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Tren epicicloidal: guía de diseño | Weerg

Escrito por Weerg staff | nov 11, 2026

El tren de engranajes epicicloidal, también llamado tren planetario, es una transmisión compacta que permite relaciones de reducción elevadas, pares importantes y configuraciones difíciles de obtener con un tren de engranajes ordinario. Se utiliza en las cajas de cambios automáticas, en los reductores industriales, en los motorreductores, en los cabrestantes, en los bujes de las bicicletas eléctricas y en la robótica.

El diseño requiere analizar el movimiento de los satélites, calcular las relaciones de transmisión, repartir las cargas y elegir materiales y procesos productivos adecuados. Esta guía ilustra los principios de funcionamiento, los cálculos y las restricciones geométricas hasta la producción mediante impresión 3D y mecanizado CNC.

Qué es un tren de engranajes epicicloidal

Un tren de engranajes epicicloidal es un sistema de engranajes en el que los satélites giran alrededor de su propio eje mientras orbitan alrededor de un eje central. A diferencia de los trenes de engranajes ordinarios, en los que los ejes son fijos, al menos un eje se mueve respecto a la estructura.

Las principales ventajas son:

  • compacidad: relaciones de reducción elevadas con dimensiones reducidas;
  • coaxialidad: posibilidad de disponer la entrada y la salida en el mismo eje;
  • reparto de la carga: par distribuido en varios satélites, generalmente tres;
  • alta densidad de par: capacidad de transmitir pares elevados en poco espacio;
  • versatilidad: relaciones diferentes según el elemento bloqueado, con la posibilidad de combinar dos movimientos.

Los componentes de un tren de engranajes epicicloidal

Un tren de engranajes epicicloidal simple comprende cuatro componentes.

El planeta central (sun gear)

El engranaje planeta central se sitúa en el centro del sistema. Tiene dentado externo, engrana con los satélites y suele ser el elemento de entrada.

Los satélites (planet gears)

Los satélites (o planetas) engranan con el planeta central y con la corona. Giran alrededor de su propio eje mientras el portasatélites los conduce alrededor del planeta central. Por lo general son tres, dispuestos a 120° para repartir las cargas, pero el número varía según el diseño.

La corona (ring gear)

La corona es el engranaje externo con dentado interno que engrana con los satélites. Puede ser fija o funcionar como entrada o salida.

El portasatélites (planet carrier)

El portasatélites sostiene los ejes de los satélites y determina su movimiento de revolución. A menudo constituye el elemento de salida.

Con una sola entrada, uno de los tres elementos principales (planeta central, corona o portasatélites) debe mantenerse fijo para obtener una relación de transmisión definida entre los otros dos. El elemento bloqueado determina dicha relación.

La relación de transmisión: la fórmula de Willis

La presencia de ejes móviles hace que el cálculo de la relación sea más complejo que en un tren de engranajes ordinario. La fórmula de Willis permite analizar el sistema considerando el portasatélites idealmente detenido.

La relación de base (tren convertido en ordinario)

La relación de transmisión del tren convertido en ordinario (τ₀) corresponde a la relación entre las velocidades angulares de la corona y del planeta central con el portasatélites bloqueado. Para un tren simple:

τ₀ = − z_planeta / z_corona

donde z_planeta y z_corona indican los respectivos números de dientes. El signo negativo expresa el sentido de rotación opuesto de los dos elementos.

La relación de Willis

La fórmula de Willis relaciona las velocidades angulares de los tres elementos principales:

(ω_corona − ω_portasatélites) / (ω_planeta − ω_portasatélites) = τ₀

donde ω indica la velocidad angular de cada elemento. Al poner a cero la velocidad de un elemento se obtiene la relación entre los otros dos.

Los tres casos principales

Según el elemento bloqueado, el mismo tren proporciona relaciones diferentes.

  1. Corona fija (la configuración más común en los reductores): corona bloqueada (ω_corona = 0), planeta central en entrada y portasatélites en salida. La relación de reducción es:

    i = ω_planeta / ω_portasatélites = 1 + z_corona / z_planeta

    Con 72 dientes en la corona y 24 en el planeta central, la relación es 1 + 72/24 = 4:1.
  2. Planeta central fijo: planeta central bloqueado (ω_planeta = 0), corona en entrada y portasatélites en salida. La relación de reducción es:

    i = ω_corona / ω_portasatélites = 1 + z_planeta / z_corona

    Con los mismos 24 dientes en el planeta central y 72 en la corona, la relación es 1 + 24/72 ≈ 1,33:1.
  3. Portasatélites fijo: el sistema se comporta como un tren de engranajes ordinario, con una relación τ₀ entre la corona y el planeta central.

La tabla siguiente resume las tres configuraciones, con el ejemplo numérico de z_planeta = 24 y z_corona = 72:

Caso Elemento bloqueado Entrada Salida Relación de transmisión i Ejemplo (z_planeta = 24, z_corona = 72)
Corona fija Corona Planeta central Portasatélites i = 1 + z_corona / z_planeta 4:1
Planeta central fijo Planeta central Corona Portasatélites i = 1 + z_planeta / z_corona 1,33:1
Portasatélites fijo Portasatélites Corona o planeta central Planeta central o corona τ₀ = − z_planeta / z_corona −0,33 (tren ordinario)

Tabla 1 — Relaciones de transmisión en los tres casos de funcionamiento del mismo tren.

