En este artículo vamos a aprender sobre los engranajes planetarios y cómo funcionan, así como explicar cómo diseñar nuestra propia caja de cambios planetaria e imprimir en 3D para comprender mejor su funcionamiento. Los engranajes planetarios son sistemas de engranajes únicos que proporcionan un alto torque y alta eficiencia en un diseño compacto. Son ampliamente utilizados en aplicaciones industriales, maquinaria agrícola, turbinas eólicas, robots, transmisiones automáticas y más.
Componentes de un engranaje planetario
Un engranaje planetario está compuesto por cuatro componentes principales:
- Sol: es el engranaje central que actúa como entrada y realiza el accionamiento del motor.
- Satélites: son los engranajes que orbitan alrededor del engranaje central y se conocen como engranajes planetarios.
- Anillo: es el engranaje interno que determina la órbita de los engranajes planetarios.
- Portador: es el componente que conecta los engranajes planetarios y transfiere su movimiento orbital en un eje central de salida.
Funcionamiento de un engranaje planetario
En un engranaje planetario, si rotamos el sol mientras se mantiene fijo el anillo, el portador girará a una velocidad reducida. Por ejemplo, si el sol gira 5 veces, el portador girará 5 veces más lento, lo que crea una relación de 5 a 1. También podemos hacerlo al revés y usar el portador como entrada, y en ese caso el sol girará 5 veces más rápido.
La belleza de los engranajes planetarios radica en su capacidad para producir diferentes relaciones de transmisión dependiendo de qué componente se mantenga fijo y cuál es la entrada. Por ejemplo, si mantenemos fijo el portador y usamos el sol como entrada, la relación de salida será diferente en comparación con el caso anterior, donde será 4 veces más lento en dirección inversa (-4:1). También podemos mantener fijo el sol y usar el anillo como entrada, en ese caso el portador será la salida y girará 1.25 veces más lento que la entrada (5:4).
Esta característica única de los engranajes planetarios para producir diferentes salidas con la misma configuración se utiliza en transmisiones automáticas para lograr diferentes velocidades. Varios engranajes planetarios se conectan en serie y con la ayuda de embragues que controlan qué componente se mantendrá fijo, podemos lograr diferentes velocidades de salida.
Cálculo de las relaciones de transmisión
La relación de transmisión de un engranaje planetario depende del número de dientes de los engranajes. Aquí están las fórmulas para calcular las relaciones de transmisión de un engranaje planetario dependiendo de qué engranaje sea la entrada y qué engranaje se mantenga fijo:
- La relación de transmisión más alta se logra cuando el sol es la entrada y el anillo se mantiene fijo, y es igual a 1 más el número de dientes del anillo dividido por el número de dientes del sol.
Diseño y pruebas
En el artículo de hoy, vamos a diseñar e imprimir en 3D una caja de cambios planetaria con una relación de reducción de 16 a 1. Utilizaremos el software Onshape para el diseño y los modelos 3D y los archivos STL estarán disponibles para su descarga en el artículo. Además, realizaremos pruebas de torque y holgura para evaluar el rendimiento de la caja de cambios.
Recuerda que es importante tener en cuenta el ajuste del tamaño de las partes al imprimir en 3D para obtener dimensiones precisas y realizar pruebas para determinar los mejores valores de ajuste en tu impresora. Finalmente, ensamblaremos todas las partes e instalaremos un motor paso a paso para completar la caja de cambios planetaria.
Espero que este artículo te haya dado una comprensión clara de los engranajes planetarios y cómo diseñar e imprimir en 3D una caja de cambios planetaria.
