¿Cómo funciona un reductor de velocidad?

Los reductores de engranes son usados por un sin fin de razones, la más común es para cambiar la velocidad de la flecha de entrada a la flecha de salida, la velocidad puede ser reducida o incrementada. Un reductor de velocidad también cambia el par; si la velocidad es reducida el par es incrementado, si la velocidad es incrementada el par se reducirá. Otra razón para usar reductor de velocidad es cambiar la posición (flechas en un ángulo) de las flechas. La figura de abajo muestra una caja de reducción con las flechas de entrada y salida en ángulo recto.


Otra posible función de un reductor de velocidad es cambiar la dirección de rotación. Algunos reductores de velocidad cambiaran la dirección de rotación de la flecha de entrada con respecto a la flecha de salida. La figura de abajo muestra las dos posibilidades; en la izquierda está un tren de reducción simple, por tanto, hay un cambio de dirección de rotación, en la derecha hay un tren de doble reducción, entonces el arreglo de engranes no cambiara la dirección de rotación.

En un reductor de velocidad conteniendo engranes con número pares en sus trenes de engranes (2, 4, 6...), el reductor de velocidad cambiara la dirección de rotación. Si la flecha de entrada rota en el sentido de las manecillas del reloj, la flecha de salida rotara en sentido contrario a las manecillas del reloj. Si la flecha de entrada gira contra sentido a las manecillas del reloj, la flecha de salida rotara en sentido a las manecillas del reloj.

Si el reductor de velocidad tiene números impares en sus trenes de engranes (1, 3, 5...), entonces la entrada y salida de la flecha del reductor rotara en la misma dirección. Si la flecha de entrada gira en el sentido de las manecillas del reloj la flecha de salida también girará en el sentido de las manecillas del reloj.

En un reductor de velocidad que contiene engranes, tales como; Corona y sin-fin, cónico; otros factores deberán ser tomados en cuenta para determinar si las flechas de entrada y salida de un reductor de velocidad, rotan en direcciones iguales u opuestas.

Tipos de Flechas en los reductores y motorreductores

Arreglo de las Flechas

Los reductores de velocidad son frecuentemente agrupados en tres grandes categorías, flechas paralelas, flechas concéntricas y flechas de ángulo recto. Esta descripción se refiere a la orientación de la entrada con respecto a la salida. Para identificar la posición de una flecha de salida de un reductor de velocidad, ya sea en un ángulo recto de 90 grados o en paralelo se determina observando y tomando como referencia de orientación a la flecha de entrada.

Reductores de Flechas Paralelas

os reductores de velocidad de Flechas paralelas -o simplemente paralelas- tienen las flechas de entrada y salida paralelas una a otra. Una línea imaginaria a través del centro de la flecha de entrada es paralela a una línea imaginaria a través del centro de la flecha de salida. La figura de abajo muestra tres reductores de velocidad con flechas de entrada y salida paralelas una a otra.

Comúnmente, un reductor paralelo es aquel en donde hay alguna distancia entre las líneas imaginarias que atraviesan las flechas de entrada y salida.

Reductores de Flechas Concéntricas

Una clase especial de reductores de velocidad paralelos es conocida como reductores concéntricos. Los reductores de velocidad de flechas concéntricas tienen las flechas de entrada y salida directamente en línea. Las figuras de abajo muestran un reductor de velocidad de flechas concéntricas.

Un reductor de velocidad concéntrico es un reductor paralelo con distancia de desplazamiento entre flecha de entrada y flecha de salida cero.

Los reductores de velocidad de flechas concéntricas son también llamados reductores en línea, porque sus flechas de entrada y salida están directamente en línea.

Reductores de Flechas de Angula Recto

Reductores de velocidad de ángulo recto son cajas de engranes con sus flechas de entrada y salida en un ángulo recto. La figura de abajo muestra un reductor de ángulo recto. El reductor tiene una flecha de salida hueca, algunos reductores de ángulo recto están disponibles con flechas de salida sólida.


Es posible para la flecha de salida de un reductor de velocidad de ángulo recto ser orientada en dos formas. La figura de abajo muestras las dos posibles posiciones de la flecha de salida del reductor de velocidad.

El reductor de velocidad arriba ilustra dos posiciones posibles de la flecha de salida, La posición de flecha se identifica viendo al motorreductor desde la cara del ventilador del motor.

Otros reductores de velocidad de ángulo recto son llamados reductores de velocidad de doble flecha de salida. Como el nombre lo indica el reductor de velocidad tiene dos lados con flecha de salida ¬ambos lados R y L.

