3-2-2015

DISEÑO DE ELEMENTOS DE MÁQUINA

BANDAS Y CADENAS

GRUPO #1

NRC: 2705

INGENIERÍA MECATRÓNICA

INTEGRANTES:

Milton Cajilema

Carmen Guzmán

Johanna Iza

Alba Mena

Gabriela Taco

Santiago Zurita

CURSO: 8vo Nivel “A”

TRANSMISIONES POR BANDAS Y POR CADENAS

Las bandas y las cadenas representan los principales tipos de elementos flexibles

para transmiten de potencia.

Un motor eléctrico produce la potencia rotatoria pero en el caso típico los motores

funcionan con una velocidad demasiado grande, y entregan un par torsional muy

pequeño para que se adapten a la aplicación final de accionamiento. Recuerde

que para determinada transmisión de potencia, el par torsional aumenta en

proporción con la que se reduce la velocidad de rotación. Así, con frecuencia se

desea tener cierta velocidad de giro. La alta velocidad del motor hace que las

transmisiones por banda sean casi ideales para la primera etapa de reducción. Al

eje del motor se le fija una polea pequeña, mientras que se monta una polea de

mayor diámetro en un eje paralelo que funciona a la velocidad menor

correspondiente. Las poleas con bandas también son llamadas poleas

acanaladas.

Sin embargo, si la transmisión requiere relaciones de reducción muy grandes, son

preferibles los reductores de engranes, porque físicamente pueden hacer grandes

reducciones en un espacio bastante pequeño. En general, el eje de salida del

reductor de engranes está a baja velocidad y tiene gran par de torsión. Si tanto la

velocidad como el par torsional son satisfactorios para la aplicación, se podría

acoplar en forma directa a la máquina impulsada.

Sin embargo, como los reductores engranados sólo se consiguen en relaciones de

reducción discretas, con frecuencia se debe reducir su salida para cumplir los

requisitos de la máquina. En la condición de baja velocidad y gran par de torsión,

las transmisiones con cadenas son adecuadas

El gran par torsional causa grandes fuerzas de tensión en la cadena. En el caso

normal, los elementos de la cadena son metálicos, y sus dimensiones resisten las

grandes fuerzas. Los eslabones de las cadenas engranan en las catarinas, para

formar un accionamiento mecánico positivo, adecuado a las condiciones de baja

velocidad y gran par de torsión.

En general, se aplican las transmisiones por bandas cuando las velocidades de

rotación son relativamente altas, como en la primera etapa de reducción de la

velocidad de un motor eléctrico o de combustión. La velocidad lineal de una banda

es de unos 2500 a 6500 pies/min (762 a 1980 m/min). Lo cual da como resultado

fuerzas de tensión relativamente pequeñas en la banda. A menores velocidades.

La tensión en la banda se vuelve demasiado grande para las secciones

transversales típicas en las bandas, y puede haber deslizamiento entre los lados

de la banda y las ranuras de la polea que la conduce. A mayores velocidades

existen efectos dinámicos, como fuerzas centrífugas, chicoleo de bandas y

vibraciones que reducen la eficiencia y la duración de la transmisión.

En general, lo ideal es que la velocidad sea 4000 pies/min (1220 m/min).

Figura 1. Geometría básica de una transmisión por bandas

TIPOS DE TRANSMISIONES POR BANDAS

Una banda es un elemento flexible de transmisión de potencia que asienta

firmemente en un conjunto de poleas o poleas acanaladas.

La polea mayor se monta en la máquina impulsada. La banda se diseña para

montarse en las dos poleas, sin resbalamiento.

La banda se instala al colocarlas alrededor de las dos poleas, mientras se reduce

la distancia entre centros entre ellas. A continuación se separan las poleas y se

pone la banda en una tensión inicial bastante alta. Cuando la banda transmite la

potencia, la fricción hace que se agarre

A la polea impulsora, e incrementa la tensión en un lado, que es el "lado tenso" de

la transmisión.

