Engranajes internos#
Fundamentalmente, un Gearbox/Caja de engranajes no es más que un conjunto de engranajes y una caja que los conecta. Las Gearboxes tienen una relación de salida, la reducción final entre la entrada del motor y la salida final del eje.
Término
- Reducción de engranajes#
También conocida como relación de engranes. En cualquier sistema de transmisión de potencia rotacional (normalmente con motores y servos en FTC®), una relación de engranes define tanto el número de rotaciones de la entrada del sistema como el número de rotaciones de la salida.
Por ejemplo, un motorreductor NeveRest 20 consiste en un motor NeveRest sin modificar y una caja de engranajes planetarios que tiene una relación de transmisión de 20:1 (o, cuando se habla, «20 a 1»). Esto significa que para que el eje de salida de la caja de cambios gire 1 vez, el eje de entrada del motor debe girar 20 veces. Las relaciones de engranes son una de las consideraciones de diseño más importantes sobre un componente de transmisión de potencia.
Cualquier motor o servomotor FTC tiene dos propiedades: velocidad y torque (o fuerza de rotación). Estas dos propiedades son inversamente proporcionales, lo que significa que al aumentar la velocidad disminuye el torque y viceversa. Por ejemplo, si se desea que un mecanismo sea más rápido a expensas del torque duplicando la velocidad de esa caja de cambios 20:1, se reduciría la relación de transmisión en un factor de 2. Como 20 dividido por 2 es 10, la nueva relación deseada sería 10:1 (esto se denomina aumentar la relación de transmisión). Sin embargo, si lo que se desea es duplicar el torque, haciendo que el sistema sea más potente y robusto a expensas de la velocidad, se aumentaría la relación de transmisión en un factor de 2, con lo que quedaría una relación de 40:1 (esto se denomina reducir).
Las formas más comunes de aumentar o reducir la velocidad son los reductores, los engranajes, los piñones y las poleas accionadas por correa, todos ellos disponibles en varios tamaños.
En FTC, los gearboxes son más habituales de lo que se piensa: todos los motores tienen un reductor acoplado. Estas gearboxes son de uno de los dos tipos siguientes: rectos o planetarios. A continuación le ofrecemos un análisis detallado de cada uno de estos tipos de gearboxes Para mayor claridad, las gearboxes que aparecen a continuación son independientes del motor de base.
Gearboxes de engranajes rectos#
Término
- Gearbox de engranajes rectos#
Una gearbox de engranajes rectos tiene engranajes rectos apilados unos sobre otros. La reducción de engranajes se consigue mediante engranajes de distinto tamaño en el mismo plano.
Las gearboxes de engranajes rectos son un conjunto de relaciones de engranajes, a menudo apiladas para lograr una gran relación compuesta (por ejemplo, 40:1). Cada relación individual sólo tiene dos engranes- una puede ser de 8:1, otra de 5:1, pero la relación final será de 40:1. Estos reductores se utilizan en la serie NeveRest Classic de Andymark y en los motores de la serie 5201 de goBILDA, así como en los REV HD Hex Motors. Debido a la naturaleza de cómo están construidas estas gearboxes, cada reducción sólo tiene unos pocos dientes de cada engrane engranados, y esos dientes soportan toda la carga de la gearbox . Es fácil dañar una gearbox de engranajes rectos por una carga de choque, y si se rompe un engrane, toda la caja de engranajes dejará de funcionar.
Truco
No se recomienda utilizar reductores de engranajes rectos en aplicaciones de alta carga, como chasises o brazos. En su lugar, utilice reductores planetarios.
Ejemplo de gearbox de engranajes rectos. Observa cómo todos los engranajes engranan con un solo engranaje.#
Ventajas de los Gearboxes de Engranajes Rectos#
Por lo general, los reductores de engranajes rectos son más baratos que los planetarios. Sin embargo, en FTC ese cambio de precio suele ser mínimo. Un reductor planetario 20:1 de REV cuesta sólo 4$ dólares más que uno recto 20:1
Los reductores de engranajes rectos de distintos fabricantes no son intercambiables. Sin embargo, son comparables y prácticamente indistinguibles en rendimiento. Lo principal a tener en cuenta aquí es su reducción deseada, las conexiones de motor deseadas y el tipo de eje de salida deseado.
Gearboxes planetarios#
Los gearboxes planetarios utilizan un sistema más complejo de engranajes para lograr una reducción robusta en un espacio compacto. En ingeniería de automoción, los juegos de engranajes planetarios pueden alcanzar unas cuantas relaciones diferentes sin cambiar el tamaño del engranaje, pero todos los reductores planetarios que verás en FTC solo alcanzan una relación de engranes.
Término
- Engranaje Planetario#
Los engranajes planetarios constan de un engranaje central (engranaje solar) que tiene engranajes más pequeños (engranajes planetarios) girando a su alrededor. El radio exterior tiene una corona dentada que sujeta los demás engranajes.
Las cajas de engranajes planetarios se utilizan en la serie Orbital de Andymark, en algunos motores planetarios y ultraplanetarios REV HD Hex y en la amplia selección de motores de engranajes planetarios de goBILDA. Además, AndyMark vende unos reductores planetarios de recambio llamados NeveRest Sport y 57 Sport. Como se puede ver en el gráfico de abajo, hay más dientes engranando por etapa que en la caja de engranajes rectos.
Ejemplo de una etapa de engranaje planetario. Observe cómo el engranaje planetario engrana con más de un engranaje.#
Ventajas de los Gearboxes Planetarios#
El Backlash es inferior a la de los engranajes rectos equivalentes. El backlash se define como la reaccion o pérdida de movimiento causada por los espacios entre las piezas. Esto puede explicarse fácilmente colocando una rueda o un engranaje en el eje de un motor y haciéndolo girar ligeramente. La pieza debe poder moverse un poco sin que se le aplique una fuerza considerable. Esto se debe a que es imposible que los dientes del engranaje dentro de la caja de cambios engranen perfectamente, y es lo mismo para cadenas y piñones, o cualquier otra forma de transmisión de potencia. Sin embargo, los gearboxes planetarios tienen menos backlash porque tienen menos etapas de engranajes.
La eficiencia es superior a la de los gearboxes de engranajes rectos. Una caja de engranajes rectos de dos etapas tiene un rendimiento típico del 85%, mientras que la mayoría de las cajas de engranajes planetarios de dos etapas tienen un rendimiento del 94%.
La capacidad de carga es mayor en los gearboxes planetarios. Esto se debe a que tienen varios dientes engranados por etapa, lo que reparte la carga.
Truco
Esto significa que los reductores planetarios no se rompen tan fácilmente cuando se utilizan en aplicaciones de alta carga, como los chasises.