Conexiones de entrada

Los reductores de velocidad deben tener su entrada de conexión para un dispositivo que cause la rotación de la flecha de salida del reductor. Los dispositivos comúnmente usados para mover la flecha de entrada de una caja reductora son los motores eléctricos trifásicos o monofásicos dispositivos hidráulicos o de combustión.

Los motores eléctricos son los dispositivos más comúnmente usados para accionar reductores de velocidad. Para que un motor eléctrico accione un reductor de velocidad, el motor deberá ser conectado al reductor de velocidad. Hay tres principales formas para acoplar un motor eléctrico a un reductor de velocidad. La primera, la entrada de la flecha del reductor de velocidad es conectada a la flecha de salida del motor. Segunda, el reductor de velocidad tiene una brida de entrada, la cual es acoplada a la brida de salida del motor. Tercero, el motor es una parte del reductor de velocidad.

Conexiones de flecha de entrada

Acoplar un motor eléctrico a la flecha de entrada de un reductor de velocidad es una forma común para accionar un reductor de velocidad. Las formas comunes para acoplar la flecha de salida del motor a la flecha de entrada del reductor son: primero, conectar directamente las dos flechas con un cople y segundo, la conexión puede ser hecha indirectamente con una banda y polea.

Ya sea la conexión directa o indirecta de flechas, el motor deberá ser soportado para mantenerse fijo en la misma ubicación relativa al reductor y para evitar que este gire. Algunos métodos para montar los motores pueden ser utilizados.

Base de montaje con cople de flechas

Un método para acoplar la flecha de salida del motor a la flecha de entrada del reductor de velocidad es usando un cople de flechas. Un cople de flechas conecta dos flechas de forma que cuando una flecha gira Ia otra también gira. La mayor parte de los copies de flechas requieren que las dos flechas estén alineadas precisamente. La figura de abajo muestra un motor y reductor de velocidad acoplados.

En la figura anterior tanto el motor como el reductor de velocidad son acoplados en una base de montaje común, a fin de alinear la flecha de entrada del reductor y la flecha de salida del motor, esta base de montaje tiene una sección adicional para elevar la flecha del motor al mismo nivel con respecto a la flecha de entrada del reductor.

Montaje con base tipo shovel (shovel base)

Otro método para usar un motor con patas y un cople de flecha es llamado Montaje con shovel base, este es similar a la base de montaje. La sección de la base de montaje del motor es permanentemente acoplada al reductor de velocidad. La figura de abajo muestra un reductor de velocidad con un montaje de motor con shovel base.

En la figura anterior, el montaje con shovel base es acoplado al reductor de velocidad. El shovel base actúa como una base de montaje del motor. La figura de abajo muestra un reductor de velocidad con un montaje de motor con shovel base.

El montaje de motor con shovel base, tiene ventajas sobre un motor montado en una base separada. Un reductor de velocidad con un montaje de motor con shovel base es montado a la base de montaje del reductor de velocidad como una sola pieza.

En un sistema de base de montaje separado, ambos, motor y reductor deberán estar montados separadamente.

Un montaje de motor con shovel base también se conoce comúnmente como montaje de cuchara o montaje de pala.

Los shovel base tienen frecuentemente perforaciones hechas para las ubicaciones de los orificios de montaje de los motores más comunes, estas perforaciones hacen que el montaje del motor sea más sencillo.

Los reductores de velocidad con el montaje con shovel base son comunes en Norte América.

Entrada de Banda y Polea

La flecha de entrada de un reductor de velocidad puede ser conectada a la flecha del motor a través de un método de conexión indirecta. Un método común es usar un sistema de banda y polea. La figura de abajo muestra tal conexión.

En la configuración mostrada en la figura anterior, la flecha del motor hace girar la polea impulsora, la cual tira de la banda poniendo a la polea impulsada en rotación, esta a su vez hace girar a la flecha de entrada del reductor de velocidad.

Una ventaja del sistema de entrada de polea-banda es que las poleas y bandas pueden también producir una relación de reducción en velocidad:

Las RPM de entrada al reductor de velocidad no tienen que ser las mismas RPM que las del motor, poleas ajustables pueden también ser usadas para un ajuste fino de las RPM de salida; ambos, motor y reductor en la figura anterior son montaje de patas y deberán ser montados y alineados apropiada e independientemente para que la banda opere de forma correcta.

