Al seleccionar motorreductores para aplicaciones específicas, los ingenieros suelen tener que elegir entre diferentes configuraciones de engranajes, cada una con distintas ventajas y desventajas. Dos de los tipos de motorreductores más comunes son el motorreductor helicoidal de tornillo sin fin y el motor paso a paso de tornillo sin fin. Si bien ambos cumplen funciones similares (convertir energía eléctrica en movimiento mecánico), difieren significativamente en diseño, rendimiento e idoneidad para cada aplicación.

En este artículo, ofreceremos una comparación exhaustiva entre los motorreductores helicoidales de tornillo sin fin y los motores paso a paso de tornillo sin fin, analizando sus principios de funcionamiento, ventajas, desventajas y casos de uso ideales.

1. Conceptos básicos

Motorreductor helicoidal de tornillo sin fin

Los conceptos de engranajes helicoidales y engranajes sin fin se combinan en un motorreductor helicoidal de tornillo sin fin. En este sistema, el motor se acopla a un engranaje sin fin cuyos dientes están dispuestos en ángulo (generalmente 45 grados) y engranan con los engranajes helicoidales. Los engranajes helicoidales, a diferencia de los engranajes de corte recto, ofrecen un funcionamiento más suave y silencioso gracias a su diseño, que permite un engrane más gradual entre los dientes. Los engranajes sinfín son ideales para aplicaciones que requieren reducir la velocidad y aumentar el par, ya que incorporan una alta relación de reducción en un diseño compacto.

Las características clave de un motorreductor helicoidal incluyen:

• Funcionamiento suave: Los engranajes helicoidales proporcionan un engrane más suave y reducen el ruido.
• Alto par: El engranaje sinfín es ideal para aplicaciones de alto par, ya que ofrece un considerable multiplicador de par.
• Diseño compacto: La combinación de engranajes helicoidales y sinfín permite un espacio reducido, a pesar de ofrecer altas relaciones de reducción.

Motor paso a paso sinfín

Por otro lado, un motor paso a paso con engranaje sinfín combina el diseño mecánico de un engranaje sinfín con el de un motor paso a paso. Los motores paso a paso proporcionan un control preciso de la posición y la velocidad, ya que están diseñados para girar en incrementos definidos. El motor paso a paso puede generar un gran par a bajas velocidades al combinarse con un engranaje sinfín, lo que lo hace perfecto para aplicaciones como robótica, máquinas CNC y sistemas automatizados donde el control de posición y la precisión son esenciales.

Las características clave de un motor paso a paso con engranaje sinfín incluyen:

• Control preciso: Dado que los motores paso a paso se mueven en pasos definidos, es posible una colocación extremadamente precisa.
• Alto par a bajas velocidades: El engranaje sinfín proporciona un alto par y, al combinarse con un motor paso a paso, permite un control preciso de los movimientos.
• Bajo juego: El engranaje sinfín suele proporcionar una mayor capacidad de carga axial y puede minimizar el juego, lo cual es esencial en algunas aplicaciones que requieren alta precisión.

Principio de funcionamiento

Motorreductor helicoidal sinfín

El principio de funcionamiento de un motor con engranaje sinfín helicoidal consiste en que el eje del motor gira el engranaje sinfín, que a su vez acciona los engranajes helicoidales. Los dientes helicoidales engranan de forma más gradual en comparación con los engranajes de corte recto, lo que reduce las vibraciones y el ruido. El motor puede generar más par a bajas velocidades gracias a la alta relación de reducción garantizada por el ángulo de engrane especial del engranaje sinfín.

• El engranaje helicoidal sirve para transmitir movimiento y par entre ejes paralelos, reduciendo la carga y ofreciendo un funcionamiento más silencioso en comparación con otros tipos de engranajes.
• El engranaje sinfín, gracias a su autobloqueo, ofrece una ventaja mecánica al multiplicar el par y garantizar que el motor permanezca estacionario cuando no recibe alimentación.

