INTRODUCCIÓN
Como su nombre lo indica, estos engranajes constan de un
tornillo que gira sobre un eje fijo para transmitir movimiento a un engrane
cilíndrico llamado corona. El eje de la corona está en un plano diferente al del
sinfín.
Aunque el ángulo más común es el recto, los ejes pueden formar
cualquier ángulo entre sí. El dibujo de la derecha muestra un conjunto de engranes que forman un ángulo de 50° entre sí, con un piñón de varios dientes. Aunque podría decirse que se trata de engranes helicoidales, la transmisión de movimiento se hace mediante una combinación de rodaje y deslizamiento, en en mi opinión los pone más cerca de tipo corona.sinfín que de los helicoidales.
Su principal ventaja es que permiten alcanzar relaciones de
velocidad elevadas en un espacio reducido y a un costo bajo. Por el otro lado,
el movimiento se transmite mediante deslizamiento entre las superficies en
contacto con el consecuente desgaste y generación de calor. Por lo tanto, los
engranajes tipo corona-sinfín tienen eficiencia relativamente baja y requieren
de lubricación adecuada con sistemas efectivos de enfriamiento.
RELACIÓN DE VELOCIDADES.
La relación de reducción de velocidad está dada por la razón
entre el número de dientes de la corona entre el número de hilos del sinfín y
es independiente a los diámetros de paso de la corona y del sinfín. Si tenemos,
por ejemplo, una corona de 30 dientes con un sinfín de un solo hilo, la
relación será de 30:1 sin importar cuáles sean los diámetros de la corona y del
sinfín. Normalmente la relación de velocidades para una sola etapa está entre
5:1 y 60:1, y en combinación con etapas adicionales de diferentes tipos de
engranajes se pueden alcanzar relaciones más elevadas, por ejemplo, tres etapas
tipo corona-sinfín con relación 60:1 en cada una, nos daría una relación total
de 216,000:1. También se pueden tener relaciones muy bajas si el tornillo sinfín
tiene varios hilos, llegando al extremo de una relación 1:1, en la que la única
diferencia entre los dos engranes es que las hélices están invertidas.
AUTO BLOQUEO
El mecanismo corona-sinfín sólo puede trabajar como reductor
de velocidad y no como multiplicador, es decir que no se puede hacer girar la
corona para mover al tornillo. Normalmente se considera que los reductores de
velocidad con relaciones superiores a 25:1 son auto bloqueados, es decir que en
estado estático y en ausencia de vibraciones, no habrá movimiento a menos que
se haga girar el sinfín. Esta característica representa una ventaja en
aplicaciones en que se desea mantener la máquina detenida sin necesidad de
aplicar un freno, como en esta maquinaria para guitarra. Sin embargo, no se
puede considerar que un reductor de velocidad tipo corona-sinfín sea un freno
de seguridad porque las vibraciones o cualquier otra perturbación pueden hacer
que se inicie el movimiento y que éste continúe hasta que la carga encuentre un
nuevo punto de equilibrio.
La imposibilidad de invertir el sentido de la transmisión
exige cuidado en el uso de los engranajes de tipo corona-sinfín en aplicaciones
en que la carga puede tener un cambio abrupto de sentido o cuando se quiere
tener un freno dinámico en el lado de alta velocidad.
APLICACIONES
Los reductores tipo corona-sinfín pueden ser una buena
opción para aplicaciones de alto par, baja velocidad, uso esporádico y
necesidad de mantener una carga detenida. Consideremos, por ejemplo, que cada
30 minutos vamos a elevar una carga que quedará suspendida durante unos
segundos y que lo vamos a hacer mediante un giro de 90° con duración de 15
segundos (1 rpm). Esta sería una
aplicación ideal para un reductor de dos etapas corona-sinfín con relaciones 30:1
y 60:1 por su costo relativamente bajo comparado con otros tipos de engranajes
y porque podríamos aprovechar su capacidad para sostener una carga sin
necesidad de un freno, además, la operación corta y esporádica implica que las
pérdidas de energía serían muy bajas.
Sin embargo, las pérdidas de energía derivadas de la baja
eficiencia de este tipo de reductor pueden ser sustanciales en aplicaciones de
trabajo continuo con potencias elevadas.
Hay una amplia variedad de opciones para adaptarse a las
necesidades de las diferentes aplicaciones, entre ellas:
MATERIALES DE LOS ENGRANES:
Engranajes de plástico. Dentro de sus límites de capacidad
de carga los plásticos ofrecen un costo de manufactura reducido, poco peso y un
bajo coeficiente de fricción, haciéndolos atractivos para aplicaciones de poca
potencia (inferiores a ¼ de hp.).