Al bloquear elementos distintos se obtienen relaciones diferentes con los mismos engranajes. Es el principio utilizado en las cajas de cambios automáticas, que emplean embragues y frenos para seleccionar las marchas.

La restricción geométrica de montaje

Para que los satélites engranen correctamente con el planeta central y la corona, debe cumplirse la relación:

z_corona = z_planeta + 2 × z_satélite

Para disponer satélites equidistantes, la suma de los dientes del planeta central y de la corona debe ser divisible por el número de satélites. Ambas restricciones deben verificarse en la fase de diseño.

Los parámetros de diseño de los engranajes

Una vez definida la relación, es necesario dimensionar los engranajes según los siguientes parámetros:

  • módulo (m): dimensión característica del diente, igual para todos los engranajes en contacto; influye en las dimensiones y la resistencia;
  • número de dientes (z): definido para el planeta central, los satélites y la corona respetando las restricciones geométricas;
  • ángulo de presión: generalmente 20°, influye en el perfil del diente y en las fuerzas transmitidas;
  • ancho de cara: junto con el módulo, contribuye a determinar la capacidad de carga;
  • distancia entre centros: distancia entre el eje del planeta central y el de cada satélite;
  • juego entre dientes (backlash): necesario para garantizar el funcionamiento y compensar las tolerancias, sobre todo en los componentes impresos en 3D.

Las comprobaciones de resistencia a la flexión de los dientes y de fatiga superficial de los flancos pueden realizarse conforme a las normas ISO 6336 para los engranajes metálicos y VDI 2736 para los de plástico, mediante cálculos o software específicos.

Los materiales para un tren de engranajes epicicloidal

La elección de los materiales depende del par, la velocidad, la vida útil requerida y las condiciones de servicio.

Engranajes de material plástico

Para trenes de par medio-bajo, que requieren ligereza, bajo nivel de ruido y bajo rozamiento, se pueden utilizar diversos tecnopolímeros:

  • POM-C (poliacetal): indicado para engranajes de precisión mecanizados CNC gracias a su estabilidad dimensional, bajo rozamiento y resistencia al desgaste;
  • Nylon 6 + MoS₂: poliamida mecanizable CNC con propiedades autolubricantes, apta para engranajes y componentes sometidos a rozamiento y desgaste;
  • PA12 y PA11 (impresión 3D MJF): indicados para prototipos funcionales y series cortas, con buena resistencia mecánica y a la fatiga, sobre todo en el PA11;
  • PEEK: tecnopolímero de altas prestaciones, mecanizable CNC, para aplicaciones con temperaturas elevadas, solicitaciones mecánicas y entornos químicamente agresivos.

Los engranajes de plástico ofrecen ligereza y funcionamiento silencioso, pero presentan generalmente una capacidad de carga y una resistencia térmica inferiores a las de los metales.

Engranajes de metal

Para trenes de par elevado, velocidades sostenidas o sometidos a cargas severas, se utilizan predominantemente aleaciones metálicas mecanizadas CNC:

  • acero C45: para engranajes y componentes mecánicos que requieren buena resistencia y mecanizabilidad;
  • acero bonificado 39NiCrMo3: para engranajes sometidos a solicitaciones elevadas y cargas cíclicas;
  • acero de cementación 18NiCrMo5: para engranajes que requieren una elevada dureza superficial y un núcleo tenaz tras el tratamiento térmico;
  • aluminio 6082 y 7075: para portasatélites y componentes estructurales ligeros, con mayor resistencia mecánica en el 7075;
  • bronce CuSn12: para componentes sometidos a rozamiento y desgaste, incluidas ruedas dentadas en aplicaciones específicas;
  • latón OT58: para pequeños engranajes y mecanismos con cargas reducidas, gracias a su buena mecanizabilidad.

Producir un tren de engranajes epicicloidal con impresión 3D y CNC

Los componentes pueden realizarse con impresión 3D o mecanizado CNC, según la función y las prestaciones requeridas.

Prototipado y producción en serie con impresión 3D

La impresión 3D MJF en nylon PA12 o PA11 es apta para prototipos funcionales y producción en serie del planeta central, los satélites, la corona y el portasatélites. Permite verificar la relación, el montaje, el engrane y el funcionamiento antes de la producción definitiva.

La libertad geométrica permite realizar el portasatélites, incluso complejo, en una sola pieza, mientras que la rapidez de producción facilita las iteraciones de diseño. Es necesario prever un backlash compatible con las tolerancias del proceso MJF.

Producción de precisión con CNC

Para engranajes de alta precisión o sometidos a pares elevados, el mecanizado CNC permite obtener geometrías y tolerancias adecuadas. El POM se utiliza para aplicaciones plásticas de precisión, y los aceros bonificados o de cementación para las metálicas más solicitadas.

El portasatélites también se mecaniza a menudo en CNC, en aluminio o acero, para garantizar la precisión en los alojamientos de los ejes de los satélites y en los soportes de los rodamientos.

Conclusión

Un tren de engranajes epicicloidal combina compacidad, coaxialidad y capacidad de transmitir par, pero requiere atención a la cinemática, a las restricciones geométricas y al dimensionamiento de los componentes. La fórmula de Willis permite calcular las relaciones en las distintas configuraciones.

La impresión 3D acelera el prototipado y las comprobaciones funcionales, mientras que el mecanizado CNC permite realizar componentes definitivos con las tolerancias requeridas. El uso combinado de las dos tecnologías hace más eficiente el paso del diseño a la producción.

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Preguntas frecuentes sobre el tren de engranajes epicicloidal