La relación de transmisión determina cómo se reduce la velocidad del motor y cómo se aumenta el par. Una relación de transmisión adecuada ayuda al sistema de transmisión a alcanzar una velocidad estable, un par suficiente, un movimiento suave y una vida útil fiable.
Un motor de engranajes planetarios bien adaptado puede mejorar el rendimiento del equipo, reducir la pérdida de energía, prolongar la vida útil y contribuir a un funcionamiento más estable de la máquina.
¿Qué es la relación de transmisión en un motor de engranajes planetarios?
La relación de transmisión describe la relación de reducción de velocidad entre la entrada del motor y la salida de la caja de engranajes.
En términos básicos, representa el número de revoluciones del motor necesarias para una revolución del eje de salida.
Por ejemplo:
Una relación de transmisión de 10:1 significa que el motor gira 10 veces para impulsar el eje de salida a través de una rotación completa.
Fórmula básica
| Elemento | Fórmula | Significado |
| Velocidad de salida | Velocidad del motor ÷ Relación de transmisión | Determina la velocidad de trabajo final |
| Par de salida | Par del motor × Relación de transmisión × Eficiencia | Determina la capacidad de transmisión de carga |
| Relación de transmisión | Velocidad del motor ÷ Velocidad de salida | Indica el nivel de reducción |
Con un motor de 3000 rpm y una caja de engranajes de 30:1, la velocidad de salida teórica se calcula de la siguiente manera.
3000 ÷ 30 = 100 rpm
En aplicaciones reales, el par de salida también debe tener en cuenta la eficiencia de la caja de engranajes, las condiciones de carga, el ciclo de trabajo y las pérdidas mecánicas.
Cómo funciona la relación de transmisión de un engranaje planetario
La potencia del motor impulsa el engranaje solar, mientras que los engranajes planetarios transmiten la rotación al portador. La corona dentada rodea a los engranajes planetarios y permite una transmisión de par compacta.
Los múltiples engranajes planetarios distribuyen la carga de manera uniforme, lo que permite a las cajas de engranajes planetarios ofrecer un par elevado en un tamaño compacto para aplicaciones de alta fuerza con espacio limitado.
La relación de transmisión depende del número de dientes del engranaje solar y de la corona dentada, además del número de etapas de reducción.
Por qué es importante la relación de transmisión en los motores de engranajes planetarios
La relación de transmisión afecta al par, la velocidad y el rendimiento. Modifica el funcionamiento de todo el sistema de transmisión.
Una relación de transmisión más alta suele significar:
- Menor velocidad de salida
- Mayor par de salida
- Mejor capacidad de transmisión de carga
- Una respuesta de aceleración más lenta
- Mayor acumulación potencial de holgura
- Más etapas de la caja de cambios en algunos diseños
Una relación de transmisión más baja suele significar:
- Mayor velocidad de salida
- Menor par de salida
- Respuesta más rápida
- Mayor eficiencia en muchos casos
- Menor capacidad de reducción
Elegir una relación incorrecta puede provocar un rendimiento deficiente, incluso si el motor en sí parece lo suficientemente potente.
Relación de transmisión frente a velocidad
El efecto más directo de la relación de transmisión es la reducción de la velocidad de salida.
Si la velocidad del motor se mantiene igual, una relación de transmisión más alta produce una velocidad de salida más baja.
| Velocidad del motor | Relación de transmisión | Velocidad de salida aprox. | Uso adecuado |
| 3000 rpm | 5:1 | 600 rpm | Movimiento rápido, carga ligera |
| 3000 rpm | 10:1 | 300 rpm | Automatización general |
| 3000 rpm | 30:1 | 100 rpm | Velocidad media, par más alto |
| 3000 rpm | 50:1 | 60 rpm | Carga pesada, movimiento más lento |
| 3000 rpm | 100:1 | 30 rpm | Par elevado, salida a baja velocidad |
Para aplicaciones de alta velocidad, como pequeños accionamientos de cintas transportadoras o actuadores de servicio ligero, puede bastar con una relación más baja.
Para movimientos lentos y potentes, como elevación, indexación, sujeción o posicionamiento rotativo, suele requerirse una relación más alta.
Relación de transmisión frente al par
La relación de transmisión también aumenta el par de salida.
Cuando la relación aumenta, la caja de engranajes multiplica el par del motor. Esto permite que un motor más pequeño impulse una carga más pesada.
Un motor de 1 Nm con una caja de engranajes de 20:1 y una eficiencia del 90 % produce:
Par de salida = 1 × 20 × 0,9 = 18 Nm
Una relación más alta no siempre es la mejor opción para todas las aplicaciones. Las relaciones muy altas pueden reducir la eficiencia, aumentar el tamaño de la caja de engranajes, aumentar el juego y limitar la velocidad de salida.