La fuerza de tensión en la banda ejerce una fuerza tangencial en la polea

conducida, con lo que se aplica un par torsional al eje conducido. El lado contrario

de la banda se encuentra todavía en tensión, pero con un valor menor.

Existen muchos tipos de bandas disponibles: planas, acanaladas o dentadas,

bandas V normales, bandas V en ángulo doble y otras más.

La banda plana es el tipo más sencillo y con frecuencia se fabrica de cuero

o de lona ahulada. La superficie de la polea también es plana y lisa, y la

fuerza impulsora se limita, por consiguiente, a la fricción pura entra la banda

y la polea. Algunos diseñadores prefieren que las bandas para maquinaria

delicada sean planas, porque la banda se deslizará si el par torsional tiende

a subir hasta un valor que pueda dañar la máquina.

Las bandas síncronas.- llamadas a veces bandas de pasan sobre poleas

con ranuras en las que asientan los dientes de la banda. Este es un

impulsor positivo, y sólo se limitan por la resistencia de la banda a la

tensión y la resistencia a la fuerza cortante de los dientes.

Las bandas dentadas.- Los dientes dan mayor flexibilidad a la banda y

mayor eficiencia, en comparación con las bandas normales. Pueden

trabajar en menores diámetros de polea

Las bandas en V.- La forma en V hace que la banda se acuñe firmemente

en la ranura, lo cual incrementa la fricción y permite la transmisión de

grandes pares torsionales sin que exista deslizamiento.

La mayor parte de las bandas tienen lonas de alta resistencia, colocadas en el

diámetro de paso de la sección transversal de la banda, para aumentar la

resistencia a la tensión de la banda.

Figura 2.Tipos de bandas

TRANSMISION POR BANDAS EN V

El arreglo típico de los elementos de una transmisión por bandas en V se muestra

en la siguiente figura:

Figura 3.Sección transversal de una banda en v y la ranura de una polea

Las observaciones importantes acerca de este lo se resumen á continuación:

1. La polea, con una o varias ranuras circunferenciales donde se apoya la

banda, se llama polea acanalada.

2. El tamaño de una polea se indica con su diámetro de paso, que es un poco

menor que su diámetro exterior.

3. La relación de velocidades de las poleas motriz y conducida es

inversamente proporcional a la relación de los diámetros de paso. Esto es

consecuencia de la observación de que allí no existe deslizamiento. La

velocidad lineal de la línea de paso en ambas poleas es igual a la velocidad

de la banda

Pero:

entonces:

La relación de velocidad angular es:

4. Las relaciones entre la longitud de paso L, la distancia entre centros C y los

diámetros de las poleas son.

( ) ( )

√ ( )

Donde: ( ) 5. El ángulo de contacto de la banda en cada polea es

[( )

]

[( )

]

6. La longitud del espacio libre entre las poleas, dentro de la cual la banda no

está portada es:

√ [( )

]

7. Los contribuyentes al esfuerzo en la banda son:

a) La fuerza de tensión en la banda máxima en su lado tenso.

b) La flexión de la banda en tomo a las poleas, máxima en el lado tenso de

la banda, en torno a la polea menor.

c) Las fuerzas centrifugas producidas cuando la banda se mueve alrededor

las poleas.

El esfuerzo total máximo se presenta donde la banda entra a la polea menor y

donde el esfuerzo de flexión es parte mayor. Por lo anterior existen diámetros

de polea mínimos recomendados para las bandas normales. El uso de poleas

menores reduce en forma drástica la duración de las bandas.

8. El valor de diseño de la relación de tensión en el lado teoso a ta tensión en

el lado flojo es 5.0 para transmisiones con bandas V. El valor real puede ser

tan alto como 10

SELECCIONES TRANSVERSALES NORMALIZADAS PARA BANDAS

El alineamiento entre los tamaños en pulgadas y los métricos indica que en

realidad los tamaños apareados tienen la misma sección transversal.

