CADENAS

• Conocer las características generales de

la transmisión por cadena, sus fundamentos

de trabajo y los deterioros que sufren.

• Conocer cómo se seleccionan y algunas

recomendaciones de diseño

OBJETIVOS

•Se emplean cuando se demanda grandes cargas en los accionamientos con alta eficiencia y

sincronismo de velocidad en los elementos de rotación

•Aplicaciones industriales las cadenas de rodillos: perforadoras de pozos petrolíferos terrestres

y marinos, mecanismos de control de vuelo de aviones militares y civiles, motores diesel de

grandes buques supertanques.

NORMALIZACIÓN:

•DIN (Deutches Institut for Normang)

•BS (British Standard)

•ANSI (American National Standard Institute)

•ISO: Todas estas normas se agrupan en dos partes fundamentales:

•Serie Europea: DIN 8187 y BS 228,agrupadas en la norma ISO 606 tipo B.

•Serie Americana: DIN 8188 y ANSI B:29, agrupadas en la norma ISO 606 tipo A.

TRANSMISIONES POR CADENAS

•Es un elemento de máquinas que transmite

potencia por medio de fuerzas extensibles.

•Sirven para transmitir potencias entre ejes

que giran en el mismo plano a una relación

constante.

•Se pueden utilizar en relaciones de

transmisión de hasta seis, y como máximo de

hasta diez a vel<650 ft/min =3,3m/s.

•Eficiencia del 97-98 %

•No hay deslizamiento.

•Inversión inicial: aproxmente el 85% de

engranajes

•Distancia entre ejes, donde los engranajes

necesitarían ruedas locas ó escalones

intermedios.

•Choques de gran periodicidad y velocidades

elevadas: Amortiguadores con el fin de limitar

las oscilaciones de la cadena.

•Distancia entre ejes muy grandes: Apoyos,

disminuyen esfuerzos debido al propio peso.

CADENAS

VENTAJAS

• Posibilidad de empleo en una amplia gama de distancia entre centros.

• Dimensiones exteriores menores que las transmisiones por correas.

• Ausencia de deslizamiento.

• Alta eficiencia.

• Posibilidad de transmitir el movimiento a varias ruedas con una sola fuente de potencia.

DESVENTAJAS

• Irregularidad durante el funcionamiento de la transmisión.

• Tienen una vida útil menor que la de los engranajes debido al desgaste que se produce en la articulación.

• Exigen una precisión más alta en el montaje de los árboles que la de las transmisiones por correas.

• A medida que aumenta la velocidad periférica se exigen mejores condiciones de lubricación.

CLASIFICACIONCadenas de carga:

•Son empleadas para suspender, elevar y bajar cargas.

• Usadas predominantemente en la máquinas elevadoras de carga.

•Bajas velocidades (hasta 0,25 m/s) y grandes cargas.

Cadenas de tracción:

•Son empleadas para mover cargas en las máquinas transportadoras

•Trabajan con velocidades medias (hasta 2-4 m/s).

•Se emplean eslabones de pasos largos (entre los 50 y 1000 mm)

Cadenas de transmisión de potencia:

•Usadas para trasmitir torque desde un eje de rotación a otro.

•Eslabones pequeños y de gran precisión (pasos entre 4 y 63.5 mm)

•Objetivo: Reducir las cargas dinámicas, y con pasadores resistentes al

desgaste para asegurar una conveniente duración.

TENSION EN UNA CADENA DE TRANSPORTE

La tensión de la cadena de transmisión es calculada dividiendo la energía transmitida (indicada en kilowatts o

caballos de fuerza) por la velocidad de cadena y multiplicándose por un coeficiente adecuado.

Para velocidades ctes tales como el transportador horizontal, la tensión es seleccionada por los factores:

1. El coeficiente de fricción entre la cadena y el carril cuando los objetos transportados se ponen en la cadena

2.El coeficiente de la fricción entre los objetos transportados y el carril cuando los objetos transportados se

llevan a cabo en el carril y son empujados por la cadena.

T = tensión total en la cadena.

M 1 = masa de la cadena.

M 2 = masa de los objetos transportados.

f 1 = coeficiente de la fricción cuando la cadena está volviendo.

f 2 = coeficiente de la fricción cuando la cadena está transportando objetos.

f 3 = coeficiente de la fricción cuando los objetos transportados se están moviendo

1,1 = pérdidas del piñón debido a los cambios direccionales de la cadena

1 1 2 1 3 21,1T g f M f M f M

CADENAS DENTADAS

•Conocidas como cadenas silenciosas

•constan de un juego de chapas con formas de

dientes.

