GENERALIDADES SOBRE LAS TRANSMISIONES DE POTENCIA PORCADENAS.

Dentro de las transmisiones mecánicas con enlace flexible entre el elemento motriz y la máquina movida se encuentra la transmisión por cadena como una de las más utilizadas para trasmitir potencia mecánica de forma eficiente, con sincronismo de velocidad angular entre los elementos vinculados y cuando existe demanda de grandes cargas en los accionamientos.

La transmisión por cadena está compuesta de una rueda dentada motriz, una o varias ruedas dentadas conducidas y un tramo de cadena unido por ambos extremos que engrana sobre las ruedas dentadas. La flexibilidad de la transmisión es garantizada con la cadena, la cual consta de eslabones unidos por pasadores, que permiten asegurar la necesaria flexibilidad de la cadena durante el engrane con las ruedas dentadas. En el caso más simple, la transmisión por cadena consta de una cadena y dos ruedas dentadas, denominadas ruedas de estrella, ruedas dentadas o sprockets, una de las cuales es conductora y la otra conducida.

Adicionalmente a las transmisiones por cadenas se le incorporan cubiertas protectoras (guarderas). En casos de transmisiones que trabajan muy cargadas y a elevadas velocidades se emplean carcazas donde la cadena es lubricada por inmersión o con surtidores de aceite a presión aplicados en las zonas de inicio del engrane entre la cadena y las ruedas dentadas.

En el caso de guarderas o carcazas, la envoltura no debe dificultar la regulación del tensado de la cadena para compensar el estirado de ella, producto del desgaste de sus eslabones y articulaciones. Generalmente, en las transmisiones por cadenas una de las ruedas es desplazable para garantizar el tensado adecuado de la cadena, de no ser así, se introducen dispositivos reguladores de la requerida tensión de la cadena. Habitualmente, con auxilio de dispositivos reguladores se puede compensar el alargamiento de la cadena hasta la longitud de dos eslabones, después de esto es conveniente quitar dos eslabones de la cadena y situar el dispositivo regulador en posición inicial.

Las transmisiones por cadenas tienen gran utilidad en las máquinas de transporte (bicicletas, motocicletas y automóviles), en máquinas agrícolas, transportadoras y equipos industriales en general. Algunas de las ventajas que presentan las transmisiones por cadenas al ser comparadas con otras transmisiones de enlace flexible, como las transmisiones por correas y poleas, son:

-.Dimensiones exteriores son menores.-.Ausencia de deslizamiento.-.Alto rendimiento.-.Pequeña magnitud de carga sobre los árboles.-.Posibilidad de cambiar con facilidad su elemento flexible (cadena).

En cambio, a las transmisiones por cadenas se les reconoce como inconvenientes que:-.Pueden ser un poco ruidosas.-.Requieren de una lubricación adecuada.-.Presentan cierta irregularidad del movimiento durante el funcionamiento de la transmisión.-.Requiere de una precisa alineación durante el montaje y un mantenimiento minucioso.Según su aplicación, las cadenas pueden ser divididas para su estudio en tres grupos:

Cadenas de carga: Son empleadas para suspender, elevar y bajar cargas. Ellas son empleadas predominantemente en las máquinas elevadoras de carga. Estas trabajan con bajas velocidades (hasta 0,25 m/s) y grandes cargas. Son construidas de eslabones simples, generalmente redondos o de bridas sencillas.

Cadenas de tracción: Son empleadas para mover cargas en las maquinas transportadoras, trabajan con velocidades medias (hasta 2-4 m/s). En su fabricación se emplean eslabones de pasos largos, usualmente entre los 50 y 1000 mm.

Cadenas de transmisión de potencia: En estos accionamientos, la cadena y la rueda son usadas como engranaje flexible para trasmitir torque desde un eje de rotación a otro. Generalmente son empleados eslabones pequeños y de gran precisión en sus dimensiones, con pasos entre 4 y 63.5 mm, con el objetivo de reducir las cargas dinámicas, y con pasadores resistentes al desgaste para asegurar una conveniente duración.

