Factores clave a considerar al seleccionar un reductor planetario de alta precisión

Para el dimensionamiento de un reductor de alta precisión, es esencial considerar los diferentes factores, asegurando que se adapte perfectamente a las necesidades de la aplicación.

• Definición de aplicación y ciclo

Para la definición del ciclo, es necesario recoger los datos relacionados con la dinámica del sistema, estos son: aceleraciones, velocidades, posiciones y tiempos. Por otra parte, es importante añadir la masa a mover y la inercia en cada tramo del ciclo, así como las fuerzas o pares de proceso. Se deberán tener en cuenta fuerzas de compensación en caso de que las hubiera.

Asimismo, es primordial situar el contexto de la máquina y reducirla a un tipo de movimiento, ya sea lineal, rotativo o una combinación de ambos. En el caso de que de un movimiento rotativo se tratase, es muy importante definir la distancia entre el centro de giro y el centro de gravedad de los elementos que componen la máquina o de la máquina en su totalidad, dependiendo de la complejidad de la misma. Ya que esto generará un brazo de palanca que afectará negativamente en el eje y será muy importante en el proceso de seleccionar el reductor de alta precisión.También es importante especificar la orientación de la máquina (horizontal, vertical o inclinada) y añadir detalles sobre sus componentes como rodillos, poleas, husillos o sistemas piñón-cremallera, según corresponda.

• Modo de funcionamiento

Una vez definidos el ciclo y la aplicación, el siguiente paso será definir el modo de funcionamiento del equipo. Existen dos modos de operación: operación continua S1 y operación cíclica S5, y se determina a partir del cálculo del factor de servicio.

• Par

El par es la fuerza impulsora que produce un movimiento de giro y es una de las características más críticas al seleccionar un reductor de alta precisión. Actúa alrededor del eje de rotación y se obtiene del producto de fuerza y distancia al punto donde se aplica la fuerza. Por lo tanto, es esencial calcular los torques requeridos, considerando posibles picos de carga durante la operación.

• Par nominal de salida, T_2N: El par máximo que el sistema de transmisión puede proporcionar de manera continua y segura durante su operación normal.
• Par medio de funcionamiento sin carga, T₀₁₂: También llamado torque no efectivo, es el par que debe introducirse en el reductor para romper la fricción interna, por lo que se considera un par de perdida. En consecuencia, cuanto menor sea este valor, menores serán las pérdidas y, por lo tanto, mayor será su rendimiento.
• Par de aceleración máxima en salida, T_2B: El par máximo admisible que puede transmitir el reductor por poco tiempo a la salida en un número de ciclos definido.
• Par máximo que puede transmitir el reductor, T_2α: El par máximo que puede transmitir el reductor. El par de aceleración máxima en salida de un reductor no debe superar el par máximo que puede transmitir.
• Par de parada de emergencia, T_2not: Corresponde al par máximo admisible en la salida del reductor. Solo debe alcanzarse un máximo de 1000 veces durante toda la vida del reductor y no debe rebasarse nunca.
• Par de vuelco, M_2k: El par de vuelco es la oposición que hace la reducción del reductor a que el eje vuelque, y es generado por el resultado de la combinación de fuerza axial y fuerza radial que actúan y de sus respectivos puntos de aplicación en referencia al rodamiento radial interior del lado de salida, distancia denominada brazo de palanca. Cuanto mayor sea esta distancia, mayor par de vuelco deberá soportar el reductor.

Cálculo de vida útil del reductor de precisión, L_h10

El reductor de alta precisión debe ser capaz de soportar las cargas y esfuerzos de la aplicación sin sufrir fatiga prematura. Por esta razón, es esencial calcular la vida útil de los rodamientos del reductor y valorar si la vida útil obtenida es suficiente o no para la aplicación.

El par de vuelco medio y la velocidad media de salida son inversamente proporcionales a la vida útil del reductor, por lo que, a mayor par de vuelco y/o mayor velocidad de salida, menor será la vida útil del reductor.

Compatibilidad con el motor

La correcta integración entre el reductor de alta precisión y el motor es fundamental para optimizar el rendimiento del sistema. Esto incluye asegurar que la geometría, el tipo de acoplamiento y las características eléctricas sean compatibles. Además, la velocidad de entrada de motor, n1m, deberá ser menor que el límite térmico de velocidad, n1T y, el par máximo, T2α, mayor o igual al par máximo motor, T2max(Motor). Un mal acoplamiento puede generar vibraciones, desalineaciones o pérdidas de eficiencia. Para saber si el motor elegido es adecuado, se deben realizar las siguientes comprobaciones:

• Relación de momento de inercia, λ

Otro parámetro importante, es la relación de momento de inercia, λ, que corresponde a la relación entre el momento de inercia externo (lado de la aplicación) y el momento de inercia interno (lado del motor y del reductor).

Con el fin de garantizar la capacidad de regulación de una aplicación, se considera adecuado un valor de λ mayor o igual a 1 y menor o igual a 10. De todas formas, como valor orientativo, WITTENSTEIN recomienda mantener un valor de λ menor a 5. Aunque estas recomendaciones varían según la aplicación: menor o igual a 10 para aplicaciones sencillas, menor o igual a 5 para aplicaciones dinámicas, donde se requieran velocidades considerablemente elevadas y precisión y λ menor o igual a 1 para aplicaciones extremadamente dinámicas.

Cuando el valor de λ es elevado, puede darse la casuística de que surja el denominado efecto muelle. El efecto muelle genera desajustes impidiendo al sistema alcanzar los tramos constantes, generando picos. Cuanto mayor sea el valor de λ, mayor será el efecto muelle y menor será la precisión del equipo. Si no hay precisión, no hay control.
 
Aunque cuanto más disminuye el valor de λ más aumenta la precisión y el control sobre el sistema, ello también supondrá un mayor consumo energético. Un valor de λ muy pequeño puede suponer un consumo energético elevado y el sistema dejaría de ser sostenible.

• Relación de transmisión, i

La relación de transmisión en un reductor planetario corresponde a la relación entre el número de dientes del sol y el número de dientes del planeta. Un reductor de alta precisión aumenta el par, reduce la velocidad y aumenta el valor de inercia transmitido por el motor. La relación de transmisión es el valor que determina por cuantas veces se multiplica el par y por cuantas veces se divide la velocidad de entrada. Además, la inercia es inversamente proporcional al cuadrado de la relación de transmisión.

Condiciones ambientales

Además de las exigencias técnicas que requiere el sistema, se debe también considerar el entorno de operación, ya que puede tener un impacto significativo en el rendimiento y la vida útil del reductor. En ambientes húmedos, corrosivos o con presencia de productos químicos, es recomendable seleccionar reductores con sellos especiales, recubrimientos protectores y materiales resistentes a la corrosión, como el acero inoxidable.

En WITTENSTEIN contamos con una gama de reductores planetarios de precisión de diseño higiénico. En aplicaciones donde la seguridad juega un papel muy importante, los reductores de alta precisión de WITTENSTEIN dan respuesta a estas necesidades higiénicas y estériles.

Herramientas de cálculo cymex^® 5

Para el dimensionado adecuado de una cadena cinemática y la selección del reductor de alta precisión adecuado, en WITTENSTEIN disponemos del software de diseño cymex^® 5, un software para la optimización del sistema de accionamiento.

cymex^® permite dimensionar y evaluar fácilmente cualquier sistema de accionamiento completo: la aplicación, la transformación, el motor y el reductor.

El software está disponible en la página web. Se puede descargar de manera sencilla y gratuita clicando en el siguiente enlace: cymex^® 5 - WITTENSTEIN alpha GmbH