes de eje paralelo tradicionales, los diseños planetarios distribuyen la carga entre múltiples engranajes planetarios, logrando una capacidad de torsión excepcional en relación con el tamaño.
Este artículo proporciona una comparación técnica integral de reductores de engranajes planetarios de precisión con tecnologías alternativas, con un enfoque en configuraciones de engranajes helicoidales versus engranajes rectos, clasificaciones de juego, índices de torque, eficiencia y selección de materiales. Para los ingenieros de automatización y profesionales de adquisiciones, esta guía sirve como referencia para seleccionar el reductor planetario adecuado para diferentes requisitos de precisión, condiciones de carga y entornos operativos.
Un reductor de engranajes planetarios de precisión es un dispositivo compacto de transmisión de alto par que utiliza una disposición de engranajes planetarios para reducir la velocidad y multiplicar el par. El nombre planetario deriva del movimiento de los engranajes planetarios, que orbitan alrededor del engranaje solar central de manera muy similar a los planetas que orbitan alrededor del sol.
La construcción básica consta de cuatro componentes principales. El engranaje solar es el engranaje central que recibe potencia de entrada del eje del motor. Los engranajes planetarios son engranajes múltiples, típicamente de tres a cinco, que engranan con el engranaje solar y están montados en un portasatélites giratorio. La corona dentada es un engranaje exterior con dientes internos que engrana con los engranajes planetarios. El portasatélites sostiene los engranajes planetarios y proporciona la rotación de salida.
A medida que el engranaje solar gira, impulsa los engranajes planetarios. Los satélites ruedan a lo largo del interior de la corona fija. Este movimiento hace que el portasatélites gire a una velocidad reducida, proporcionando la salida. La relación de reducción está determinada por el número de dientes del engranaje planetario y de la corona.
La disposición planetaria ofrece varias ventajas inherentes sobre las cajas de engranajes de eje paralelo convencionales. La carga se comparte entre múltiples engranajes planetarios, lo que permite una mayor capacidad de torsión para un tamaño determinado. Los ejes coaxiales de entrada y salida simplifican el diseño de la máquina. La distribución simétrica de la carga reduce la tensión del rodamiento y prolonga la vida útil. El diseño compacto logra altas relaciones de reducción en una longitud axial corta.
Los reductores planetarios de precisión se distinguen de las cajas de engranajes planetarios estándar por sus estrictas especificaciones de juego, alta rigidez torsional y capacidad de posicionamiento preciso. El contragolpe, medido en minutos de arco o segundos de arco, se refiere al movimiento perdido entre la entrada y la salida cuando se invierte la dirección de rotación. Los reductores de precisión logran un juego por debajo de 5 minutos de arco, y algunos modelos de alta precisión alcanzan 1 minuto de arco o más.
La elección de diseño más fundamental dentro de la tecnología de reductores planetarios es la geometría de los dientes del engranaje: helicoidal o recta. Esta elección afecta el ruido, la capacidad de torque, la eficiencia y el costo.
Los engranajes planetarios rectos tienen dientes rectos y paralelos al eje del engranaje. Los dientes se enganchan simultáneamente en todo su ancho, creando una línea de contacto. Este diseño es más sencillo de fabricar y no tiene carga de empuje axial, lo que simplifica la selección del rodamiento. Sin embargo, el acoplamiento repentino de todo el ancho produce ruido y vibración, especialmente a altas velocidades. Los reductores planetarios rectos son adecuados para aplicaciones donde el funcionamiento a baja velocidad es aceptable y el ruido no es una preocupación principal.
Los engranajes planetarios helicoidales tienen dientes cortados en ángulo con respecto al eje del engranaje, generalmente de 15 a 25 grados. Los dientes se engranan progresivamente en lugar de simultáneamente, y el punto de contacto se mueve a lo largo del ancho del diente a medida que giran los engranajes. Este compromiso gradual da como resultado un funcionamiento más suave y silencioso. Los engranajes helicoidales también tienen una relación de contacto más alta, lo que significa que hay más dientes en contacto en cualquier momento, lo que distribuye la carga de manera más uniforme y permite una mayor transmisión de torque.