CADENAS DE RODILLOS

Una cadena de rodillos proporciona un método accesible y eficiente para transmitir potencia entre ejes paralelos. Los rodillos giran sobre casquetes que están ajustados a presión en las placas eslabón internas. La rotación de los pasadores en las placas eslabón externas se impide por el ensamble a presión. El rango en la escala de tamaños es grande, por lo que pueden usarse cadenas para grandes y pequeñas cantidades de potencia. Las cadenas pueden ser útiles para espaciamientos entre ejes que resultan muy grandes para engranes. Puede obtenerse una gran reducción en velocidad si se desea. Las tolerancias para un impulsor de cadena son mayores que para engranes y la instalación es relativamente sencilla.

Construcción básica de una cadena de rodillos

DIMENSIONES DE CADENAS DE TRANSMISIÓN DE RODILLO ESTÁNDAR (Fuente: ASME Standard B29.1M-1993, American Society of Mechanical Engineers.)

Rodillo Espesor Resistencia

Diámetro de la placa eslabón, a.

última

Cadena Paso, p, Diámetro Ancho del pasador, Strength

núm. pulgada H, pulgada E, pulgada d, pulgada pulgada mínima. Ib

25* 1/4 0.130* 1/8 0.0905 0.030 780

35* 3/8 0.200* 3/16 0.141 0.050 1,76041t 1/2 0.306 1/4 0.141 0.050 1,500

40 1/2 5/16 5/16 0.156 0.060 3,125

50 5/8 0.400 3/8 0.200 0.080 4,48060 3/4 15/32 1/2 0.234 0.094 7,030

80 1 5/8 5/8 0.312 0.125 12,500

100 1-1/4 3/4 3/4 0.375 0.156 19,530120 1-1/2 7/8 1 0.437 0.187 28,125

140 1-3/4 1 1 0.500 0.219 38,280

160 2 1-1/8 1-1/4 0.562 0.250 50,000180 2-1/4 1-13/32 1-13/32 0.687 0.2811 63,280

200 2-1/2 1-9/16 1-1/2 0.781 0.312 78,125

240 3 1-7/8 1-7/8 0.937 0.375 112,500

Las cadenas no constituyen riesgo de incendio y no son afectadas por temperaturas relativamente altas ni por la presencia de aceite o grasa. Sin embargo, las cadenas son más ruidosas que las bandas. Una pequeña rueda guía ajustable debería proporcionarse para remover una holgura excesiva de la cadena conforme ésta se desgasta. Debe localizarse en el exterior de la cadena sobre el lado flojo y cerca de la rueda dentada más pequeña.

CAPACIDAD DE DISEÑO DE CADENAS DE RODILLOS

A bajas velocidades, la potencia de los sistemas de cadenas de rodillos está determinada por la vida de fatiga de las placas eslabones. A altas velocidades, la potencia está determinada por la vida de fatiga de los casquetes de los rodillos. A muy altas velocidades, la potencia está determinada por la excoriación. La potencia de diseño de una cadena de rodillos estará determinada por:

Hpdiseño= (hp por trasmitirse * factor de servicio)/ factor de ramales múltiples

Esta potencia de diseño determina el tamaño de la cadena y los elementos de la rueda dentada. Está relacionada a la potencia real

que debe transmitirse multiplicada por un factor de servicio (mayor que uno) que toma en cuenta lo abrupto de la aplicación de la carga, y por un factor que toma en cuenta el uso de ramales múltiples para incrementar la capacidad de carga de un sistema de cadena y rueda dentada.

La potencia de diseño debería compararse con la potencia nominal de un tipo particular de cadena de rodillos. Las potencias nominales se dan usualmente en forma tabular para cada tipo de cadena de rodillos. La razón para usar tablas es que los valores han cambiado con el tiempo en la medida que los materiales y los diseños de los sistemas de cadenas de rodillos han mejorado. Las tablas mismas han cambiado conforme han sido posibles las mejoras en el diseño. Casi todo distribuidor de partes para sistemas de cadenas de rodillos tiene cartas de diseño aplicables a sus productos particulares. En la mayo-ría de los casos, esas cartas de diseño son fáciles de usar y contienen información adicional que permite al ingeniero de diseño hacer uso óptimo de esas partes estándar. La lubricación apropiada de las cadenas de rodillos es sumamente importante en su desempeño. Cuando las velocidades son muy altas, los requisitos de lubricación resultan más estrictos. Con una lubricación y alineación apropiadas, un sistema de cadena de rodillos y rueda dentada debería ser capaz de dar servicio durante 15,000 horas a carga plena.

