Una rueda loca es una rueda que sirve únicamente para transmitir la rotación de un eje a otro, en aplicaciones en las que no es conveniente conectarlos directamente. Por ejemplo, conectar un motor al plato de un fonógrafo o el tren de engranajes del cigüeñal al árbol de levas de un automóvil.
Como no realiza ningún trabajo por sí mismo, se le llama "motor loco".
Una rueda loca puede utilizarse como parte de un mecanismo de transmisión por fricción . Por ejemplo, para conectar un eje de motor de metal a un plato de metal sin que se produzcan ruidos de engranaje, los primeros fonógrafos utilizaban una rueda loca de goma.
Del mismo modo, el rodillo de arrastre en un transportador de cinta magnética es un tipo de rueda loca, que presiona contra el cabrestante accionado para aumentar la fricción.
En un sistema de transmisión por correa , a menudo se utilizan poleas tensoras para alterar la trayectoria de la correa, cuando una trayectoria directa sería poco práctica.
Las poleas tensoras también se utilizan a menudo para presionar contra la parte posterior de una polea con el fin de aumentar el ángulo de envoltura (y, por lo tanto, el área de contacto) de una correa contra las poleas de trabajo, aumentando la capacidad de transferencia de fuerza.
Los sistemas de transmisión por correa incorporan habitualmente una polea móvil accionada por resorte o por gravedad que actúa como tensor de la correa para adaptarse al estiramiento de la misma debido a la temperatura o al desgaste. Normalmente se utiliza una rueda tensora para este fin, a fin de evitar tener que mover los ejes de transferencia de potencia.
Un engranaje loco es una rueda dentada que se inserta entre dos o más ruedas dentadas. El propósito de un engranaje loco puede ser doble. En primer lugar, el engranaje loco cambiará la dirección de rotación del eje de salida. En segundo lugar, un engranaje loco puede ayudar a reducir el tamaño de los engranajes de entrada/salida mientras mantiene el espaciado de los ejes.
Un engranaje intermedio no afecta la relación de transmisión entre los ejes de entrada y salida. Nótese que en una secuencia de engranajes encadenados, la relación depende únicamente de la cantidad de dientes del primer y último engranaje. Los engranajes intermedios, independientemente de su tamaño, no alteran la relación de transmisión general de la cadena, excepto para cambiar la dirección de rotación del engranaje final. (Es decir, cada engranaje intermedio cambia el signo de la relación de transmisión).
De la misma manera, el tamaño de una rueda loca en un sistema de transmisión por fricción sin engranajes no afecta la relación de transmisión entre los ejes de entrada y salida. La velocidad superficial del eje de entrada se transfiere directamente a la velocidad superficial de la rueda loca, y luego de la rueda loca al eje de salida. Una rueda loca más grande o más pequeña mantiene la misma velocidad superficial (que es igual a la velocidad superficial del eje de entrada), por lo tanto, el eje de salida se impulsa a una velocidad constante independientemente del tamaño de la rueda loca (a menos que, por supuesto, haya deslizamiento, lo que no debería ocurrir en la mayoría de los sistemas de transmisión por fricción cuando funcionan correctamente; sin embargo, hay casos en los que una rueda loca puede funcionar como embrague, o si hay una carga repentina o inusualmente pesada en el sistema. Estas situaciones pueden hacer que la relación de rotaciones entre las ruedas varíe, a diferencia de un sistema de engranajes, que siempre girará a una cierta velocidad a menos que algo esté muy mal y los engranajes comiencen a saltar dientes o se rompan los dientes).