•Articulan con deslizamiento o rodamiento, según sea el tipo

de la cadena.

•Articulaciones determinan su capacidad de trabajo

•Mayor capacidad: cadenas con articulaciones de rodadura

CADENAS DE RODILLOS

•Ha sido la de mayor difusión entre las cadenas de

transmisión.

•Compuesta por placas interiores y exteriores que se

alternan sucesivamente y unidas entre si de forma

articulada.

•Articulación: Pasador en unión con la placa exterior,

Casquillo unido a los agujeros de las placas interiores y

rodillo, montado con holgura en el casquillo

•Rodillo: Disminuye el desgaste de los dientes de las ruedas

y el propio casquillo.

•Montaje: Eslabones desmontables complementarios.

•Se recomienda un número par de eslabones, teniendo en

cuenta que los eslabones de unión son más resistentes que

los correspondientes a un número impar de eslabones.

CADENAS DE TRANSMISIÓN DE POTENCIA

CADENAS DE TRANSMISIÓN DE POTENCIA

CADENAS DE CASQUILLOS

•Estructuralmente coinciden con las cadenas de rodillos

•No tienen rodillos, son más ligeras y baratas.

• Algunas poseen casquillos con pasadores huecos.

•Pasos pequeños (entre 4 y 9,525 mm)

•Se emplean en las transmisiones principales de motocicletas,

mecanismos motores de combustión interna ( Fiat Campagnolo,

Mercedes Benz D y Opel Diesel 3L5.

•Ausencia de rodillos en las cadenas de casquillos intensifican el

desgaste de los dientes de las ruedas: casquillos resbalan por los

dientes.

•Requieren una lubricación esmerada.

•Velocidad recomendada v< 4 m/s

•Placa exterior e interior

•Soporta la tensión que se ejerce en la cadena.

•Sometidas a cargas de fatiga

•Se pueden presentar fuerzas de choque.

•Soporta una gran fuerza extensible estática y las fuerzas dinámicas

de las cargas de choque.

•Debe soportar condiciones ambientales.

•Pasador

•Actúa junto al casquillo como arco de contacto de los dientes del

piñón.

•Soporta toda la fuerza de transmisión.

•Otros Requerimientos: Resistencia a la flexión, Resistencia contra

fuerzas de choque.

•Casquillo

•Estructura sólida

•Base cilíndrica perfecta para el rodillo: Duración del rodillo en

condiciones de alta velocidad

•Rodillo

•Sometido a la carga de impacto cuando esta en contacto con los

dientes del piñón con la cadena.

•Se sostiene entre los dientes del piñón y del casquillo

•Se mueve en la cara del diente mientras que recibe una carga de

compresión.

•Su superficie interna constituye una pieza del cojinete junto con la

superficie externa del casquillo

•Requerimientos: Resistencia al desgaste, contra choques, fatiga y

compresión.

FUNCIONES DE LAS PIEZAS DE UNA CADENA

•Paso: Separación entre ejes de los rodillos, llamada paso (P)

•Grandes cargas y velocidades para evitar pasos grandes: cadenas de varias hileras de

rodillos.

•Las potencias a trasmitir de las cadenas de múltiples hileras son casi proporcional al

número de ramales.

• Generalmente la cantidad de hileras de rodillos se selecciona entre 2 – 4.

TAMAÑOS DE CADENAS A RODILLOS

MATERIALES.Materiales para las cadenas.

Selección del material y del tratamiento térmico: Afecta su duración, la capacidad de trabajo, y

por consiguiente la resistencia mecánica y al desgaste.

Placas

•Planchas laminadas en frío, de aceros medios en carbono o aleados, 40(Mo), 50(Cr),

•Durezas: 40-50 HRC.

Pasadores, ejes, manguitos y semicasquillos

•Aceros para cementar

•Temple hasta 50-65 HRC.

Rodillos

•Se fabrican de acero 60 (Cr-Va)

•Durezas entre 47-55 HRC.

Materiales para las ruedas de cadenas (Sprockets).

Hasta 30 dientes:

•Aceros de medio carbono 40 con temple superficial (Durezas de HRC 45-55)

•Aceros para cementar (Profundidades de 1 - 1.5mm) y temple hasta HRC 55-60

Por encima de 30 dientes

•Generalmente se fabrican de fundición.

Tipos

1. Operación manual.

• Periódica con un cepillo o aceitera

• Volumen y frecuencia debe ser suficiente para

mantener la cadena húmeda de aceite y permitir la

penetración de lubricante limpio entre las piezas de la

cadena.

• Debe resistir la tendencia a gotear o escurrirse cuando

la cadena está parada, como a ser expulsado por

efecto de la fuerza centrífuga cuando la cadena está en

movimiento.