Esta combinación de engranajes helicoidales y sinfín permite al motor alcanzar un par elevado manteniendo un diseño relativamente compacto, lo que lo hace adecuado para aplicaciones que requieren movimiento a baja velocidad y alto par.

Motor paso a paso sinfín

Engranaje sinfín. Con la incorporación del engranaje sinfín, un motor paso a paso funciona de forma similar a un motor paso a paso convencional. Un motor paso a paso divide una rotación completa en pasos discretos, normalmente entre 200 y 400 pasos por revolución, según el tipo de motor. La rotación se puede controlar con precisión, ya que cada paso corresponde a un ángulo de movimiento determinado.

• El motor paso a paso funciona energizando bobinas secuencialmente, lo que provoca que el rotor se mueva en pasos definidos.
• El engranaje helicoidal multiplica el par y mejora la capacidad del motor paso a paso para funcionar en aplicaciones de alto par y baja velocidad.

La principal ventaja del motor paso a paso con engranaje helicoidal es su capacidad para mantener un posicionamiento preciso incluso bajo carga, ya que el engranaje autoblocante evita el juego y garantiza que el motor no pierda su posición.

Ventajas y desventajas

Ventajas de los motores con engranajes helicoidales

• Funcionamiento suave:

El diseño de engranajes helicoidales ofrece un funcionamiento más silencioso y suave en comparación con los engranajes de corte recto, lo que lo hace ideal para entornos donde la reducción de ruido es una prioridad.

• Alta capacidad de par:

El diseño de engranaje sinfín permite una multiplicación significativa del par, lo que hace que el motor sea adecuado para aplicaciones que requieren un alto par de salida, como sistemas de transporte, equipos de elevación y mecanismos automotrices.

• Compactitud:

La combinación de engranajes helicoidales y sinfín permite que el motor alcance una alta relación de reducción sin aumentar su tamaño, lo cual es esencial para aplicaciones con espacio limitado.

• Durabilidad:

La capacidad de autobloqueo del engranaje sinfín evita el retroceso, lo que añade una capa de protección al sistema y aumenta su durabilidad.

Desventajas de los motores con engranajes helicoidales sinfín

• Pérdida de eficiencia:

El engranaje sinfín puede generar mayores pérdidas por fricción, lo que reduce la eficiencia general del sistema del motor, especialmente en aplicaciones de alta velocidad.

• Control de velocidad limitado:

Si bien el motor proporciona un alto par a bajas velocidades, lograr un control preciso de la velocidad puede ser más difícil en comparación con otros sistemas de engranajes.

• Generación de calor:

Debido a la fricción y la alta relación de reducción, los motores de engranajes helicoidales de tornillo sin fin pueden generar un calor considerable durante su funcionamiento, lo que requiere sistemas de refrigeración para aplicaciones de alto rendimiento.

Ventajas de los motores paso a paso de engranajes helicoidales

• Control preciso:

La principal ventaja de los motores paso a paso de engranajes helicoidales es su capacidad para proporcionar un control de posición extremadamente preciso, donde cada paso representa un movimiento fijo y conocido.

• Mecanismo de autobloqueo:

La propiedad de autobloqueo del engranaje helicoidal evita que el motor se invierta, lo cual es crucial en aplicaciones donde es necesario mantener la posición bajo carga, como en robótica o maquinaria CNC.

• Alto par a bajas velocidades:

La combinación del engranaje helicoidal y el motor paso a paso proporciona un alto par incluso a bajas velocidades, lo que lo hace adecuado para aplicaciones que requieren un movimiento constante y controlado bajo carga.

• Fiabilidad:

Gracias a su diseño, los motores paso a paso con engranajes sinfín son altamente fiables en automatización industrial, robótica y otras aplicaciones de precisión.

Desventajas de los motores paso a paso con engranajes sinfín

• Menor eficiencia:

Al igual que los motores con engranajes sinfín helicoidales, los motores paso a paso con engranajes sinfín sufren pérdidas por fricción en el engranaje, lo que reduce su eficiencia general.

