Los Engranajes sin Dientes Generan Mucho más Par que los Convencionales - La Transmisión Cicloidal

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Este es un motor cicloidal, una de las cajas de engranajes con mayor densidad de par que existen. El que se ve en el video es un motor cicloidal simplificado, muy sencillo y pequeño, completamente impreso en 3D. Sin embargo, incluso en esta forma, esta unidad extremadamente compacta tiene una relación de transmisión de 8:1.
El eje excéntrico naranja es la entrada y la placa de carga azul la salida.

Como pueden ver, 8 rotaciones de la entrada dan como resultado 1 rotación de la salida. Una relación de transmisión de 8:1. Incluso un engranaje planetario tiene dificultades para lograr tal relación de transmisión en tan poco espacio.

8:1 es bastante conservador para los estándares de los motores cicloidales, con relaciones de transmisión de entre 30:1 y 100:1, o incluso superiores en algunos casos, siendo comunes en los motores cicloidales.

Pero antes de mostrarles lo que puede hacer un motor cicloidal y por qué es la caja de engranajes preferida para los robots más capaces, me gustaría contarles sobre mi progreso en el mundo de la impresión 3D. Empecé con la impresión 3D hace 6 meses con mi Bambulab H2D, que también imprimió todo el material del video de hoy.

Pero las transmisiones cicloidales no se limitan a aumentar el par máximo en paquetes mínimos. Para que algo sea un gigante del par, debe ser capaz no solo de aumentarlo, sino también de soportar entradas de par masivas, y este es otro aspecto en el que las transmisiones cicloidales hacen que los engranajes convencionales parezcan una broma.

Si observas el engrane de los engranajes, notarás que todo el par suele transferirse a través de solo uno o dos dientes. Por eso, los engranajes deben ser anchos para soportar un par significativo. Los engranajes más anchos, por supuesto, resultan en una caja de cambios más grande y pesada. Pero cuando son gruesos, los engranajes convencionales pueden dañarse fácilmente por cargas de impacto o una aplicación repentina de grandes cantidades de par. Un buen ejemplo de esto son los motores optimizados con curvas de par agresivas: puedes tener el mismo par máximo y la misma potencia en dos motores, pero el que tenga la curva de par más ascendente romperá la transmisión, mientras que el otro no.

Los motores eléctricos son la definición de cargas de choque, ya que pueden generar su par máximo casi instantáneamente. Los motores de un vehículo eléctrico promedio destruirían fácilmente la transmisión de un vehículo de combustión igualmente potente.

Pero definitivamente no harían nada contra una transmisión cicloidal. De hecho, muchas transmisiones cicloidales funcionan con motores eléctricos muy potentes y, aun así, completan miles de horas de servicio sin problemas.

Pero las transmisiones cicloidales no solo son más compactas y resistentes que las cajas de cambios convencionales, sino que también son más precisas. Los engranajes tradicionales necesitan una holgura relativamente grande para evitar que se atasquen y garantizar una lubricación adecuada. Es esta holgura la que crea juego rotacional en los ejes de entrada y salida. Y suele empeorar cuantos más engranajes tenga una transmisión.

Pero en una transmisión cicloidal, tenemos contacto de rodadura constante en un gran número de puntos de contacto; el resultado es que las transmisiones cicloidales suelen tener una holgura prácticamente nula, lo que significa que los robots equipados con ellas son capaces de lograr una precisión increíble de forma repetida. Incluso una pequeña unidad impresa en 3D como esta, con 0 rodamientos, tiene una holgura sorprendentemente baja.

¿Entonces es la caja de cambios definitiva? ¿La mejor caja de cambios? Claro que no, porque no existe tal cosa; los logros impresionantes en un campo siempre se pagan con sacrificios en otro.

Sí, las transmisiones cicloidales son los reyes del par motor… pero desde luego no son los reyes de la velocidad. Lo único que se les da mal es el funcionamiento a altas revoluciones. ¿Por qué? Por el equilibrio. Si recuerdas mi antiguo vídeo sobre motores bicilíndricos en línea, quizá recuerdes que ninguno de estos motores está perfectamente equilibrado.

Y ahí lo tienen: el enorme aumento del par en paquetes mínimos, junto con la resistencia a las cargas de impacto y la ausencia de holgura, hacen que el sistema cicloidal sea absolutamente perfecto para brazos y articulaciones robóticas.

00:00 La rotación extra explicada
01:54 Engranajes y trayectoria del centro
06:25 Transmisión cicloidal
08:30 ¿Por qué genera tanto par?
13:00 Vibraciones, impacto y precisión

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