Los engranajes planetarios, también conocidos como sistemas de engranajes epicicloidales son una maravilla de la ingeniería mecánica. Podemos encontrarlos en una amplia gama de máquinas y dispositivos en nuestra vida cotidiana: desde pequeños relojes hasta grandes vehículos, estos ingeniosos sistemas de transmisión de potencia desempeñan un papel crucial en el funcionamiento de numerosas aplicaciones.
¿Qué son los engranajes planetarios?
Es un sistema que consiste en un engranaje central, conocido como el sol, rodeado por uno o más engranajes, llamados planetarios, que están conectados a un portador que soporta los planetarios. Este portador gira alrededor del sol, lo que da como resultado un movimiento combinado de los engranajes. Este diseño crea una disposición de engranajes en la que los planetarios giran tanto alrededor de su propio eje como alrededor del engranaje sol.
Componentes de los engranajes planetarios
Los componentes principales de un engranaje planetario son:
- Sol: es el engranaje central alrededor del cual giran los engranajes planetarios
- Planetarios: son los engranajes que orbitan alrededor del sol
- Portador: es el componente que mantiene los engranajes planetarios en su lugar y proporciona el movimiento de rotación
- Anillo o corona exterior: es una rueda dentada externa que rodea los engranajes planetarios y proporciona restricción lateral
Funcionamiento de los engranajes planetarios
El funcionamiento de los engranajes planetarios se basa en la combinación de movimientos rotativos de los planetarios alrededor del sol y alrededor de su propio eje. Esta combinación de movimientos permite una amplia variedad de relaciones de transmisión y configuraciones, lo que los hace extremadamente versátiles en diversas aplicaciones de ingeniería.
Ventajas y desventajas de los engranajes planetarios
Entre las diferentes ventajas mecánicas que ofrecen los engranajes epicicloidales encontramos:
- Son compactos – debido a su diseño concéntrico, ocupan menos espacio en comparación con otros sistemas de transmisión
- Alta relación de transmisión – permiten alcanzar relaciones de transmisión altas en un espacio relativamente pequeño
- Buena distribución de carga – la carga se distribuye entre varios engranajes planetarios, lo que reduce el desgaste y aumenta la durabilidad
Sin embargo, también tienen algunas desventajas, como su mayor complejidad. Su diseño requiere una mayor precisión y control de fabricación, lo que puede aumentar los costes de producción.
Aplicaciones donde encontramos engranajes planetarios
Como hemos mencionado al inicio, podemos encontrar engranajes planetarios en multitud de sistemas y máquinas. En la transmisión de vehículos se utilizan para cambiar las relaciones de marcha y proporcionar diferentes velocidades de salida. Podemos encontrarlos también como reductores en maquinaria industrial como para reducir la velocidad del motor y aumentar el par de salida. Pero el ejemplo que ma´s nos aplica hoy es como caja de cambios de bicicletas. Ayudan a cambiar las velocidades en bicicletas de cambio múltiple.
CASO DE ÉXITO
El uso de engranajes planetarios en bicicletas es una solución que se utiliza de forma muy extendida por conocidos fabricantes del sector de la bicicleta como por ejemplo Shimano.
La igus:bike utiliza como caja de cambios un engranaje planetario. La gran diferencia entre nuestra caja de cambios y la de otros fabricantes es que la nuestra está fabricada con plásticos de alto rendimiento, no se oxida y no necesita lubricación ni mantenimiento. A estas ventajas tenemos que añadir la cualidad de ser un engranaje planetario sostenible, ya que los plásticos utilizados pueden reciclarse fácilmente. Además esta prevista la posibilidad de su recompra si la bicicleta llega al final de su vida útil en algún momento. Ya hacemos lo mismo con las cadenas portacables, que pueden devolverse para ser recicladas y reprocesadas en nuevos productos con el programa Chainge.
Mecánica de la caja de cambio de la igus:bike
La estructura de nuestro engranaje planetario es muy sencilla: en el centro del engranaje está el sol que en nuestro caso no se mueve. Alrededor del sol giran tres planetarios. Éstos están conectados al soporte planetario, por lo que siempre mantienen la misma distancia entre sí. Por último, la corona dentada recoge la construcción completa.
El accionamiento funciona de la siguiente manera: el soporte planetario está conectado a la biela de la bicicleta y es accionado por ella. Los engranajes planetarios giran alrededor del engranaje solar fijo y mueven así la corona dentada exterior, a la que está unido el piñón. El piñón está conectado a un piñón más pequeño en el eje trasero mediante una correa. De este modo, la rueda trasera se acciona con una relación de transmisión mayor y puedes pasear plácidamente por la ciudad con la igus:bike.
El engranaje planetario traduce la potencia que aportas con la biela a través del pedal en una mayor rotación. Cuando giras la biela una vuelta, la corona dentada, incluido el piñón, avanza no sólo una vuelta sino un poco más. ¡Tu potencia se convierte en una mayor velocidad!
¿Qué alternativas existen para la caja de cambios en bicicletas?
Las alternativas al uso de engranajes planetarios en la caja de cambios de la bici serían los desviadores y “cassettes”. Estos sistemas suelen ser más ligeros y económicos, pero requieren más mantenimiento y ajustes para mantener un rendimiento óptimo. Además, pueden estar más expuestos a los elementos externos (climatología, suciedad, etc), lo que afecta a su durabilidad y rendimiento a largo plazo.
Beneficios del uso de engranajes planetarios en la caja de cambios de bicis
Como podemos ver, los engranajes planetarios requieren un menor mantenimiento y menos ajustes que otros sistemas alternativos, lo que resulta en una mayor durabilidad y menos costes de mantenimiento.
Otra de sus ventajas es que permiten que las bicicletas tengan múltiples velocidades, así los ciclistas pueden adaptarse a las diferentes condiciones de terreno y niveles de esfuerzo requeridos.
Además, también permiten que se pueda cambiar de marcha de manera suave y eficiente, lo que proporciona una experiencia de conducción más cómoda y sin interrupciones.
Por último, los engranajes planetarios están protegidos dentro del cubo de la rueda, lo que los hace menos susceptibles al desgaste y la suciedad causados por los elementos externos, lo que incrementa su durabilidad.
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