Un reductor es un dispositivo mecánico que modifica la velocidad de rotación. Un reductor planetario es una versión a pequeña escala que utiliza cojinetes de bolas en una disposición epicicloidal en lugar de engranajes dentados .
Los reductores se utilizan en motores de todo tipo para aumentar la cantidad de par por revolución de un eje: la caja de cambios de cualquier automóvil es un ejemplo omnipresente de reductor. Los usos domésticos más comunes son las lavadoras, las batidoras y los elevalunas. Los reductores también se utilizan para reducir la velocidad de rotación de un eje de entrada a una velocidad de salida adecuada. Los reductores pueden tener un diseño de tren de engranajes o accionarse por correa .
Los reductores planetarios se colocan normalmente entre el eje del condensador variable y la perilla de sintonización de cualquier radio , para permitir ajustes precisos del condensador de sintonización con movimientos suaves de la perilla. Los reductores planetarios se utilizan en esta situación para evitar el "juego", lo que facilita la sintonización. Si el reductor del condensador tiene juego, cuando uno intenta sintonizar una estación, la perilla de sintonización se sentirá floja y será difícil realizar pequeños ajustes. Los reductores de engranajes se pueden hacer para que no tengan juego mediante el uso de engranajes divididos y tensión de resorte, pero los cojinetes del eje deben ser muy precisos.
Los aviones ligeros con motor de pistón pueden tener transmisión directa a la hélice o pueden usar una transmisión reductora. Las ventajas de la transmisión directa son la simplicidad, la ligereza y la fiabilidad, pero un motor de transmisión directa puede no alcanzar nunca la potencia máxima, ya que la hélice puede superar su rpm máxima permitida . Por ejemplo, un motor aeronáutico de transmisión directa (como el Jabiru 2200 ) tiene una potencia máxima nominal de 64 kW (85 bhp ) a 3300 rpm , [1] pero si la hélice no puede superar las 2600 rpm, la potencia máxima sería de solo unos 70 bhp. Por el contrario, un Rotax 912 tiene una capacidad del motor de solo el 56% de la del Jabiru 2200, pero su engranaje reductor (de 1: 2,273 o 1: 2,43) permite aprovechar la potencia total de 80 bhp. El motor Wankel de doble rotor de Midwest tiene un eje excéntrico que gira hasta 7.800 rpm, por lo que se utiliza un engranaje reductor de 2,96:1.
Los engranajes de reducción de los motores aeronáuticos suelen ser del tipo de engranajes, pero los motores de dos tiempos más pequeños, como el Rotax 582, utilizan transmisión por correa con correas dentadas, que es una opción barata y liviana con amortiguación incorporada de las sobrecargas de potencia.
La mayoría de los barcos del mundo están propulsados por motores diésel que se pueden dividir en tres categorías: baja velocidad (<400 rpm), velocidad media (400-1200 rpm) y alta velocidad (1200+ rpm). Los diésel de baja velocidad funcionan a velocidades dentro del rango óptimo para el uso de la hélice. Por lo tanto, es aceptable transmitir directamente la potencia del motor a la hélice. En el caso de los diésel de velocidad media y alta, la velocidad de rotación del cigüeñal dentro del motor debe reducirse para alcanzar la velocidad óptima para su uso con una hélice.
Los reductores funcionan haciendo que el motor gire un piñón de alta velocidad contra un engranaje , convirtiendo la alta velocidad de rotación del motor en una velocidad de rotación más baja para la hélice. La cantidad de reducción se basa en la cantidad de dientes de cada engranaje. Por ejemplo, un piñón con 25 dientes, que hace girar un engranaje con 100 dientes, debe girar 4 veces para que el engranaje más grande gire una vez. Esto reduce la velocidad en un factor de 4 mientras que aumenta el par 4 veces. Este factor de reducción cambia dependiendo de las necesidades y las velocidades de operación de la maquinaria. El engranaje reductor a bordo del buque escuela Golden Bear tiene una relación de 3,6714:1. Entonces, cuando los dos motores diésel Enterprise R5 V-16 funcionan a sus 514 rpm estándar, la hélice gira a 140 rpm.