La relación correcta debe equilibrar el par, la velocidad, la precisión, la eficiencia y el coste.
Rangos habituales de relaciones de transmisión en los motores de engranajes planetarios
Los motores de engranajes planetarios ofrecen múltiples opciones de relación de reducción. Las relaciones habituales incluyen 3:1, 5:1, 10:1, 20:1, 30:1, 50:1, 100:1 y superiores.
Las diferentes aplicaciones requieren diferentes rangos de relación.
| Rango de relaciones de transmisión | Característica principal | Aplicaciones habituales |
| 3:1–10:1 | Mayor velocidad, par moderado | Automatización ligera, transportadores pequeños, accionamientos rotativos |
| 10:1–30:1 | Velocidad y par equilibrados | Máquinas de envasado, equipos inteligentes, dispositivos médicos |
| 30:1–100:1 | Mayor par, menor velocidad | Sistemas de elevación, mesas indexadoras, actuadores de alta resistencia |
| 100:1+ | Velocidad muy baja, par elevado | Maquinaria especial, posicionamiento lento, sistemas de carga pesada |
En la mayoría de las aplicaciones industriales, se suelen utilizar relaciones de transmisión entre 10:1 y 50:1, ya que ofrecen un equilibrio práctico entre la velocidad de salida y el par.
Reductores planetarios de una etapa frente a los de varias etapas
Los reductores planetarios pueden fabricarse con una o varias etapas de engranajes.
Un reductor planetario de una sola etapa suele ofrecer una relación de transmisión más baja y una mayor eficiencia. Un reductor planetario de varias etapas combina varias etapas de reducción para lograr una relación total más alta.
Por ejemplo:
Una primera etapa de 5:1 y una segunda etapa de 4:1 producen una relación total de:
5 × 4 = 20:1
Los diseños multietapa son útiles cuando se necesita un par elevado y una velocidad baja, pero también pueden aumentar la longitud del reductor, el coste y las pérdidas mecánicas.
Cómo elegir la relación de transmisión adecuada
La elección de la relación de transmisión adecuada para un motorreductor planetario debe partir de los requisitos reales de la aplicación, y no solo del catálogo del motor.
Defina la velocidad de salida, la carga de par, el ciclo de trabajo, las limitaciones de espacio, las necesidades de precisión y las condiciones de funcionamiento antes de realizar la selección.
Defina la velocidad de salida requerida
Comience por identificar la velocidad final que necesita su equipo.
Por ejemplo:
- Velocidad del rodillo transportador
- Velocidad de la mesa giratoria
- Velocidad de movimiento del actuador
- Velocidad de ciclo de la máquina de envasado
- Velocidad de rotación de las articulaciones del robot
Una vez conocida la velocidad de salida requerida, se puede calcular la relación de transmisión aproximada.
Relación de transmisión = Velocidad nominal del motor ÷ Velocidad de salida requerida
Ejemplo: motor de 3000 rpm, se necesita una salida de 150 rpm.
3000 ÷ 150 = 20
Una caja de cambios de 20:1 puede ser adecuada como punto de partida.
Calcular el par de salida requerido
Después de la velocidad, el par es el siguiente factor clave.
La caja de engranajes debe proporcionar un par estable para un movimiento seguro de la carga. La demanda de par depende del peso de la carga, la fricción, la aceleración, el ángulo de trabajo y la resistencia externa.
Para el diseño de equipos B2B, se recomienda incluir un factor de seguridad. Si el par de carga calculado es de 10 Nm, elegir un reductor que pueda soportar entre 15 y 20 Nm puede proporcionar una mayor fiabilidad.
Sin embargo, el reductor seleccionado no debe superar su par de salida nominal, su par máximo ni su capacidad de carga radial.
Tenga en cuenta la eficiencia de la caja de cambios
Los reductores planetarios son generalmente eficientes, pero la eficiencia disminuye ligeramente al añadir más etapas.
Un reductor de una sola etapa puede tener una mayor eficiencia que uno de varias etapas. Si el consumo de energía, la generación de calor o la duración de la batería son factores importantes, se debe comprobar cuidadosamente la eficiencia del reductor.
Esto es especialmente importante para:
- Equipos alimentados por batería
- Dispositivos médicos
- Sistemas de mobiliario inteligente
- Robots móviles
- Módulos de automatización compactos
Comprueba los requisitos de holgura
El juego es la holgura en los engranajes que afecta a la precisión y la estabilidad. Para una simple reducción de velocidad o el accionamiento de cargas, el juego estándar puede ser aceptable.
Para aplicaciones de precisión, es preferible utilizar un reductor planetario de bajo juego.
Entre las aplicaciones típicas que requieren un juego menor se incluyen:
- Sistemas de servomotores
- Articulaciones de robots
- Ejes auxiliares CNC
- Equipos de inspección automatizados
- Mesas giratorias de precisión
Una relación de transmisión más alta con múltiples etapas puede aumentar el juego total, por lo que la relación debe seleccionarse teniendo en cuenta los requisitos de precisión.
