Un engranaje reductor es parte de un sistema mecánico de engranajes y ejes que sirve al propósito principal de desacelerar las cosas dentro de una máquina para que la energía de un lugar pueda transferirse y usarse en otro. Los engranajes de reducción se ven con mayor frecuencia en trenes de transmisión de automóviles y camiones, y en estos entornos reducen las altas velocidades de rotación del motor y los convierten a una velocidad más lenta y utilizable que los neumáticos pueden interpretar y usar con seguridad. Este tipo de configuraciones de engranajes también se utilizan con frecuencia en maquinaria pesada y otros dispositivos mecánicos, tanto grandes como pequeños. Cualquier cosa que use altas velocidades de rotación en un lugar pero necesite energía reducida en otro puede hacer uso de este tipo de sistema interno. Cuando los engranajes funcionan correctamente, la velocidad de rotación del eje de entrada se convierte en una velocidad de rotación más lenta en el eje de salida. Esta reducción en la velocidad de salida ayuda a aumentar el par motor. El sistema puede verse ligeramente diferente en diferentes configuraciones, pero el concepto suele ser el mismo.
Composición básica
Este tipo de configuraciones de engranajes casi siempre ocurren dentro del funcionamiento interno de motores, máquinas y otros componentes mecánicos. En términos básicos, generalmente no son muy complicados. Un engranaje de reducción simple consiste en dos engranajes que tienen dientes del mismo tamaño pero son de diferentes diámetros. El número de dientes es proporcional a la circunferencia; el engranaje de circunferencia más pequeño tendrá menos dientes que el más grande. Por ejemplo, un engranaje con una circunferencia de 16 pulgadas (40,64 cm) tendrá el doble de dientes que uno con una circunferencia de 8 pulgadas (20,32 cm).
Cuando estos engranajes engranan en una caja reductora, el engranaje más pequeño hace dos revoluciones por cada revolución del engranaje más grande; en otras palabras, gira el doble de rápido. Por el contrario, la cantidad de torque disponible en el eje más grande sería el doble que en el más pequeño. A medida que disminuye la velocidad de salida, el par aumenta proporcionalmente.
Determinación de la relación de transmisión
La relación de engranaje, que es una forma de expresar la relación entre las velocidades relativas de cada engranaje involucrado, casi siempre está determinada por la cantidad de dientes involucrados. Esto a su vez se expresa en la relación entre el número de dientes en el engranaje más grande y el número de dientes en el engranaje más pequeño. Por ejemplo, un sistema de reducción de engranajes de una sola etapa que consta de dos engranajes, uno con 30 dientes y el otro con 10 dientes, tendría una relación de engranaje de 30:10 o 3: 1. En este sistema, el engranaje más grande giraría a un tercio de la velocidad del más pequeño, mientras que tiene tres veces el par disponible.
Las cajas de engranajes de reducción de engranajes de etapas múltiples permiten relaciones de engranaje mucho más altas que las prácticas con sistemas de una etapa. Se utilizan ejes y engranajes adicionales en estos sistemas. Por ejemplo, se agrega un engranaje pequeño al eje de salida del primer conjunto de engranajes para servir como impulsor de entrada para un segundo conjunto de engranajes. Se pueden agregar juegos adicionales de engranajes según sea necesario. La relación de transmisión final se determina multiplicando la relación de cada conjunto de engranajes. Por ejemplo, una caja de engranajes de reducción que consta de tres conjuntos de engranajes con relaciones de engranajes de 3: 1, 4: 1 y 5: 1 produciría una relación de engranaje final de 60: 1.
Drivetrains como un ejemplo común
Las transmisiones de automóviles son un buen ejemplo de un sistema de reducción de engranajes de etapas múltiples. Un motor típico gira a 1500 a 3000 revoluciones por minuto (RPM), una velocidad mucho mayor que la que se necesita en los neumáticos. De hecho, si tanta potencia se destinara a los neumáticos, probablemente causaría serios problemas, ya que probablemente sería más de lo que podrían manejar. La transmisión del automóvil reduce las RPM al eje de transmisión, lo que aumenta el torque lo suficiente como para mover el vehículo. La parte trasera reduce aún más la velocidad a un nivel utilizable, al tiempo que multiplica la cantidad de par disponible para las ruedas motrices.
Muchas otras máquinas, incluidas muchas herramientas manuales con motor eléctrico, utilizan algún tipo de engranaje reductor para controlar la velocidad de salida al tiempo que aumenta el par disponible. Esto permite que los motores eléctricos pequeños de relativamente baja potencia realicen trabajos que de otro modo requerirían motores mucho más grandes y potentes.