Breve descripción

Un engranaje planetario (o sistema de engranajes epicicloidales) es un conjunto de engranajes formado por uno o más piñones satélite (planetas) que giran alrededor de un engranaje central (sol), alojados dentro de una corona dentada interior (anillo). Permite una elevada densidad de potencia y reducciones o multiplicaciones de velocidad compactas en un eje coaxial.

Uso / Función

• Transmisiones automáticas y de buje: Proporcionar múltiples relaciones de transmisión en cajas de cambio automáticas de vehículos, maquinaria pesada y bujes con marchas integradas para bicicletas.
• Reductores de velocidad: Cajas reductoras de alto par para maquinaria industrial, aerogeneradores, trenes motrices de vehículos eléctricos y robótica.
• Mecanismos diferenciales: Distribuir el par entre ejes motrices o combinar entradas de energía mecánica.
• Escala: Desde pequeños cabezales reductores para instrumentación hasta grandes reductores industriales de varios megavatios.

Principio de funcionamiento

El mecanismo coordina tres componentes principales: un engranaje central (sol), varios engranajes satélite montados en un portaensamblador (portaplanetas) y una corona dentada exterior (anillo).

1. Distribución de par: El par de entrada se transmite al sol, al portaplanetas o a la corona, mientras se mantiene fijo o se controla la rotación de uno de los otros elementos.
2. Movimiento epicicloidal: Al girar el engranaje sol, impulsa los engranajes satélite, los cuales engranan simultáneamente con el sol y con la corona exterior, obligando al portaplanetas a girar.
3. Transformación coaxial de velocidad: Debido a que la carga se distribuye entre múltiples engranajes satélite, se logra una gran reducción o multiplicación de velocidad de forma muy compacta a lo largo del mismo eje central.

Cómo crearlo

1. Mecanizado del sol y planetas: Tallar dientes rectos o helicoidales en discos cilíndricos metálicos para fabricar el sol central y planetas idénticos con el mismo paso y módulo.
2. Fabricación de la corona (anillo): Mecanizar un engranaje interior con dientes orientados hacia el centro diseñados para engranar con los satélites.
3. Construcción del portaplanetas: Elaborar un disco rígido o jaula con pernos o ejes espaciados con precisión para sostener los planetas en posiciones angulares fijas con baja fricción.
4. Montaje y alojamiento: Montar el sol en el eje central, acoplar los planetas en los pernos del portaplanetas, introducir el conjunto en la corona y apoyar los ejes sobre rodamientos o cojinetes de bronce.

Materiales necesarios

• Materiales esenciales:
  • Acero: Acero aleado de alta resistencia para los dientes y ejes del portaplanetas para soportar grandes esfuerzos de contacto y cizallamiento.
  • Hierro: Hierro fundido para el cuerpo y las carcasas exteriores del reductor.
  • Bronce: Aleación de baja fricción ideal para casquillos de los satélites y arandelas de empuje.
• Herramientas:
  • Mortajadora o fresadora de engranajes: Para el tallado de precisión de los dientes interiores de la corona y exteriores de los piñones.
  • Pie de rey / Vernier Caliper: Para verificar el paso de los dientes, distancias entre centros y alineación de pernos.
• Posibles sustitutos:
  • Madera dura mecanizada o plásticos técnicos: Adecuados para modelos educativos o de demostración a bajo par.

Variantes y mejoras

• Engranaje planetario compuesto: Utiliza conjuntos de planetas dobles unidos en un solo portaplanetas para lograr relaciones de reducción extremadamente altas en una sola etapa.
• Sistema epicicloidal helicoidal: Los dientes inclinados proporcionan un engranaje más suave, mayor capacidad de carga y funcionamiento silencioso en comparación con los dientes rectos.
• Conjunto planetario Ravigneaux: Un complejo sistema con dos soles y planetas dobles ampliamente utilizado en transmisiones automáticas para proporcionar múltiples marchas hacia adelante y marcha atrás.

Límites y riesgos

• Precisión de fabricación: Requiere tolerancias muy estrictas en el paso de dientes y posicionamiento de pernos; imprecisiones provocan un reparto desigual de cargas entre planetas y fallos prematuros.
• Requisitos de lubricación y disipación térmica: La alta densidad de potencia genera fricción localizada, requiriendo lubricación continua por baño de aceite o presión para evitar sobrecalentamiento y gripado.
• Complejidad de montaje y mantenimiento: El desmontaje y servicio técnico requieren herramientas especializadas debido al ensamblaje anidado y ajustadas holguras internas.