Un engranaje intermedio que no impulsa un eje para realizar ningún trabajo se llama engranaje loco. A veces, se utiliza un solo engranaje loco para invertir la dirección, en cuyo caso puede denominarse engranaje loco de marcha atrás. Por ejemplo, la transmisión manual típica de un automóvil activa la marcha atrás mediante la inserción de un engranaje loco de marcha atrás entre dos engranajes. Dado que un engranaje impulsado (engranaje "A") que gira en el sentido de las agujas del reloj impulsará un segundo engranaje ("B") en el sentido contrario a las agujas del reloj, agregar un tercer engranaje a la cadena significa que el engranaje "C" girará en la misma dirección que "A". Una transmisión típica está diseñada con engranajes "A" y "B", por lo que cuando el motor gira, el eje de salida gira en la dirección opuesta , lo que impulsa el vehículo hacia adelante . Una configuración de engranaje loco recto en realidad suele ser un engranaje "A" y uno "C", que no están en contacto entre sí hasta que se mueve un engranaje "B" entre ellos. Dado que la transmisión está diseñada para mover el automóvil hacia adelante cuando el eje de salida gira en la dirección opuesta al eje de entrada, cuando se agrega al engranaje loco "B", obliga al engranaje "C" a girar en la misma dirección que el engranaje "A", y así los ejes de entrada y salida giran en la misma dirección, lo que impulsa el automóvil en reversa.
Otro escenario es una serie de rodillos, como los que se usan para prensar papel. Cada rodillo tiene que recibir energía, pero agregar un motor a cada uno es un desperdicio (y puede ser difícil sincronizar la velocidad de rotación con sistemas de transmisión independientes). Se podría simplemente agregar un engranaje en el extremo del eje de cada rodillo, pero eso significa que cada rodillo estaría girando en la dirección opuesta al anterior (y, por lo tanto, se frotarían entre sí al girar). Simplemente agregando un pequeño engranaje intermedio entre cada engranaje más grande, el resultado es una serie de rodillos, todos impulsados en la misma dirección.
Los engranajes locos también pueden transmitir rotación entre ejes distantes en situaciones en las que sería poco práctico simplemente hacer que los engranajes distantes sean más grandes para unirlos. No solo los engranajes más grandes ocupan más espacio, sino que la masa y la inercia rotacional ( momento de inercia ) de un engranaje es cuadrática en proporción a su radio . Por supuesto, en lugar de engranajes locos, se puede utilizar una correa dentada o una cadena de rodillos para transmitir el par a lo largo de la distancia. Para distancias cortas, se puede utilizar un tren de ruedas locas; el hecho de que se utilice un número par o impar determina si el engranaje de salida final gira en la misma dirección que el engranaje de entrada o no. Para distancias más largas, una cadena de rodillos o correa es más silenciosa y crea menos fricción, aunque los engranajes suelen ser más fuertes, dependiendo de la resistencia de la cadena de rodillos. Un caso en el que se podrían utilizar numerosos engranajes locos es el descrito anteriormente, donde hay varios engranajes de salida que deben accionarse simultáneamente.
Ruedas tensoras de orugas Caterpillar
Un vehículo de orugas utiliza una combinación de ruedas y rodillos, que incluyen ruedas dentadas de transmisión , ruedas locas , rodillos de retorno de la oruga y ruedas de carretera . Es bastante similar en concepto a una cinta transportadora , solo que en lugar de una máquina que transporta objetos sobre una cinta continua accionada, es una máquina que se mueve sobre una cinta continua. En una aplicación típica, la potencia se transmite a una rueda dentada de transmisión (o rueda motriz), que impulsa la oruga alrededor de su bucle. En el extremo opuesto del vehículo, hay una rueda loca , que proporciona una especie de rueda de polea . En algunas aplicaciones, la rueda dentada de transmisión y la rueda loca soportan parte del peso del vehículo; para los fines de esta descripción, asumiremos que la rueda dentada de transmisión y la rueda loca no son unidades que soportan peso, y la rueda dentada de transmisión está en la parte delantera. Dado que la rueda dentada motriz puede estar en la parte delantera (muchos tanques de la Segunda Guerra Mundial, como el M4 Sherman ) o en la parte trasera (la mayoría de los tanques modernos, como el T-90 ) del vehículo, dependiendo del diseño, la rueda loca lleva la oruga hacia atrás desde el suelo y la devuelve a la rueda dentada motriz (rueda loca trasera), o recibe la oruga de la rueda dentada motriz y la coloca delante de las ruedas de la carretera (rueda loca delantera). La rueda loca no está propulsada, al igual que un engranaje loco. Aunque técnicamente invierte la dirección de las orugas (pero no su rotación ), esto no tiene nada que ver con el término "loca"; no está relacionado con un engranaje loco más allá de que ambos están "inactivos", o no realizan ningún trabajo, solo transmiten potencia ("inactivo" es un término para algo o alguien que no está trabajando). Las ruedas de carretera son una serie de ruedas sin motor situadas entre la rueda dentada motriz y la rueda guía, que sirven para soportar el peso del vehículo (y, por lo tanto, no se consideran "inactivas", aunque no tengan motor). En aplicaciones de mayor velocidad, como tanques y otros vehículos blindados, estas ruedas de carretera suelen tener algún tipo de sistema de suspensión para facilitar el andar, aumentar la capacidad de control y reducir el desgaste.