La siguiente tabla compara los reductores planetarios helicoidales y rectos según parámetros clave.
| Parámetro | Reductor planetario helicoidal | Reductor planetario de estímulo |
|---|---|---|
| Compromiso dental | Progresivo y superpuesto | Ancho completo simultáneo |
| Ruido de funcionamiento | Bajo 60-70 dB típico | Moderado a alto 70-85 dB |
| Nivel de vibración | Bajo | Moderado a alto |
| Capacidad de velocidad máxima | Más alto hasta 6000 RPM | Bajoer up to 3000 RPM |
| Capacidad de torsión | Más alto para el mismo tamaño | Bajoer |
| Carga de empuje axial | Actualmente requiere cojinetes de empuje. | Ninguno |
| Complejidad de fabricación | Más alto requiere molienda especializada | Bajoer |
| Costoo | superior | Bajoer |
| Capacidad de reacción | 1 a 3 minutos de arco | 3 a 5 minutos de arco |
| Mejor aplicación | Alta velocidad, precisión, bajo ruido | Bajo speed, cost sensitive |
Para aplicaciones de precisión como robótica, centros de mecanizado CNC y equipos de semiconductores, se prefieren los reductores planetarios helicoidales. El funcionamiento más suave y el menor juego justifican el mayor coste. Para indexación simple o accionamientos de transportadores de baja velocidad, los reductores planetarios rectos pueden ser suficientes.
Los reductores de accionamiento armónico son una tecnología de engranajes de precisión competitiva que utiliza la deformación elástica de una ranura flexible para lograr relaciones de reducción muy altas sin juego. Comprender las diferencias ayuda a los ingenieros a seleccionar la tecnología adecuada para cada aplicación.
Los reductores de accionamiento armónico constan de tres componentes. El generador de olas es un conjunto de cojinete elíptico que se monta en el eje de entrada. El flexspline es un engranaje delgado y flexible con forma de copa que se deforma para adaptarse a la forma del generador de ondas. La tira circular es un engranaje interno rígido que engrana con la tira flexible. A medida que el generador de ondas gira, deforma la línea flexible, lo que hace que se engrane con la línea circular en dos puntos y gire a una velocidad reducida.
La siguiente tabla compara los reductores de accionamiento planetario y armónico.
| Parámetro | Reductor planetario | Reductor de accionamiento armónico |
|---|---|---|
| Contragolpe | 1 a 5 minutos de arco | Cero reacción |
| Rango de relación de una sola etapa | 3 a 100 | 30 a 160 |
| Densidad de par máxima | Alto | muy alto |
| Rigidez torsional | Alto | moderado |
| Eficiencia | 93 a 98 por ciento | 60 a 85 por ciento |
| Vida útil | Muy largas 20000 horas. | Limitado por la fatiga flexspline |
| Costoo | Moderado a alto | Alto |
| Tolerancia a la carga de impacto | Excelente | Una mala línea flexible puede fracturarse |
| Mejor aplicación | Movimiento general de precisión | Ultra precisión, relación muy alta |
Para aplicaciones que requieren relaciones de reducción muy altas en un paquete compacto, como juntas robóticas, los accionamientos armónicos son excelentes. Para aplicaciones que requieren alta eficiencia, larga vida útil y tolerancia a cargas de impacto, los reductores planetarios son superiores. Para la automatización general donde es aceptable un juego de 1 a 3 minutos de arco, los reductores planetarios ofrecen el mejor valor.
El juego es la especificación más crítica para los reductores de engranajes planetarios de precisión en aplicaciones de posicionamiento. Afecta directamente la precisión, la repetibilidad y la estabilidad del sistema.
La reacción se expresa típicamente en minutos de arco o segundos de arco. Un minuto de arco es un sexagésimo de un grado. Un segundo de arco es la sexagésima parte de un minuto de arco. A modo de comparación, el ancho angular de un cabello humano visto desde 10 metros es de aproximadamente 2 segundos de arco.