Se tienen algunas directrices generales útiles en el diseño de sistemas de cadenas de rodillos que se han derivado de la experiencia práctica con esos versátiles sistemas de transmisión de potencia. Algunas de ellas son las siguientes:

a) Una longitud de cadena de aproximadamente 100 pasos es cercana a la óptima para el tamaño de la mayoría de las aplicaciones de las cadenas de rodillos.

b) Ruedas dentadas de 17 o más dientes deberían usarse para velocidades moderadas, y de 21 o más dientes usarse sólo para sistemas de alta velocidad. Las ruedas con menos de 17 dientes deberían usarse sólo para velocidades muy pequeñas.

c) Las razones de velocidad de un sistema de cadena de rodillos no deberían en general exceder de 7 a 1 en un solo sistema de impulsión. Si se requieren reducciones mayores, deberían usarse dos etapas de reducción.

d) Los sistemas de cadenas de rodillos que operan cerca de su capacidad máxima son a menudo muy ruidosos. Si se desean diseños silenciosos, se recomienda que el responsable del diseño use elementos que tengan una capacidad de potencia mayor que la realmente necesaria.

e) Puede obtenerse un incremento en la capacidad usando cadenas de rodillos de ramales múltiples. Éstos son esencialmente ensambles de cadenas de un solo ramal situadas lado a lado. Los pasadores se extienden a través del ancho total de la cadena y mantienen el alineamiento de los diferentes ramales. Deberían evitarse ejes en voladizo al usar cadenas de ramales múltiples, a menos que el eje sea muy rígido y sufra deflexiones muy pequeñas.

f) El claro superior de la cadena de un sistema impulsor de cadena de rodillos horizontal debería ser el lado derecho.

g) La distancia entre centros para un sistema de cadena de rodillos es óptima en el rango de 30 a 50 longitudes de paso.

h) El enrollamiento de la cadena alrededor de la rueda dentada más pequeña en un sistema impulsor debería ser por lo menos de 120° o 1/3 de los dientes. Para razones de velocidad de más de 3 a 1, la distancia entre centros debe ser mayor que la diferencia entre los diámetros de paso de las dos ruedas dentadas.

i) Pueden usarse ruedas guías para tomar la holgura en sistemas impulsores de cadena. Cuando éstas se usan, deben colocarse fuera del claro cerrado y cerca de la rueda dentada menor sobre el lado flojo.

j) El proyectista debe proporcionar protección, a base de tela de gallinero o láminas metálicas, al personal y al sistema impulsor.

EXCORIACIÓN DE LAS CADENAS DE RODILLOS

Cuando la carga es pesada y la velocidad alta, especialmente para pasos de 1 in y mayores, existe el peligro de excoriación o de que se suelden entre sí las superficies en contacto. Aunque tales diminutas soldaduras se rompen en forma inmediata, resulta de ello un rápido desgaste del metal. La velocidad máxima de operación para evitar la excoriación depende del tamaño de la cadena y rueda dentada y está dada en la norma B29.1M-1993 de la ASME. Una operación a velocidades mayores que los niveles que dan lugar a la excoriación es posible, siempre que se haga una reducción apropiada de la carga. Los cálculos son complicados y debe consultarse al fabricante de la cadena para obtener una recomendación adecuada.

ACCIÓN POLIGONAL

Cuando el número de dientes en la rueda dentada es pequeño, al eje impulsado de un transmisor de cadena de rodillos puede dársele un movimiento pulsante o con sacudidas. Por ejemplo, las ecuaciones para w2 indican que para ruedas dentadas con 10 dientes, la veloci-dad del eje impulsado variará de 5% por arriba a 5% por abajo de la

del impulsor. La velocidad de la cadena también varía. A veces, las cadenas transportadoras de eslabón largo son operadas sobre ruedas dentadas con tan sólo 5 o 6 dientes. La variación en velocidad será entonces nada deseable y se tendrá un incremento en los esfuerzos en la cadena y partes conectadas.

Variación de la velocidad de la rueda dentada impulsada que es causada por no estar los centros de los ejes a un número entero de pasos entre sí.

CADENAS DE TRANSMISIÓN DE POTENCIA.