La tensión de la banda deberá también ser revisada y ajustada periódicamente para asegurar que esta no vaya a patinar en las poleas.

A fin de proveer más tensión en las poleas, el motor deberá ser movido ligeramente al lado contrario del reductor, si la banda está muy apretada (sobre-tensionada), se causará daño al motor o al reductor o ambos. Por estas razones, el motor debe ser montado en algún tipo de base deslizante ajustable. La figura de abajo muestra un motor montado es una base deslizante.

Montaje Top Mount

Otro método de montaje de un motor y un reductor de velocidad con una banda y polea es llamado montaje top mount o plataforma de montaje. La figura de abajo muestra un reductor de velocidad con una plataforma de montaje.

En la configuración mostrada en la figura anterior, la flecha del motor hace girar la polea impulsora, la cual tira de la banda poniendo a la polea impulsada en rotación, esta a su vez hace girar a la flecha de entrada del reductor de velocidad.

Siempre que un sistema de polea-banda sea usado para conectar las flechas de un motor y un reductor, una guarda de seguridad deberá ser utilizada. Esto previene que alguien toque las flechas en movimiento y/o polea-banda y sea lastimado.

Brida de entrada

Los reductores de velocidad están disponibles con bridas de entrada diseñadas para recibir un motor bridado. La figura de abajo muestra un reductor de velocidad con una brida de entrada, estos son llamados frecuentemente campana para motor, por su forma igual a una campana.

Para conectar el motor al reductor de velocidad en la figura anterior, la mitad del acoplamiento del motor es montado en la flecha del motor. Las bridas del motor y reductor son atornilladas juntas. La figura de abajo muestra el motor y reductor de la figura de arriba montados juntos.

La brida de entrada del reductor de velocidad es una conveniente forma para acoplar un motor al reductor de velocidad. La brida de entrada del reductor de velocidad y la brida de salida del motor tienen un arreglo de centrado piloto para asegurar que el motor y reductor de velocidad sean alineados adecuadamente.

Bridas de motor

Los dos tipos comunes de bridas de motor, son bridas que tienen orificios de montaje a través del plano. En la figura de abajo, un motor tiene orificios de montaje roscados y el otro motor tiene orificios de montaje a través del plano.

Las bridas de motores tienen designaciones de estándares internacionales. Las especificaciones para motores americanos, que incluyen bridas, son cubiertas por la NEMA (National Electrical Manufactures Association). Internacionalmente la lEC (International Electrotechnical Commisión) provee estándares para motores

Los estándares lEC son los más comúnmente usados en Europa. En Alemania, la organización de estándares de este interés, se llama DIN (Deutsche Institut Fur Normung). Abajo se ilustra cómo cada una de estas organizaciones de estándares describe las bridas de los motores

En América del norte las bridas NEMA C-Face son las más comunes. Estas bridas tienen orificios roscados como se ve en las dos figuras anteriores. El resto del mundo usa la brida del tipo DIN 85 (o lEC FF). Estas bridas tienen orificios a través del plano para montaje.

Las bridas NEMA son también medidas y definidas en unidades de Pulgadas, para uso en Norte América; las bridas lEC y DIN son en unidades métricas. Una brida NEMA C-Face y una brida DIN 814, ambos tienen Orificios roscados, sin embargo, las bridas no serán del mismo tamaño físico, de tal forma que estas no son dimensionalmente intercambiables.

Montaje del motor

En montajes de brida de un motor a un reductor, se usan dos métodos para acoplamiento de la flecha de salida del motor a la flecha de entrada del reductor, El primer método es llamado Entrada de Tipo Cople. El segundo método es llamado Entrada de tipo Pluma.

Entrada de Tipo Cople

Un reductor de velocidad con una entrada del tipo cople, usa un cople de flecha dentro de la campana motor para acoplar la flecha de salida del motor a la flecha de entrada del reductor.

En la figura de abajo se muestra un dibujo de un motor montado a un reductor con una entrada de cople. La mitad del cople del motor es montada en la flecha del motor y la otra mitad del cople es montada en la flecha de entrada del reductor. Las dos partes del cople engranan cuando la brida del motor es acoplada a la flecha de entrada del reductor.

Entrada tipo pluma o hembra y macho

Un reductor con una entrada tipo pluma tiene una flecha de entrada hueca. La flecha de salida sólida del motor se mete dentro de la flecha hueca de entrada del reductor.

La figura muestra un reductor de velocidad con entrada tipo pluma con un motor montado.