El valor nominal del ángulo incluido entre los lados de la ranura en V va desde los

30° a 42°. Algunas bandas están diseñadas para "sobresalir" algo de la ranura.

En muchas aplicaciones automotrices, se usan transmisiones con bandas

síncronas, parecidas a lo que en la figura C se llama banda de sincronización, o

bien bandas V con costillas parecidas a las llamadas con costillas múltiples.

Las bandas comerciales se fabrican con una de las normas mostradas en las

figuras:

Figura 4Bandas en V industriales para trabajo pesado

Figura 5 Bandas en V industriales de sección angosta

Figura 6 Bandas en V para trabajo ligero, potencia fraccional

Figura 7 Bandas en V automotrices

La norma Society of Automotive Engineers (SAE) establecen dimensiones y

funcionamiento para bandas automotrices:

Norma SAE J636: Bandas y poleas en V

Norma SAE 1637. Transmisiones de bandas automotrices

Norma SAE J1278: Bandas y poleas síncronas SI (métricas)

Norma SAE 31313: Transmisiones automotrices por bandas síncronas

Norma SAE J1459: Bandas V acostilladas y poleas

DISEÑO DE TRANSMISIONES POR BANDAS EN V

Los factores que intervienen en a selección de una banda V y las poleas motriz y

conducida de trasmisión se resumen en:

La potencia especificada del motor o máquina motriz

El factor de servicio, con base en el motor y la carga impulsada

La distancia entre centros.

La capacidad de potencian de una banda, en función del tamaño y la

velocidad de la polea menor

La longitud de la banda

El tamaño de las poleas motriz y conducida

El factor de corrección por longitud de la banda

El factor de corrección por ángulo de contacto en la polea menor

El número de bandas

La tensión inicial sobre la banda

Las decisiones de diseño dependen de la aplicación y de las limitaciones de

espacio como por ejemplo:

Se debe efectuar el ajuste por distancia entre centros, en ambas

direcciones, a partir del valor nominal. La distancia entre centros debe

acortarse en el momento de la instalación, para permitir que la banda entre

en las ranuras de las poleas sin forzarse.

Si se requiere que los centros sean fijos, se debe usar poleas locas o

templadoras. Lo mejor es usar una polea loca acanalada dentro de la

banda, cerca de la polea mayor. Para sostener la polea tensora, existen

tensores ajustables disponibles.

El intervalo de distancias nominales entre centros deber ser

( ) El ángulo de contacto en la polea menor debe ser mayor que 120°.

La mayor parte de las poleas comerciales son de hierro colado, y deben

limitarse a una velocidad de banda de 6500 pies/min (1980 m/min).

Se debe considerar un tipo alterno de transmisión, como los engranes o

cadena, si la velocidad de la banda es menor que 1000 pies/min.

Evitar temperaturas elevadas alrededor de las bandas.

Los números que coinciden aparecen impresos en las bandas industriales,

50 indica una longitud de banda que se aproxima mucho a la nominal. Las

bandas más largas llevan números por arriba de 50 que coinciden; los

bandas más cortas tienen números por abajo de esta cifra.

DATOS DE DISEÑO

Los datos que se presentan aquí son para bandas de sección angosta: 3V, 5V y

8V. Esos tres tamaños abarcan un gran intervalo de capacidades de transmisión

de potencia.

Figura 8 Grafica para la selección de bandas en V industriales de sección angosta (Dayco Corp, Dayton, OH)

Tabla 1 Factores de servicio para bandas V

La capacidad básica de potencia para una relación de velocidades de 1.00 se

indica con una curva sólida. Una banda determinada puede manejar mayor

potencia, a medida que aumenta la relación de velocidades, hasta una relación

aproximada de 3.38. Los incrementos mayores tienen poco efecto, y también

pueden causar problemas con el ángulo de contacto en la polea menor. La figura

es una gráfica de los datos de potencia agregada a la capacidad básica, en

función de la relación de velocidades para las bandas 5V.