Engranajes de hierro o acero. Por su alto coeficiente de
fricción, es poco común encontrar reductores de velocidad en los que tanto la
corona como el sinfín están fabricados de hierro o acero, sin embargo es material
sólido, apto para algunas aplicaciones específicas.
Por su bajo coeficiente de fricción y por capacidad para
soportar cargas de choque, es común que los reductores de velocidad producidos
en serie para aplicaciones industriales se fabriquen con sinfines de acero y
coronas de bronce.
CAJA:
Los materiales más comunes para las cajas son el aluminio y
el acero. El aluminio es mejor conductor de calor, permitiendo diseños más compactos,
pero es menos resistente a golpes
provenientes de la operación de la máquina o del exterior, que pueden romper la
caja o deformar los alojamientos de los rodamientos con relativa facilidad. Las
cajas de aluminio, entonces, son adecuadas para capacidades relativamente bajas,
en máquinas que operan con suavidad y en ambientes en los que no están
expuestas a malos tratos. Para las aplicaciones más
exigentes es preferible usar cajas de acero.
DISEÑO DE LOS ENGRANES:
En los engranes de doble envolvente o globoidales, en lugar
de ser cilíndrico, el tornillo tiene forma de reloj de arena que parece
envolver a la corona, permitiendo el contacto simultáneo de un mayor número de
dientes. Estos engranes son de fabricación más compleja y costosa pero ofrecen
ventajas sustanciales en cuanto a capacidad de transmisión y eficiencia.
La rosca del tornillo sinfín del diseño Cavex® tiene un
perfil convexo, que amplía el área de contacto con los dientes de la corona. Este diseño
reduce los esfuerzos en las superficies en contacto y permite mayor capacidad
que en el diseño cilíndrico tradicional [3].
DISMINUCIÓN DEL JUEGO INTERNO O “BACKLASH”
Para su buen funcionamiento, un conjunto de engranes
requiere de una holgura mínima que permite movimiento giratorio, llamado juego
interno, del engrane de salida mientras el de entrada está detenido. Esta libertad de movimiento representa una
limitación para los sistemas de control de movimiento, especialmente si el
control se realiza desde el eje de entrada. Hay diferentes formas de reducir el
juego interno en engranes tipo corona-sinfín, pudiendo llegar hasta su
eliminación total. Cada una de estas formas tiene ventajas, desventajas y
limitaciones que deben tenerse en cuenta antes de hacer la selección final para
una aplicación de alta precisión.
MOTOR-REDUCTORES
Como en cualquier otro tipo de reductor de velocidad, el
motor puede tener su propia base con acoplamiento directo o mediante algún otro
elemento de transmisión, puede montarse al reductor mediante una brida o puede
suministrarse como conjunto ensamblado por el fabricante, llamado “motor-reductor”.
FORMAS DE MONTAJE
La posición ortogonal de los ejes permite una amplia gama de
arreglos de montaje, con ambos ejes horizontales, con uno vertical o con
diferentes inclinaciones; el sistema de fijación puede ser mediante base, brida
o brazo de reacción; y los ejes de salida pueden ser sólidos o huecos. Todas estas variantes,
fácilmente incorporadas a un modelo básico, permiten seleccionar opciones de
catálogo que se adecúen a las necesidades de diversas aplicaciones.
CONCLUSIÓN
Los reductores de velocidad tipo corona-sinfín permiten
relaciones de reducción sumamente elevadas en espacios relativamente pequeños,
su costo puede ser menor a otros tipos de reductores, impiden el movimiento en
sentido invertido, pueden adaptarse fácilmente a diferentes requerimientos de
montaje y se ofrecen en diferentes materiales, eficiencia, capacidad y
precisión. Sus debilidades principales son, la baja eficiencia comparada con
otros tipos de engranajes, requerimiento más estricto de lubricantes y una
mayor susceptibilidad al desgaste de los engranajes.
Como en cualquier tipo de reductor de velocidad, en el
mercado se ofrecen diferentes niveles de calidad asociados al diseño básico de
los componentes, a los materiales, a los procesos de fabricación y a los
controles sobre estos procesos.
Una buena selección, por lo tanto, busca la mayor adecuación
posible entre las características del reductor de velocidad, las necesidades
operación de la máquina y la optimización del uso de los recursos financieros
disponibles.
REFERENCIAS:
REFERENCIAS:
1.- Para mayor explicación sobe acción resesiva ver página B7 del catálogo de Hub City
2.- Dibujos realizados realizados en Blender con cálculos y tutoriales de Otvinta y siguendo consejos de tutoriales de Blender Guru
3.- Cavex Gmbh
2.- Dibujos realizados realizados en Blender con cálculos y tutoriales de Otvinta y siguendo consejos de tutoriales de Blender Guru
3.- Cavex Gmbh
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