Las diversas exigencias de explotación a que son sometidas las transmisiones por cadenas han permitido la aparición de una variedad de tipos de cadenas, las cuales satisfacen diferentes características y facilidades para la explotación.Dentro de las cadenas de transmisión de potencia los más conocidos tipos de cadenas son las de casquillos, las de eslabones perfilados (desmontables), las dentadas, las de rodillos y las correas dentadas.

Cadenas de Casquillos

Las cadenas de casquillos estructuralmente coinciden con las cadenas de rodillos, pero ellas se distingue porque no tienen rodillos, por eso son generalmente más ligeras y baratas. Actualmente son

empleadas algunas soluciones de cadenas extraligeras de casquillos con pasadores huecos para disminuir el peso de las cadenas.

Cadenas de Eslabones Perfilados

Este tipo de cadena tiene la ventaja de un fácil arme y desarme de sus eslabones, pues ellos no necesitan ningún otro elemento complementario. El enlace de estos eslabones se hace al desplazar lateralmente el uno con respecto a otro.

El diseño de estos eslabones permite su intercambio fácilmente, al poder ser sustituido un elemento de la cadena sin necesidad de desencaje de las articulaciones con empleo de golpes o fuerzas excesivas.

El inconveniente de este tipo de cadena es que solo pueden ser empleadas en velocidades muy bajas, por lo general inferior a 1m/s, debido al incremento de las cargas de impacto motivadas por la poca precisión del paso de los eslabones. Habitualmente, son explotadas en condiciones de lubricación y protección imperfectas, sin exigencias severas de reducción de las dimensiones exteriores. Usualmente, las cadenas de eslabones perfilados se utilizan en la construcción de maquinaria agrícola.

CADENA SILENCIOSA

Las cadenas dentadas, conocidas también como cadenas silenciosas, constan de un juego de chapas con formas de dientes. Estas chapas están enlazadas en determinado orden y articulan con deslizamiento o rodamiento, según sea el tipo constructivo de la cadena. Las articulaciones en las cadenas dentadas determinan en grado considerable su capacidad de trabajo, siendo superiores las cadenas con articulaciones de rodadura con empleo de prismas con superficies cilíndricas de trabajo apoyados en rebajos planos realizados en los agujeros de los eslabones.

La cadena dentada, para que durante el trabajo se asiente correctamente en las ruedas, se dota de unas chapas o platinas que sirven de guía. En pequeñas velocidades se aconseja utilizar cadenas con chapas guía centrales. En este último caso, en los dientes de las ruedas se deben hacer unas entalladuras para las chapas guías.

Varias son las normas de dimensiones establecidas para las cadenas dentadas, las más conocidas son: la alemana DIN 8190, la estadounidense ANSI B292M-82 y la soviética GOST 13552-81. Hasta el momento, no existe una normalización internacional de las cadenas dentadas, por tal motivo las dimensiones de las ruedas para estas

cadenas pueden variar entre normativas y fabricantes, haciendo que los sprockets no sean intercambiables para cadenas de diferentes marcas y fabricantes.

Las ruedas para cadenas dentadas deben permitir que los eslabones envuelvan completamente el dentado de las ruedas, por lo que el tallado de los sprockets son realizados con fresas de perfil cortante de flancos rectos. Dichas fresas tallan el perfil del diente por copiado y cada fresa puede ser empleada para ruedas de igual paso y número de dientes cercanos al del patrón de la fresa.

La cadena silenciosa o de diente invertido, es ampliamente usada en el campo de la transmisión de potencia. Se usan diferentes detalles de construcción de juntas con objeto de incrementar la vida de la cadena. Se requiere prestar cuidadosa atención a la lubricación. Usualmente son necesarias cubiertas para la cadena. Deben emplearse factores de servicio en el diseño.

Pasos estándar o distancia centro a centro de pasadores, son 3/8, 1/2, 5/8, 1, 1 ¼, 1 ½ y 2 in. Las ruedas dentadas pueden tener entre 21 y 150 dientes. Se requiere ajustar la distancia entre centros para compensar el desgaste. Puede obtenerse una mayor capacidad de potencia usando cadenas de mayor ancho. Las capacidades en caballos de potencia están dadas en los catálogos de los fabricantes.

Cadena silenciosa