Figura 10 Factor de corrección por ángulo de contacto,

Figura 9 Capacidades: Bandas en 3V y 5V

Figura 11 Factor por corrección por longitud de banda,

Tabla 2 Tamaños tentativos de poleas

Tensión de la banda

Es crítico dar una tensión inicial, para asegurar para que no resbale para la carga

de diseño. En reposo los dos lados de la banda tienen la misma tensión. Cuando

se transmite la potencia, aumenta la tensión del lado tenso, y disminuye la tensión

del lado flojo.

Transmisiones de bandas síncronas

Se fabrican con costillas o dientes transversales a la cara inferior de la banda. A

las bandas síncronas se las llama con frecuencia bandas de sincronización ya que

existe una relación fija entre la velocidad de la catalina motriz y la conductora. En

contraste las bandas en V se pueden estirar o deslizar con respecto a sus poleas

correspondientes, en especial bajo cargas grandes y demanda variable de

potencia.

Figura 12 Banda síncrona en una polea motriz

Figura 13 Poleas motriz y conducida para una transmisión de banda síncrona

En la figura 5 se muestran los pasos comunes de dientes y los tamaños de bandas

síncronas comerciales. El paso es la distancia del centro de un diente al centro

del siguiente diente.

Figura 14 Dimensiones de las bandas síncronas estándar

Existen disponibles varios anchos de banda para cada uno de los pasos, por lo

que se tiene una amplia variedad de capacidades de transmisión de potencia.

Procedimiento general de selección para transmisiones con bandas

síncronas

1. Especifique la velocidad de la polea motriz (en forma típica en un motor

eléctrico o de combustión) y la velocidad que se necesita en la polea

conducida.

2. Especifique la potencia nominal del motor impulsor.

3. Determine un factor de servicio, mediante las recomendaciones del

fabricante y considere el tipo de impulsor y la naturaleza de la máquina

impulsada.

4. Calcule la potencia de diseño, a multiplicar la potencia nominal del impulsor

por el factor de servicio.

5. Determine le paso necesario de la banda con datos específicos del

fabricante.

6. Calcule la relación de velocidades de las poleas motriz y conductora.

7. Selecciones varias combinaciones factibles de número de dientes en la

polea motriz y de la polea conducida.

8. De acuerdo con el intervalo deseado de distancias entre centros

aceptables, determine una longitud estándar de la banda, que permita tener

un valor adecuado.

9. Se podrá necesitar un factor de corrección por longitud de banda. Los datos

de catálogo indicaran que los factores son menores que 1.0 para distancias

entre centros menores, y mayores que 1.0 para mayores distancias. Eso

refleja la frecuencia con la que determina parte de lavanda se encuentra en

la zona de grandes esfuerzos, al entrar a la polea menor. Aplique el factor a

la capacidad nominal de potencia de la banda.

10. Especifique los detalles finales del diseño para las poleas, como bridas,

tipo, y tamaño de bujes en el cubo y el tamaño del orificio, para adaptarse a

los ejes correspondientes.

11. Hacer el resumen del diseño, comprobar la compatibilidad con los otros

componentes del sistema y preparar los documentos de compra.

Figura 15 Guía para la selección del paso de bandas síncronas

Transmisiones por cadena

Una cadena es un elemento de transmisión de potencia formado por una serie de

eslabones unidos con pernos. Este diseño permite tener la flexibilidad, permite

además que la cadena transmita grandes fuerzas de tensión.

Cuando se transmite potencia entre ejes giratorios, la cadena entra enruedas

dentadas correspondientes llamadas catalinas. En la siguiente figura 16 muestra

una trasmisión típica de cadena.

Figura 16.- Transmisión por cadena de rodillos

El tipo de cadenas más común es la cadena de rodillos, en la que el rodillo sobre

cada perno permite tener una fricción excepcionalmente baja entre la cadena y las

catalinas. Hay otros tipos que comprenden una variedad de diseños de eslabones

extendidos, y se usan principalmente en aplicaciones de transportes como se ve

en la siguiente figura 17.