Los reductores planetarios de precisión estándar están disponibles en varias clases de juego.
| Contragolpe Class | Contragolpe Range (arcmin) | Aplicaciones típicas |
|---|---|---|
| Estándar | 10 a 15 | Transportadores, maquinaria de embalaje, indexación simple. |
| Precisión | 5 a 8 | Automatización general, manipulación de materiales. |
| Alto Precision | 3 a 5 | Fresadoras CNC, máquinas pick and place |
| Ultraprecisión | 1 a 3 | Robótica, equipamiento médico, aeroespacial. |
| Precisión extrema | 0,5 a 1 | Fabricación de semiconductores, sistemas ópticos. |
Lograr un juego bajo requiere una fabricación precisa de engranajes, carcasas y cojinetes. Los engranajes deben rectificarse después del tratamiento térmico para mantener la precisión. La precarga del rodamiento debe controlarse para eliminar el juego axial y radial. Los orificios de la carcasa deben mecanizarse con tolerancias estrictas en las distancias entre centros.
Para una aplicación determinada, el juego requerido se puede estimar a partir del requisito de precisión de posicionamiento. Una mesa giratoria que debe posicionarse dentro de más o menos 0,01 grados requiere un reductor con un juego inferior a 0,02 grados o 1,2 minutos de arco. Un brazo robótico que se repite dentro de 0,1 mm en un radio de 500 mm requiere un juego del reductor inferior a 0,011 grados o 0,7 minutos de arco.
Cuando seleccionas un Reductor de engranajes planetarios de precisión , especifique la clase de reacción requerida según las necesidades de precisión de su aplicación. Especificar demasiado el juego aumenta los costos innecesariamente. Si no se especifica el juego, se producirán errores de posicionamiento.
Las clasificaciones de torque definen la carga máxima que puede transmitir un reductor planetario. Comprender las diferentes clasificaciones evita sobrecargas y fallas prematuras.
El par nominal es el par continuo máximo que se puede transmitir sin exceder el límite de aumento de temperatura del fabricante. Con el par nominal, el reductor puede funcionar de forma continua durante su vida útil diseñada, normalmente de 10 000 a 20 000 horas. El par nominal está limitado por la resistencia a la flexión de los dientes del engranaje, la vida útil de la fatiga por contacto de los dientes del engranaje y la vida útil del rodamiento.
El par de parada de emergencia es el par momentáneo máximo que se puede aplicar sin daños permanentes. Esta clasificación suele ser de 2 a 3 veces el par nominal. El par de parada de emergencia está limitado por la resistencia máxima de los engranajes, ejes y carcasa. La aplicación repetida del par de parada de emergencia reduce la vida por fatiga.
El par de aceleración máximo es el par que se puede aplicar durante la aceleración y desaceleración del motor. Esta clasificación suele ser de 1,5 a 2 veces el par nominal. El par de aceleración está limitado por la resistencia de los dientes del engranaje bajo carga de impacto y la capacidad dinámica del rodamiento.
Los factores de servicio ajustan la clasificación de torsión requerida según las condiciones de la aplicación.
| Condición de servicio | Factor de servicio | Aplicaciones de ejemplo |
|---|---|---|
| Carga uniforme, funcionamiento suave, menos de 10 arranques por hora | 1.0 | Ventiladores, sopladores, transportadores fijos. |
| moderado shock, frequent starts, dusty environment | 1.5 | Maquinaria de embalaje, mezcladoras. |
| Golpes fuertes, temperatura ambiente alta, confiabilidad crítica | 2.0 | Trituradoras, punzonadoras, robots de alta aceleración. |
Para seleccionar un reductor, calcule el par de salida requerido en función de la inercia y la aceleración de la carga. Multiplique el requisito de par continuo por el factor de servicio. Seleccione un reductor con un par nominal igual o mayor que este valor calculado.
Los reductores de engranajes planetarios de precisión son dispositivos de transmisión altamente eficientes, pero la eficiencia varía según el número de etapas, el tipo de engranaje y la condición de carga.
