¿Cuál es la relación de engranajes de un reductor cicloidal?

La relación de engranajes de un reductor cicloidal está determinada por el número de pines (P) en el anillo fijo y el número de lóbulos (L) en el disco cicloidal, calculado como (P−L)/L. Con la diferencia común de un solo lóbulo, un anillo de 10 pines y un disco de 9 lóbulos dan un 9:1 Reducción. Las unidades de una sola etapa suelen tener un rango de unas 5:Del 1 al 119:1, y los diseños de doble etapa alcanzan mucho más.

¿Qué es un reductor cicloidal?

Un reductor cicloidal es un tipo de caja de cambios que transmite potencia a través de un árbol excéntrico que acciona uno o dos discos lobados contra pines anillos fijos. A diferencia de los engranajes convencionales que se engranan diente con diente, El disco cicloidal gira internamente alrededor de los pasadores, produciendo altas proporciones de reducción en un paquete compacto con muy bajo juego.

Según Nabtesco, Un reductor cicloidal tiene cuatro componentes principales: El disco cicloidal, Los pasadores de anillo, El eje excéntrico (o cam), y el mecanismo de salida. El disco se impulsa de forma excéntrica para orbitar dentro del anillo de pines, y este movimiento orbital se convierte en lento, Rotación concentrada en el eje de salida.

Una de las principales ventajas de este diseño es la distribución de la carga. Según FIRGELLI, en cualquier momento, entre el 60 y el 70% de los lóbulos comparten la carga simultáneamente, Por eso los reductores cicloidales manejan bien las cargas de choque. Muchos diseños también montan dos discos cicloidales separados por 180° para equilibrar la vibración, Según lo explicó Tec-Science.

¿Cuál es exactamente la relación de engranajes de un reductor cicloidal?

La relación de engranajes de un reductor cicloidal es la relación entre el número de pines de anillo fijos (P) y el número de lóbulos (L) en el disco cicloidal, calculado usando la fórmula (P−L)/L.

En la mayoría de los diseños, El disco lobulado tiene exactamente un lóbulo menos que los pines del anillo. Esta diferencia de un solo lóbulo significa que el disco avanza una posición de pin por revolución de entrada, y la razón es igual al número de lóbulos en el disco.

Diferentes fabricantes y fuentes técnicas escriben la fórmula con distintos nombres de variables, lo cual puede ser confuso al comparar documentos. La siguiente tabla reconcilia las tres notaciones más comunes:

Las tres fórmulas son matemáticamente idénticas. El resultado representa cuántas revoluciones de entrada se necesitan para producir una revolución de salida. Una razón de 9:1 significa que el eje de entrada gira nueve veces por cada rotación del eje de salida.

Los reductores cicloidales comerciales suelen ofrecer proporciones desde 30:De 1 a más de 300:1, según Nabtesco, con estándares de catálogo en 1:50, 1:80, 1:100, y 1:120 según los listados de fabricantes de DirectIndustry.

¿Cómo se calcula la razón??

Para calcular la relación de engranajes, Cuenta los pines del anillo y los lóbulos del disco, Luego aplica la fórmula (P−L)/L.

Ejemplo recorrido: Con 10 bolos (P=10) y 9 lóbulos (L=9), El cálculo es (10−9)/9 = 1/9. Esto significa que el disco gira una vez por cada 9 revoluciones de entrada — un 9:1 Reducción, Como demuestra Tec-Science.

Cómo calcular la razón en 3 pasos

1. Cuenta el número de pines de anillo fijos (P). Estos son los pasadores cilíndricos montados en la carcasa exterior.
2. Cuenta el número de lóbulos (L) en el disco cicloidal. Los lóbulos son las proyecciones redondeadas alrededor de la circunferencia del disco.
3. Aplicar la fórmula (P−L)/L. El resultado es la razón de reducción. En algunas notaciones el resultado es negativo, lo que simplemente significa que la salida invierte la dirección respecto a la entrada.

La diferencia de un solo lóbulo es estándar en la mayoría de los reductores industriales, pero existen configuraciones de múltiples lóbulos. Por ejemplo, La ciencia técnica muestra que un anillo de 10 pines con un disco de 7 lóbulos produce un 7:Relación 3, lo que equivale solo a 2,33:1. La tabla siguiente muestra varias configuraciones:

Por qué se invierte la rotación de salida?

La salida de un reductor cicloidal gira en dirección opuesta a la entrada porque el disco gira internamente alrededor de los pines fijos en lugar de encuadrarse externamente como los engranajes convencionales.

Según Wikipedia, La dirección de salida es opuesta a la entrada — una propiedad llamada rotación retrógrada. Esto ocurre porque el centro del disco cicloidal se mueve excéntrica mientras el disco orbita dentro del anillo de pines. El disco no gira sobre su propio eje; en su lugar, Su movimiento orbital se convierte en una rotación lenta en la salida a través de los pasadores o rodillos de salida.

Por eso algunas notaciones de fórmulas muestran una razón negativa. ZHY Gear presenta un ejemplar trabajado con 12 pasadores y 11 lóbulos, dando una razón de i = −12. El signo negativo simplemente indica la dirección inversa — no afecta a la magnitud de la reducción.

Al planificar tu solicitud, Ten en cuenta esta inversión de dirección. Si tu maquinaria requiere que la salida gire en la misma dirección que la entrada, Necesitarás una etapa adicional de engranajes o un tipo de reductor diferente (como una caja de cambios planetaria, que no invierte la dirección).

¿Qué proporciones se pueden alcanzar en una sola etapa??