Figura 17.- Algunos estilos de cadenas de rodillos

La cadena de rodillos estándar tiene designación de tamaño del 40 al 240, como

se muestra en la tabla 3. Los dígitos (aparte del cero al final) indica el paso de la

cadena, en octavos de pulgada, como en la tabla.

Las resistencias medidas a la tensión de los diversos tamaños de cadena también

se muestran en la tabla 3. Se puede emplear estos datos para transmisiones a

muy bajas velocidades, o en aplicaciones en la que la función de la cadena es

aplicar una fuerza de tensión o sostener una carga. Se recomienda emplear solo

el 10% de la resistencia promedio a la tensión en esas aplicaciones. Para trasmitir

potencia es necesario determinar la capacidad de cierto tamaño de cadena en

función de la velocidad de rotación.

Tabla 3.- Tamaños de cadenas de rodillos

Existe disponibilidad una gran variedad de accesorios para facilitar la aplicación de

la cadena de rodillos al transporte u otros usos de manejo de materiales. En el

caso normal, tienen la forma de placas prolongadas u orejas con orificios, y

facilitan la fijación a la cadena, de varillas, cangilones, impulsadores de partes,

dispositivos de soporte de partes o láminas de transportador. En la siguiente figura

18 muestra algunos estilos de accesorios.

Figura 18.- Conectores para cadenas

En la siguiente figura 19 muestra varios tipos de cadenas utilizadas especialmente

para transportar y en otras ocasiones parecidas. Esas cadenas tienen, en el caso

típico, paso más largo que el de la cadena normal de rodillos (el doble del paso,

casi siempre), las placas de eslabón son más gruesas. Los tamaños mayores

tienen placas de eslabón fundidas.

Figura 19. Cadenas por transportador

Diseño de transmisiones de cadena

La capacidad de transmisión de potencia de las cadenas tiene en cuenta tres

modos de falla:

1) Fatiga de las placas de eslabón, debido a la aplicación repetida de la

tensión en el lado tenso de la cadena.

2) El impacto de los rodillos al engranar en los dientes de las catalinas y

3) La abrasión entre los pernos de cada eslabón y sus bujes.

La capacidad se basan en datos empíricos con un impulsor uniforme y una carga

uniforme (factor de servicio=1) , con una duración nominal aproximada de 15000h.

Las variables importantes son el paso de la cadena y el tamaño y la velocidad de

giro de la catalina menor.

En las tablas siguientes presentan la potencia nominal para tres tamaños

normales de cadena: Número 40(1/2pulg), 60(3/4pulg) y 80(1pulg.) son

características de los datos disponibles para todos los tamaños de cadena en los

catálogos de sus fabricantes.

Observe las siguientes propiedades de esos datos:

1. Las capacidades se basan en la velocidad de la rueda menor, y son para

una duración esperada de 15000 horas, aproximadamente

2. Para una determinada velocidad, la capacidad de potencia aumenta con el

número de dientes de la catalina.

3. Para un determinado tamaño de catalina (determinado número de

dientes), la capacidad de potencia se incrementa al aumentar la velocidad,

hasta cierto punto, y después decrece.

4. Las capacidades son para cadenas de una hilera (cadenas simples).

Aunque las hileras múltiples aumentan la capacidad de potencia, no son

para un para un múltiplo directo de la capacidad de una sola hilera. Se

debe multiplicar la capacidad obtenida en las tablas por los siguientes

factores:

Dos hileras: factor=1.7

Tres hileras: factor=2.5

Cuatro hileras: factor=3.3

5. Las capacidades son para un factor de servicio de 1.0. Se debe especificar

un factor para determinada aplicación, de acuerdo con la tabla

Tabla 4.- Capacidades en caballos de fuerza-Cadena simple de rodillos número 40

Tabla 5. Capacidad en caballos de fuerza. Cadena simple de rodillos N° 60

Tabla 6. Capacidad en caballos de fuerza. Cadena simple de rodillos N° 80

Tabla 7. Factores de servicio para transmisiones por cadena

Lineamientos de diseño para transmisiones por cadena

1. La cantidad mínima de dientes en una Catarina debe ser de 17, a menos

que el impulsor funcione a una velocidad muy pequeña, menor que 1700

rpm.