Los reductores planetarios de una sola etapa suelen alcanzar eficiencias del 95 al 98 por ciento. Los reductores de dos etapas, que combinan dos etapas planetarias en serie, alcanzan una eficiencia del 93 al 96 por ciento. Los reductores de tres etapas alcanzan una eficiencia del 90 al 94 por ciento. La pérdida de eficiencia de cada etapa adicional es de aproximadamente 1,5 a 2,5 por ciento.
Los reductores planetarios helicoidales tienen una eficiencia ligeramente mayor que los reductores planetarios rectos con el mismo par porque el acoplamiento progresivo reduce las pérdidas por impacto. Sin embargo, el empuje axial de los engranajes helicoidales añade fricción al rodamiento, lo que contrarresta parcialmente la ventaja del engrane del engranaje. A plena carga, la diferencia suele ser del 0,5 al 1,0 por ciento a favor de los diseños helicoidales.
La eficiencia es ligeramente mayor a plena carga que a carga ligera. Con cargas bajas, las constantes pérdidas por fricción de sellos y cojinetes representan una proporción mayor de la potencia transmitida. Con cargas elevadas, la eficiencia del engranaje se acerca al máximo teórico.
Para aplicaciones con operación continua, como sistemas transportadores o imprentas, la eficiencia afecta directamente el costo de energía. Una diferencia de eficiencia de dos puntos porcentuales en un variador de 5 kilovatios que funciona 6000 horas al año representa aproximadamente 600 kilovatios hora de consumo de energía adicional al año.
Para operaciones intermitentes, como en robótica o máquinas herramienta, la eficiencia es menos crítica porque el motor pasa gran parte de su tiempo con carga baja o en reposo. Las consideraciones principales son el par de aceleración y la precisión de posicionamiento en lugar de la eficiencia en estado estable.
Los reductores de engranajes planetarios de precisión están disponibles en configuraciones de una, dos y tres etapas. Cada etapa consta de un conjunto de engranaje solar, engranajes planetarios, corona dentada y portasatélites.
Los reductores de una sola etapa proporcionan relaciones de reducción típicamente de 3 a 10 a 1. La relación máxima de una sola etapa está limitada por el tamaño físico del engranaje solar en relación con la corona. Una relación de 3 a 1 tiene un engranaje solar relativamente grande con buena resistencia del eje. Una relación de 10 a 1 tiene un engranaje solar muy pequeño, que puede tener un diámetro de eje insuficiente para aplicaciones de alto torque.
Los reductores de dos etapas combinan dos etapas planetarias en serie. La salida de la primera etapa impulsa el engranaje solar de la segunda etapa. Las relaciones de reducción de dos etapas suelen oscilar entre 15 y 100 a 1. La relación total es el producto de las relaciones de dos etapas. Por ejemplo, una primera etapa de 5 a 1 multiplicada por una segunda etapa de 10 a 1 da una proporción total de 50 a 1.
Los reductores de tres etapas proporcionan relaciones de 150 a 1000 a 1 o más. Los reductores de tres etapas son significativamente más largos que las unidades de una o dos etapas. La longitud adicional puede exceder el espacio disponible en diseños de máquinas compactas.
La siguiente tabla muestra rangos de relación de reducción típicos para diferentes configuraciones de etapa.
| Configuración | Rango de relación típico | Longitud relativa a una sola etapa | Eficiencia |
|---|---|---|---|
| Etapa única | 3 a 10 | 1,0x | 95 a 98 por ciento |
| Dos etapas | 15 a 100 | 1,6 a 1,8x | 93 a 96 por ciento |
| Tres etapas | 150 a 1000 | 2,2 a 2,5 veces | 90 a 94 por ciento |
Para una relación requerida determinada, los reductores de mayor número de etapas son generalmente más caros y menos eficientes que los reductores de menor número de etapas. Por lo tanto, seleccione siempre el recuento de etapas más bajo que pueda alcanzar la proporción requerida. Evite utilizar un reductor de tres etapas cuando esté disponible un reductor de dos etapas con la misma relación.
Los materiales utilizados en los reductores de engranajes planetarios de precisión afectan directamente la capacidad de torsión, la resistencia al desgaste y la vida útil. Los materiales de los engranajes y el tratamiento térmico son particularmente críticos.