Los reductores cicloidales de una sola etapa suelen suministrar desde unas 5:Del 1 al 119:1, con la mayoría de las unidades comerciales de catálogo situadas en el 30:Del 1 al 120:1 Rango.

Según Wikipedia (citando la serie Cyclo 6000 de Sumitomo), Las reducciones de una sola etapa están disponibles comercialmente hasta 119:1. Nabtesco confirma que las altas proporciones de reducción desde 30:De 1 a más de 300:1 son alcanzables en una sola etapa. Los listados de fabricantes de DirectIndustry muestran que la proporción oscila entre 41:Del 1 al 164:1, con proporciones de catálogo comunes en 1:50, 1:80, 1:100, y 1:120.

El límite máximo práctico para una sola etapa se establece por el número máximo práctico de pines y lóbulos que pueden mecanizarse en el anillo y el disco. Más allá de aproximadamente 119:1, Los componentes se vuelven de tamaño impráctico o difíciles de fabricar con la precisión requerida.

En el extremo inferior, Ratios por debajo de 10:1 son posibles pero poco comunes en aplicaciones industriales, Porque otros tipos de reductores (como las cajas de cambios planetarias) son más eficientes y rentables en esas proporciones. El ejemplo de múltiples lóbulos anterior (7:Relación 3) muestra cómo reducir la diferencia de lóbulos por debajo de uno produce proporciones mucho más bajas.

¿Hasta dónde pueden llegar los reductores cicloidales de doble etapa??

Los reductores cicloidales de doble etapa multiplican dos relaciones de una sola etapa, llegando hasta 7,569:1 manteniendo una huella compacta — a costa de una menor eficiencia.

Según Wikipedia, Los reductores cicloidales de doble etapa están disponibles comercialmente hasta 7,569:1 (por ejemplo, A 119:1 primera etapa combinada con un 63:1 Segunda etapa). Proporciones totales hasta 13,600:1 han sido documentados en los listados de fabricantes de DirectIndustry.

El equilibrio es la eficiencia. Wikipedia, citando al profesor. J. Análisis de Darali, Informes de que los reductores cicloidales de una sola etapa alcanzan una eficiencia del 93%, mientras que las unidades de doble etapa caen a aproximadamente el 86%. Cada etapa adicional añade fricción y pérdida de potencia.

Para proporciones extremadamente altas, Un reductor cicloidal suele ser una mejor opción que apilar varias etapas planetarias, Porque una unidad cicloidal de doble etapa alcanza proporciones que requerirían tres o más etapas planetarias — con menos complejidad y menos componentes que mantener.

Dicho esto,, Si tu solicitud requiere ratios inferiores a 30:1, una etapa única Caja de cambios planetaria suele ser más eficiente y rentable que una unidad cicloidal.

¿Cómo se compara la relación cicloidal con las cajas de cambios planetarias??

Los reductores cicloidales alcanzan relaciones de etapa única más altas (hasta 119:1) que las cajas de cambios planetarias típicas (normalmente 3:De 1 a 100:1 por etapa), con menor juego y mejor tolerancia a los golpes, pero las unidades planetarias suelen ser más eficientes a proporciones más bajas.

Según FIRGELLI, Los reductores cicloidales soportan cargas de amortiguación de hasta el 500% del par nominal sin romper los dientes, una gran ventaja en aplicaciones con carga variable o por impacto. La característica de reparto de carga (El 60–70% de los lóbulos se activaron en cualquier momento) es la razón de esta robustez.

Cajas de cambios planetarias, en contraste, normalmente ofrecen mayor eficiencia a proporciones más bajas (95–97% por etapa) y no inviertas la dirección de salida. A menudo se prefieren cuando la eficiencia es crítica y la proporción requerida está por debajo de 50:1.

Los reductores cicloidales también destacan en compacidad a proporciones altas. Un estudio de ResearchGate sobre el diseño de cajas de cambios cicloidales demostró un 20:1 reducción lograda en un espacio de 60×60×20 mm, con un par que aumenta de 0,45 Nm a 8,82 Nm — una multiplicación de par casi 20 veces en un paquete muy pequeño.

En cuanto al backdrive: Los reductores cicloidales pueden ser retroaccionados bajo ciertas condiciones, pero la alta fricción y la geometría de los elementos rodantes hacen que sean significativamente más difíciles de repartir hacia atrás que las cajas de cambios planetarias de la misma relación.

¿Qué proporción necesitas?

Elige la relación en función de la velocidad de salida y el par requeridos: Las aplicaciones de robótica e indexación necesitan proporciones elevadas (50:De 1 a 100:1 ) con baja reacción, mientras que las cintas transportadoras y mezcladoras pueden usar proporciones moderadas (10:Del 1 al 30:1) donde la tolerancia a la carga de choque importa más.

La siguiente tabla mapea aplicaciones industriales comunes con rangos típicos de relaciones:

Para una lista más completa de dónde importan estas proporciones en la práctica, Consulta nuestra guía para Aplicaciones en cajas de cambios cicloidales.

Cuando la aplicación exige tanto alta relación como gran par en un paquete compacto, La combinación es lo que hace que Caja de cambios cicloidal de alto par El rendimiento es atractivo en comparación con alternativas planetarias de varias etapas.

Si aún estás decidiendo entre tipos de reductores, nuestro Selección de la relación de la caja de cambios El guía recorre la decisión paso a paso. Para una comparación completa de los criterios de decisión más allá de la razón, véase Cómo elegir un reductor cicloidal.

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