Debido a las complicaciones que supone añadir sistemas de suspensión a la rueda guía y, en particular, a la rueda dentada motriz, en estos vehículos las ruedas de carretera suelen soportar todo el peso del vehículo. En aplicaciones de baja velocidad, como las excavadoras, estas ruedas de carretera carecen de cualquier tipo de sistema de suspensión, ya que las bajas velocidades no exigen amortiguación. Esto también permite que las ruedas guía y motrices soporten parte del peso, ya que su falta de suspensión se vuelve irrelevante. Los rodillos de retorno de la oruga pueden o no utilizarse, y son simplemente pequeños rodillos que soportan el peso de la oruga a medida que se transfiere de la parte trasera a la delantera para volver a colocarse. La oruga simplemente proporciona un "camino" sólido sobre el que las ruedas de carretera pueden rodar por todas las superficies: las ruedas de carretera hacen rodar el vehículo a lo largo del "camino" creado por ellas mismas, mientras que la rueda dentada motriz fuerza al vehículo hacia adelante a lo largo de la oruga y establece una oruga "nueva". La rueda guía recoge la oruga "usada" y la devuelve a la rueda dentada motriz en la parte delantera. Por eso, uno de los primeros términos que se utilizaban para designar a los vehículos con orugas era "máquina para colocar orugas" (que no debe confundirse con los equipos para colocar vías de ferrocarril ). Para transportar vehículos sobre terrenos fangosos, a menudo era necesario colocar tablones o troncos a lo largo de las vías (véase camino de pana , camino de tablones ). A finales del siglo XIX, los inventores descubrieron una forma de fabricar una máquina rodante que colocara su propio camino de tablones por donde pasara, lo que eliminaba la necesidad de que los agricultores colocaran troncos para atravesar zonas fangosas. Más tarde se descubrieron otros beneficios.
Tenga en cuenta que hay algunos transportes de orugas sin motor (es decir, remolques que ruedan sobre orugas en lugar de ruedas), que tienen dos ruedas locas en lugar de una rueda dentada motriz. También hay ciertas piezas de equipo, como la excavadora Caterpillar D9 (y muchas otras excavadoras de la marca Caterpillar), Tucker Sno-cat y kits de conversión de orugas de caucho Mattracks , que configuran sus orugas en forma de triángulo o pirámide (cuando se ve de lado), con la rueda dentada motriz en la punta de la pirámide. En esta configuración, hay dos ruedas locas/de carretera y una rueda dentada motriz (así como una serie de ruedas de carretera pequeñas que soportan la carga). En casos muy raros, el vehículo carece de una rueda loca en absoluto; en las regiones del norte, una forma de obtener mejor tracción en la nieve profunda era tomar un simple camión de tres ejes e instalar una simple oruga continua alrededor de las ruedas traseras, formando así un sistema básico de semioruga que presentaba dos ruedas motrices y ninguna rueda loca o de carretera. Sin embargo, esto casi nunca se ve en vehículos de orugas reales, ya que la segunda rueda motriz es redundante.