Los engranajes suelen fabricarse con acero de aleación cementado. Los grados comunes incluyen 20MnCr5, 16MnCr5, 8620 y materiales equivalentes. La composición de la aleación incluye manganeso, cromo y, a veces, molibdeno para mejorar la templabilidad y la resistencia del núcleo. Estas aleaciones proporcionan una excelente combinación de dureza superficial y tenacidad del núcleo.
El endurecimiento por cementación crea una capa superficial dura y resistente al desgaste sobre un núcleo duro y resistente a los golpes. La profundidad típica de la caja es de 0,5 a 0,8 mm para engranajes pequeños y de 1,0 a 1,5 mm para engranajes más grandes. La dureza de la superficie suele ser de 58 a 62 HRC para engranajes cementados. La dureza del núcleo es de 30 a 40 HRC, lo que proporciona dureza para absorber cargas de impacto.
Después del tratamiento térmico, los engranajes deben rectificarse para lograr la precisión requerida. El rectificado elimina la distorsión causada por el proceso de tratamiento térmico y produce el perfil dental final. Para reductores de precisión, los engranajes tienen un perfil rectificado con calidad de grado 5 o mejor según ISO 1328. Para reductores de ultraprecisión, se requiere grado 3 o mejor.
El portasatélites suele estar fabricado con hierro fundido de alta resistencia o acero forjado. El soporte debe ser rígido para mantener una posición precisa del engranaje planetario bajo carga. Los soportes flexibles permiten que los engranajes planetarios se desalineen, lo que provoca una distribución desigual de la carga y una vida útil reducida.
La corona dentada también está fabricada de acero cementado. Alternativamente, algunos diseños utilizan un inserto de corona separado dentro de una carcasa de hierro fundido. El inserto permite tratar térmicamente y rectificar la corona dentada independientemente de la carcasa, lo que mejora la precisión.
Los rodamientos son grados de alta precisión, típicamente P5 o P4 según ISO 492. La precarga del rodamiento se controla para eliminar el juego interno que contribuiría al juego y reduciría la rigidez.
La lubricación adecuada es esencial para el funcionamiento confiable y una larga vida útil de un reductor de engranajes planetarios de precisión. El lubricante separa los dientes del engranaje, reduce la fricción, disipa el calor y protege contra la corrosión.
La viscosidad del lubricante debe adaptarse a la velocidad y temperatura de funcionamiento. La operación a alta velocidad requiere aceite de menor viscosidad para reducir las pérdidas por agitación. El funcionamiento con cargas elevadas y temperaturas elevadas requiere un aceite de mayor viscosidad para mantener una película de aceite adecuada entre los dientes del engranaje.
Se recomiendan lubricantes sintéticos para reductores planetarios de precisión. Los sintéticos proporcionan una mejor estabilidad de la viscosidad sobre la temperatura, una vida útil más larga y una mejor resistencia a la oxidación que los aceites minerales. Para aplicaciones de procesamiento de alimentos, se requieren lubricantes de calidad alimentaria que cumplan con los estándares USDA H1.
El método de lubricación depende de la velocidad de funcionamiento y la orientación de montaje. Para montaje horizontal a baja velocidad, es suficiente lubricación con grasa o lubricación por salpicadura de aceite. Los engranajes se sumergen en el cárter de aceite y arrojan aceite sobre los cojinetes y los engranajes superiores. Para funcionamiento a alta velocidad o montaje vertical, es posible que se requiera lubricación por circulación forzada con una bomba externa y un filtro.
El programa de lubricación debe basarse en las horas de funcionamiento y no en el tiempo calendario. Un cronograma típico para reductores lubricados con aceite es el cambio de aceite cada 2000 a 4000 horas de operación. Para funcionamiento continuo, esto significa cada 3 a 6 meses. Para un funcionamiento intermitente, los cambios de aceite anuales pueden ser suficientes. Los reductores lubricados con grasa generalmente requieren reengrase cada 5000 a 10 000 horas.