• Rango de velocidad limitado:

Los motores paso a paso no son adecuados para aplicaciones de alta velocidad, y su par disminuye a medida que aumenta la velocidad.

• Generación de calor:

Los motores paso a paso, al combinarse con engranajes sinfín, pueden generar un calor excesivo durante un funcionamiento prolongado a alto par, lo que requiere medidas de refrigeración adicionales.

• Complejidad de control:

Si bien ofrecen precisión, los motores paso a paso requieren sistemas de control complejos para su correcto funcionamiento, lo que puede aumentar el coste y la complejidad del sistema.

Elección del motorreductor adecuado

La elección entre un motor con engranaje sinfín helicoidal y un motor paso a paso con engranaje sinfín depende en gran medida de los requisitos específicos de la aplicación.

Precisión versus Fuerza

• Si la precisión en el posicionamiento es primordial, un motor paso a paso con engranaje helicoidal es la mejor opción gracias a su movimiento discreto por pasos y su capacidad de autobloqueo.
• Para aplicaciones que priorizan un alto par con precisión moderada (como sistemas de elevación), un motor con engranaje helicoidal puede ser más adecuado.

Requisitos de Velocidad

• Para aplicaciones de baja velocidad y alto par, ambos tipos de motores son adecuados, pero el motor con engranaje helicoidal podría ser más adecuado para operaciones continuas a bajas velocidades, gracias a su funcionamiento más suave.
• Si se necesita un control preciso de la velocidad por pasos, el motor paso a paso con engranaje helicoidal puede programarse para un control muy preciso, pero presenta dificultades a velocidades más altas.

Eficiencia

• En cuanto a eficiencia energética, el motor con engranaje helicoidal suele tener una ligera ventaja, ya que funciona con mayor eficiencia a velocidades más altas, aunque ambos tipos de motores pueden sufrir pérdidas por fricción a velocidades más bajas.
• Sin embargo, en términos de funcionamiento a largo plazo, el motor paso a paso con engranaje helicoidal podría requerir mayor consumo de energía para mantener un control preciso, especialmente bajo carga.

Restricciones de espacio

• Ambos motores son compactos y adecuados para aplicaciones con espacio limitado. Sin embargo, al combinar los engranajes helicoidales y sinfín, el motor con engranaje helicoidal suele ofrecer una opción más compacta.

Aplicaciones ideales para cada motor

Motores con engranaje helicoidal

• Sistemas transportadores: Se utilizan en industrias que requieren un alto par y una velocidad moderada para la manipulación de materiales.
• Sistemas automatizados: Ofrecen una solución compacta para el control de movimiento en equipos de automatización.
• Cuando se requiere un par elevado a bajas velocidades para aplicaciones de elevación, se emplean mecanismos de elevación.

Motores paso a paso con engranajes helicoidales

• Máquinas CNC: Proporcionan el control de posicionamiento preciso necesario para las operaciones de mecanizado.
• Robótica: Se utilizan en actuadores y brazos robóticos cuando la precisión del movimiento es esencial.
• Impresoras 3D: Controlan el movimiento de motores con alta precisión en sistemas de fabricación aditiva.

Conclusión

Tanto los motorreductores helicoidales con engranajes helicoidales como los motores paso a paso con engranajes helicoidales ofrecen ventajas únicas, y la elección entre ellos depende en gran medida de las necesidades específicas de su aplicación. Si prioriza un funcionamiento suave y un alto par a bajas velocidades, el motorreductor helicoidal es una excelente opción. Por otro lado, si requiere control preciso y la capacidad de mantener la posición bajo carga, un motor paso a paso con engranajes helicoidales probablemente será más adecuado. Comprender las diferencias clave entre estos dos tipos de motores garantiza que los ingenieros puedan seleccionar la solución óptima para sus proyectos, logrando el mejor rendimiento, fiabilidad y eficiencia.