Tipos de engranes

Los reductores de velocidad y moto reductores son también clasificados de acuerdo al tipo de engranes dentro del reductor. Diferentes tipos de engranes tienen ventajas y desventajas. Como resultado un reductor conteniendo un tipo de engrane tal vez sea mejor utilizado para un trabajo en particular que un reductor conteniendo diferentes tipos de engranes.

Reductores de velocidad cicloidales (cycloidales)

Los reductores de velocidad de discos cicloidales están entre los más comunes tipos de reductores de velocidad. Como el nombre lo indica, un reductor de velocidad de discos cicloidal contiene discos cicloidales. Los reductores cicloidales son de flechas concéntricas o de unidades de reductor planetario. La figura de abajo, muestra un motorreductor cicloidal (cyclodales).

El motorreductor cicloidales, están construidos con de dos o tres etapas de discos esto permite una amplia gama de relaciones de reducción. Esta unida de motorreductor tiene un balero excéntrico tipo leva montado directamente en la flecha de salida del motor. La figura siguiente es un motorreductor cicloidal en donde se aprecia el balero excéntrico.

Un beneficio primario del reductor de velocidad cicloidal es que estos son eficientes. Cada etapa de reducción del reductor de velocidad cicloidal estará entre el 97% y 99% de eficiencia. Esto significa que la eficiencia en los es de un típico reductor de velocidad cicloidal de tres etapas es cerca del 96%. Un segundo beneficio de los engranes cicloidales, si estos son apropiadamente seleccionados Los reductores de velocidad y motorreductores Cyclo® están diseñados para soportar cargas de impacto que superan el 500 % de su carga nominal

Reductores de velocidad helicoidales

Los reductores de velocidad helicoidales están entre los más comunes tipos de reductores de velocidad. Como el nombre lo indica, un reductor de velocidad helicoidal contiene engranes helicoidales. Los reductores helicoidales son, ya sea de flechas concéntricas o de unidades de flechas paralelas. La figura de abajo, muestra un motorreductor helicoidal concéntrico.

Los reductores de velocidad helicoidales concéntricos de este tipo están comúnmente disponibles de dos a seis etapas de engranes. Esto permite una amplia gama de relaciones de engranes. Esta unida siendo un motorreductor tiene el engrane piñón montado directamente en la flecha de salida del motor. La figura siguiente es un motorreductor helicoidal de flechas paralelas del tipo montaje de flecha, sin embargo, esta no es una unidad de flechas concéntricas.

Reductores de velocidad corona y sin-fin (corona y sin-fin )

Los reductores de velocidad corona y sinfín o tipo corona y sin-fin son reductores de velocidad que contienen una corona o engrane y un tornillo o engranes sin-fin. La figura de abajo es un dibujo de un reductor de velocidad tipo corona y sin-fin.

Como se ve en la figura, el reductor de velocidad corona y sin-fin son unidades con flechas en ángulo recto. Los reductores corona y sin-fin son un tipo común de reductores, particularmente en rangos de pequeñas potencies. Una ventaja del reductor de velocidad corona y sin-fin es que pueden producir relaciones hasta 100:1 en una etapa de engranes simple.

Una desventaja de un reductor de velocidad corona y sin-fin es su baja eficiencia, que oscila entre 40% a 90% para cada etapa de reducción debido a la acción deslizante del arreglo corona y sin-fin. Entre más alta la relación de engranes de un arreglo corona y sin-fin, más baja su eficiencia. Un arreglo de engranes corona y sin-fin dentro de una relación 10:1 tal vez tenga una eficiencia del 90% y un arreglo de engranes corona y sin-fin con una relación de 100:1 tal vez tenga una eficiencia del 50%. La velocidad en R.P.M. también afecta la eficiencia -entre más alta la velocidad en R.P.M., más alta la eficiencia del arreglo de engranes corona y sin-fin.

Otra desventaja de los engranes corona y sin-fin es el material suave de bronce de la corona, que se desgastará aun si hay lubricación apropiada y opera dentro de su rango de carga. Típicamente un reductor de velocidad corona y sin-fin operado a su máximo rango de carga está diseñado para por lo menos entre 5000 y 20000 horas de operación.

Reductores Hiponicos (Hyponic)

Los engranes hiponicos son componentes muy confiables en reductores de velocidad de ángulo recto. El tipo de engrane hiponico se están utilizando cada vez más frecuente en la industria. La figura de abajo es un reductor de velocidad que incluye una etapa de engranes hiponicos simple.

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