Adapta la relación de transmisión al tipo de motor
Los reductores planetarios pueden combinarse con diferentes tipos de motores, incluidos motores de CC, motores de CC sin escobillas, motores paso a paso y servomotores.
Los diferentes motores tienen características de velocidad y par distintas.
Por ejemplo:
Un motor de CC sin escobillas puede funcionar a mayor velocidad y beneficiarse de una relación de reducción más alta para producir un par de salida estable.
Un motor paso a paso puede necesitar un reductor para aumentar el par y mejorar la retención de la carga, pero una relación demasiado alta puede reducir la velocidad de respuesta.
Un servomotor suele requerir un reductor planetario para la multiplicación del par, la adaptación de la inercia y el posicionamiento preciso.
Tenga en cuenta el tipo de carga y el ciclo de trabajo
Una misma relación de transmisión puede comportarse de forma diferente en distintas condiciones de carga.
Una aplicación intermitente de servicio ligero puede utilizar un reductor más pequeño. Una aplicación continua con carga pesada requiere una mayor capacidad de par, una mejor disipación del calor y un diseño de engranajes más duradero.
Debe tener en cuenta:
- Funcionamiento continuo o intermitente
- Ciclos frecuentes de arranque y parada
- Carga de choque o carga suave
- Movimiento horizontal o vertical
- Vida útil requerida
- Temperatura de trabajo y entorno
Para aplicaciones de elevación o carga vertical, suele ser necesario un mayor margen de seguridad.
Errores comunes en la selección
Muchos problemas de los motorreductores se deben a una selección incorrecta de la relación de transmisión.
Selección basada únicamente en el par
Algunos compradores se centran únicamente en el par y eligen una relación muy alta. Esto puede reducir demasiado la velocidad de salida y afectar a la eficiencia de la máquina.
Ignorar la pérdida de eficiencia
Las relaciones de transmisión más altas suelen requerir diseños de cajas de engranajes de varias etapas. Un mayor número de etapas puede aumentar la fricción y el calor, especialmente en los motorreductores compactos.
Ignorar el juego
Para aplicaciones de posicionamiento, el par motor no es suficiente. También hay que tener en cuenta el juego.
Elección de una caja de engranajes sobredimensionada
Una caja de cambios más grande puede aumentar el coste, el peso y la dificultad de instalación. El modelo óptimo es aquel que se adapta a su aplicación.
Ignorar las condiciones de trabajo reales
Los datos del catálogo suelen basarse en condiciones de prueba estándar. Las aplicaciones reales pueden implicar polvo, vibraciones, cargas de impacto, altas temperaturas o largas jornadas de trabajo.
Guía de selección de la relación de transmisión según la aplicación
| Aplicación | Rango de relaciones recomendado | Aspectos clave para la selección |
| Accionamiento de transportador | 5:1–30:1 | Estabilidad de velocidad, par, funcionamiento continuo |
| Articulación robótica | 20:1–100:1 | Densidad de par, holgura, precisión |
| Máquina de envasado | 10:1–50:1 | Velocidad de ciclo, fiabilidad, tamaño compacto |
| Equipos médicos | 10:1–60:1 | Bajo nivel de ruido, movimiento suave, seguridad |
| Mobiliario inteligente | 20:1–100:1 | Funcionamiento silencioso, capacidad de carga, diseño compacto |
| Mesa giratoria | 30:1–100:1 | Precisión de posicionamiento, par de salida |
| Sistema de actuador lineal | 20:1–100:1 | Fuerza de elevación, diseño autoblocante, durabilidad |
Estos rangos son solo referencias generales. La selección final debe basarse en un cálculo detallado del par, los requisitos de velocidad y las especificaciones de la caja de engranajes.
Elección de una relación de transmisión
Supongamos que un dispositivo de automatización utiliza un motor con una velocidad nominal de 3000 rpm. La velocidad de salida deseada es de 100 rpm.
La relación se puede calcular de la siguiente manera:
3000 ÷ 100 = 30
Por lo tanto, se puede considerar un reductor planetario de 30:1.
A continuación, supongamos que el par de salida requerido es de 12 Nm. Si el rendimiento del reductor es del 90 %, el par del motor requerido es:
12 ÷ 30 ÷ 0,9 = 0,44 Nm
En este caso, el motor debería proporcionar un par nominal de al menos 0,44 Nm, y el reductor debería soportar un par de salida de al menos 12 Nm. También se debe añadir un factor de seguridad en función del ciclo de trabajo y del tipo de carga.
Si la aplicación presenta movimientos frecuentes de arranque y parada, cargas de choque o elevación vertical, puede ser necesario un margen de par mayor.