En la industria se utiliza una gran variedad de configuraciones de engranajes reductores. Las tres configuraciones más utilizadas son: reducción doble con dos piñones anidados, reducción doble con dos piñones articulados y reducción doble con dos piñones bloqueados. [2]
Los engranajes utilizados en la caja de cambios de un barco suelen ser engranajes helicoidales dobles . [2] Este diseño ayuda a reducir la cantidad de mantenimiento necesario y aumenta la vida útil de los engranajes. Los engranajes helicoidales se utilizan porque la carga sobre ellos está más distribuida que en otros tipos. El conjunto de engranajes helicoidales dobles también se puede llamar engranaje de espiga y consta de dos conjuntos de dientes en ángulos opuestos. Un solo conjunto de dientes helicoidales producirá un empuje paralelo al eje del engranaje (conocido como empuje axial) debido a la naturaleza angular de los dientes. Al agregar un segundo conjunto opuesto al primero, el empuje axial creado por ambos conjuntos se cancela entre sí. [3]
Al instalar engranajes reductores en los barcos, la alineación de los mismos es fundamental. Una alineación correcta ayuda a garantizar una distribución uniforme de la carga sobre cada piñón y engranaje. Cuando se fabrican, los engranajes se ensamblan de tal manera que se obtenga una distribución uniforme de la carga y un contacto entre los dientes. Una vez finalizada la construcción y la entrega al astillero, es necesario que estos engranajes logren una alineación adecuada cuando se operen por primera vez bajo carga. Algunos constructores navales harán que los engranajes se transporten e instalen como un conjunto completo. Otros harán que los engranajes se desmonten, se envíen, se vuelvan a ensamblar en sus talleres y se bajen como un conjunto completo al barco. Mientras que, finalmente, otros harán que los engranajes se desmonten, se envíen y se vuelvan a ensamblar en el barco. Estos tres métodos son los más comunes que utilizan los constructores navales para lograr una alineación adecuada y cada uno de ellos funciona en base a la suposición de que la alineación adecuada se logró correctamente en el fabricante. [2]
Debido a la participación en el proceso de alineación de los reductores, existen dos fuentes principales de responsabilidad para lograr una alineación adecuada: la del constructor naval y la del fabricante de los engranajes. El constructor naval debe proporcionar una base que sea lo suficientemente fuerte y rígida para que la superficie de montaje de los engranajes no se deforme demasiado en condiciones de funcionamiento, un plano de alineación de ejes que detalle las posiciones de los cojinetes de la línea y el método para alinear la pieza delantera del eje de la línea con el acoplamiento del reductor y la ubicación del tubo de bocina de manera que el desgaste normal del tubo de bocina no induzca un movimiento significativo del acoplamiento del reductor con respecto a su alineación adecuada.
El fabricante de engranajes es entonces responsable de asegurar la alineación básica de los mismos, de modo que las medidas del ensamblaje final se tomen cuidadosamente y se registren para que el mecanismo de reducción se instale correctamente, el contacto adecuado de los dientes en la fábrica, donde el fabricante ensambla con precisión y exactitud los engranajes y piñones, y denota todos los pasos realizados, haciendo mediciones de las piezas en los diferentes pasos y el ensamblaje final y luego enviando estos datos al constructor naval para que pueda asegurar el grado de precisión requerido por el diseñador de engranajes en el ensamblaje a bordo resultante. [2]
Los cojinetes de empuje no suelen aparecer en los reductores de los barcos porque la carga axial la gestiona un cojinete de empuje separado del conjunto del reductor. Pero en reductores más pequeños acoplados a maquinaria auxiliar o si el diseño del barco lo exige, se pueden encontrar cojinetes de empuje como parte del conjunto. [4]
Para garantizar el buen funcionamiento y la larga vida útil de un reductor, es fundamental contar con aceite lubricante . Un reductor que funciona con aceite libre de impurezas como agua, suciedad, arenilla y escamas de metal requiere poco cuidado en comparación con otro tipo de maquinaria de la sala de máquinas. Para garantizar que el aceite lubricante de los engranajes reductores se mantenga así, se instalará un purificador de aceite lubricante junto con el reductor. [4]