El análisis regular del aceite puede extender el intervalo de cambio. Las muestras de aceite se analizan para determinar la viscosidad, el contenido de agua, la acidez y el contenido de metales de desgaste. Si el aceite cumple con las especificaciones, se puede dejar en servicio. Si algún parámetro excede el límite, se debe cambiar el aceite.
La inspección debe realizarse durante los cambios de aceite. Busque partículas metálicas en el tapón de drenaje magnético. El polvo metálico fino es normal a medida que los engranajes se desgastan. Las partículas o trozos más grandes indican daños en los engranajes o cojinetes y requieren una investigación inmediata. Verifique si hay contaminación del agua, que aparece como aceite lechoso y causa oxidación.
Los reductores de engranajes planetarios de precisión se utilizan en una amplia gama de industrias. Cada aplicación impone diferentes exigencias al diseño del reductor.
En robótica, los reductores planetarios se utilizan en las articulaciones de la muñeca, el codo, el hombro y la base. Un juego reducido es esencial para un posicionamiento preciso. Se requiere una alta rigidez torsional para evitar la deflexión bajo carga. El tamaño compacto permite que el reductor encaje dentro de la estructura del brazo del robot. La alta tolerancia a la carga de impacto protege contra el impacto durante eventos de colisión.
En las máquinas herramienta CNC, los reductores planetarios se utilizan en mesas giratorias, cambiadores de herramientas y ejes auxiliares. Es importante una alta eficiencia para minimizar la generación de calor que podría afectar la precisión de la máquina. La alta densidad de torsión permite que el reductor encaje dentro de la envolvente de la máquina. La larga vida útil reduce el tiempo de inactividad por mantenimiento.
En los equipos de fabricación de semiconductores, los reductores planetarios se utilizan en robots de manipulación de obleas y etapas de inspección. Se requiere una precisión extrema con un juego inferior al minuto de arco. La limpieza es fundamental, con lubricantes especiales que no desgasifiquen. El funcionamiento suave y sin vibraciones evita daños a las delicadas obleas.
En equipos aeroespaciales, los reductores planetarios se utilizan en sistemas de actuación para controles de vuelo y posicionamiento de antenas. La alta confiabilidad y la larga vida útil son fundamentales. Se debe admitir un funcionamiento en un amplio rango de temperaturas, desde menos 40 °C hasta más 85 °C. Se prioriza el diseño ligero.
En equipos médicos, los reductores planetarios se utilizan en robots quirúrgicos, escáneres CT y sistemas de posicionamiento de pacientes. El funcionamiento silencioso mejora la experiencia del paciente. El movimiento suave y sin juego garantiza un control preciso. La facilidad de limpieza y la resistencia a la corrosión son importantes para la esterilización.
La selección del reductor de engranajes planetarios de precisión adecuado requiere una consideración cuidadosa de los requisitos de la aplicación en múltiples parámetros.
Para aplicaciones de alta velocidad por encima de 3000 RPM, los reductores planetarios helicoidales son esenciales. Los reductores planetarios rectos generan ruido y vibración excesivos a altas velocidades. Para aplicaciones de baja velocidad por debajo de 1500 RPM, los reductores planetarios rectos pueden ser aceptables si el costo es la principal preocupación y el ruido no es un problema.
Para aplicaciones que requieren precisión de posicionamiento, especifique la clase de juego según los requisitos del sistema. El juego estándar es de 10 a 15 minutos de arco para una indexación sencilla. El juego de precisión es de 5 a 8 minutos de arco para automatización general. El juego de alta precisión es de 3 a 5 minutos de arco para aplicaciones CNC. La reacción de ultraprecisión es de 1 a 3 minutos de arco para robótica y equipos médicos.
Para aplicaciones con ciclos de trabajo continuos, preste atención a la eficiencia y el rendimiento térmico. Los lubricantes sintéticos y una superficie de carcasa adecuada para refrigeración prolongan la vida útil de los componentes. Para ciclos de trabajo intermitentes, los lubricantes estándar y el enfriamiento natural suelen ser suficientes.