2. La relación de velocidades máxima debe ser 7.0, aunque son posibles

relaciones mayores. Se pueden emplear dos o más etapas de reducción

para obtener relaciones mayores.

3. La distancia entre centros entre los ejes de catarinas debe ser de 30 a 50

pasos de cadena.

4. En el caso normal, la Catarina mayor no debe tener más de 120 dientes.

5. El arreglo preferido en una transmisión por cadena es con la línea central

de los ejes horizontal y con el lado tenso en la parte superior.

6. La longitud de la cadena debe ser un múltiplo entero del paso, y se

recomienda tener un número par de pasos.

Una relación adecuada de la distancia entre centros (C), longitud de cadena

(L), cantidad de dientes de Catarina pequeña (N1) y número de dientes de

la Catarina grande (N2), expresada en pasos de cadena es:

( )

7. El diámetro de paso de una Catarina con N dientes, para una cadena de

paso p, es:

( ⁄ )

8. El diámetro mínimo, y en consecuencia el número de dientes mínimo de

una Catarina se limitan con frecuencia por el tamaño del eje donde va

montada.

9. El arco de contacto ᶱ1 de la cadena en la Catarina menor debe ser mayor a

120°.

( )

10. Como referencia, el arco de contacto ᶱ2 en la Catarina mayor es:

( )

Lubricación

En la cadena existen muchas partes móviles, además de la interacción entre la

cadena y los dientes de la Catarina.

Propiedades

Derivado del petróleo.

El aceite debe conservarse limpio y sin humedad.

Tabla 8. Lubricante recomendado para transmisión por cadenas.

Método de lubricación

Tipo A.- Lubricación manual o por goteo. El aceite se aplica en forma copiosa al

menos una vez cada 8 horas.

Tipo B.- Lubricación de baño o con disco. La cubierta de la cadena proporciona un

colector de aceite, en el que se sumerge la cadena en forma continua.

Tipo C.- Lubricación con chorro de aceite. Una bomba de aceite envía un flujo

continuo en la parte inferior de la cadena.

CONCLUSIONES

La relación de velocidades máximas debe ser de 7.0, se debería emplear

más etapas para obtener relaciones mayores.

La longitud de la cadena debe ser un múltiplo entero del paso y se debe

tener un número de pasos par.

Es primordial dar lubricación a las transmisiones por cadenas debido a la

existencia de muchas partes móviles. Además se debe definir las

propiedades del lubricante y el método de lubricación.

Existen disponibles varios anchos de banda para cada uno de los pasos,

por lo que se tiene una amplia variedad de capacidades de transmisión de

potencia.

Cuando se transmite la potencia, aumenta la tensión del lado tenso, y

disminuye la tensión del lado flojo.

Para la tensión de la banda es crítico dar una tensión inicial, para asegurar

para que no resbale para la carga de diseño.

En instalaciones en que se utilizan bandas múltiples se necesita que las

bandas coincidan, asegurándose que las flechas o ejes que soportan

poleas acanaladas se enlazan sean paralelas y de que las poleas

acanaladas estén alineadas de manera que las bandas se incierta con

suavidad en las ranuras.

Las bandas dentadas permiten transferir mayor torque sin resbalamiento

entre la polea y la banda además de trabajar en con menores diámetros.

En algunas máquinas se prefiere usar las bandas planas ya que estas

resbalan cuando se excede el torque requerido y así evitando el daño a la

maquinaria

BIBLIOGRAFÍA

Mottt, R. L. (2006). Diseño de elementos de maquinas (Cuarta ed.). PEARSON

Education.