Para aplicaciones con cargas de choque, seleccione un reductor con un factor de servicio adecuado. Las cargas de impacto pesadas provenientes de punzonadoras, trituradoras o robots de alta aceleración requieren factores de servicio de 2,0 o superiores. Para cargas uniformes provenientes de ventiladores o transportadores estables, el factor de servicio 1,0 es adecuado.
Para aplicaciones que requieren relaciones de reducción muy altas que exceden 100 a 1 en una sola unidad, considere si es apropiado un reductor planetario de dos o tres etapas. Los reductores de dos etapas ofrecen relaciones de hasta 100 a 1 con buena eficiencia. Los reductores de tres etapas ofrecen relaciones de hasta 1000 a 1 pero con eficiencia reducida y mayor longitud.
Al comprender las comparaciones técnicas y las consideraciones de diseño presentadas en este artículo, los ingenieros de automatización y los profesionales de adquisiciones pueden seleccionar con confianza el reductor de engranajes planetarios de precisión adecuado para los requisitos de su aplicación específica.
P1: ¿Cuál es la diferencia entre un reductor de engranajes planetarios de precisión y una caja de cambios planetaria estándar?
R: Los reductores planetarios de precisión se fabrican con tolerancias más estrictas, lo que da como resultado un menor juego (normalmente de 1 a 5 minutos de arco frente a 10 a 15 minutos de arco para las unidades estándar), mayor rigidez torsional y mejor precisión de posicionamiento. Los reductores de precisión utilizan engranajes rectificados, cojinetes de alta calidad y precarga de cojinete controlada. Las cajas de cambios estándar utilizan engranajes tallados y cojinetes de calidad comercial. Los reductores de precisión cuestan más, pero son necesarios para aplicaciones de robótica, CNC y semiconductores.
P2: ¿Cómo calculo la clasificación de par requerida para un reductor planetario en una aplicación de robótica?
R: Calcule el par requerido en el eje de salida en función de la inercia de la carga y la aceleración máxima. Agregue el torque requerido para superar la fricción y la gravedad. Multiplique por el factor de servicio, normalmente de 1,5 a 2,0 para robótica. Seleccione un reductor con un par nominal igual o mayor que este valor. Luego verifique que la clasificación de torsión de parada de emergencia exceda la torsión máxima que podría ocurrir durante un choque o una parada de emergencia.
P3: ¿Se puede retroceder un reductor planetario de precisión?
R: Sí, los reductores planetarios generalmente se pueden accionar hacia atrás, lo que significa que el eje de salida puede girar el eje de entrada. El par motor hacia atrás suele ser del 50 al 70 por ciento del par motor hacia adelante a la misma velocidad. Esta propiedad es útil para posicionamiento manual o para aplicaciones donde fuerzas externas deben poder mover la carga. Para aplicaciones que requieren capacidad de conducción sin retroceso, como ejes verticales que deben mantener su posición cuando se corta la energía, se requiere un freno o una caja de engranajes helicoidales.
P4: ¿Cuál es la vida útil típica de un reductor de engranajes planetarios de precisión?
R: Con una lubricación adecuada y un funcionamiento dentro del par nominal, un reductor planetario de precisión de calidad durará entre 15 000 y 25 000 horas de funcionamiento antes de que sea necesario reemplazar el desgaste del engranaje. Para un funcionamiento continuo las 24 horas del día, esto representa de 2 a 3 años. Para funcionamiento intermitente, la vida útil puede ser de 5 a 10 años o más. Los cambios de aceite regulares cada 2000 a 4000 horas y la inspección del aceite en busca de partículas metálicas prolongan la vida útil.
P5: ¿Cómo evito las fugas de aceite de un reductor planetario montado verticalmente?
R: El montaje vertical requiere especial atención al sellado. Especifique un reductor con sellos de doble labio o sellos de alta presión en el eje inferior. Utilice el nivel de aceite correcto, generalmente más bajo que para el montaje horizontal, para evitar que el sello inferior quede sumergido. Considere usar lubricación con grasa en lugar de aceite para el montaje vertical. Consulte con el fabricante para obtener kits de montaje vertical que incluyan los sellos y modificaciones de lubricación necesarios.