2. Lubricación por goteo.

• Las gotas se dirigen entre los extremos de las placas

de los eslabones desde un lubricador de goteo.

• Volumen y la frecuencia suficientes para que el

lubricante penetre entre las piezas de la cadena.

LUBRICACIÓN.Función: Atenuar el inevitable desgaste en las articulaciones de la cadena.

Puede ser periódica o continua, en función de la velocidad de la cadena y de la

potencia transmitida.

3. Lubricación por baño o disco.

Por baño de aceite

• Depósito de aceite en un guardacadena.

• El nivel de aceite debe cubrir la cadena en su punto

más bajo estando en funcionamiento.

Por disco

• Se usa un baño de aceite: La cadena funciona por

encima del nivel de aceite.

• Un disco recoge aceite del depósito y lo deposita

encima de la cadena.

4. Lubricación por chorro de aceite.

• Suministro continuo de aceite desde una bomba o

un sistema de lubricación central.

• Debe situarse de tal modo que el aceite caiga antes

de que engrane con el piñón motriz.

• Con esto se ayuda a disminuir el impacto del rodillo

con el diente del piñón.

• La lubricación con chorro de aceite da también una

refrigeración efectiva y un amortiguamiento de

impacto a altas velocidades.

LUBRICACIÓN.

• Deben lubricarse empleando aceite con base de petróleo.

• Los aceites pesados y grasas son generalmente demasiados densos para introducirse entre las superficies de trabajo de la cadena.

• Es importante que el lubricante esté libre de contaminantes, particularmente de partículas abrasivas.

• Proteger los accionamientos contra suciedad y humedad

LUBRICANTES

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

•El principio de funcionamiento se basa en que la transmisión de potencia entre la cadena y la rueda

se efectúa por un acoplamiento de forma y de fuerza entre los dientes de las ruedas (sprockets) y los

eslabones de la cadena.

•La cadena se adapta a la rueda en forma de polígono, esto produce pequeñas fluctuaciones en el

brazo de la fuerza periférica y por consiguiente, también en la velocidad de la cadena y en la fuerza

de la misma.

•La velocidad lineal de la cadena varía con el funcionamiento. La velocidad de la cadena tiene su

mayor valor cuando el ángulo del eje del rodillo y la horizontal es igual a 0° y su menor valor para γ/2.

•Los eslabones de la cadena, al

acoplarse o entrar en contacto con las

ruedas y al desacoplarse o salir de las

ruedas están sometidos a un plegado

entre sí. El rozamiento en las

articulaciones de los eslabones que

aparece por este motivo resulta una

pérdida de potencia y un desgaste en la

transmisión.

•El desgaste de los eslabones aumenta

el paso efectivo de la cadena dando

origen a que la cadena monte sobre una

circunferencia periférica mayor de la

rueda. En casos extremos, llega a

rebasarse la circunferencia de cabeza

de los dientes y la cadena salta de la

rueda.

Desgaste de las articulaciones

•Causa principal de fallo de las transmisiones por cadenas y provoca su alargamiento durante su

funcionamiento, desgastándose principalmente los pasadores, los casquillos y rodillos.

•En accionamientos simples: 3% de su longitud inicial

•En accionamientos de elevadas exigencias: 2% de su longitud inicial

•En accionamientos con exigencias de sincronismo: 1% de su longitud inicial

Rotura de los agujeros de las placas

•Asociada a una rotura por fatiga del material en los agujeros de las placas.

•Grandes probabilidades de ocurrencia en las cadenas de rodillos rápidas y muy cargadas que trabajan

dentro de carcasas cerradas con buena lubricación

Pérdida del ajuste por interferencia entre los pasadores y casquillos con las placas:

•Deterioro asociado a defectos de fabricación y poca calidad de cadena.

•Pasadores y casquillos dan vueltas en los sitios de ajuste, con intensificación del desgaste de las piezas

conjugadas.

Picadura de los rodillos

•Aparición sobre las superficies de los rodillos de pequeños hoyos semejantes a cavidades que crecen

paulatinamente.

•Deterioro típico de fatiga superficial del material y puede ocurrir en cadenas sumergidas en aceite con

rodillos poco endurecidos.

Desgaste de los dientes de las ruedas:

•Contacto con deslizamiento entre los dientes de las ruedas y los rodillos de la cadena

•Mucho mayor en cadenas cargadas y sujetas a elevadas velocidades

Deterioros en las Transmisiones por Cadenas

CALCULO Y SELECCIÓN DE CADENAS A RODILLO.

•Cálculo y selección: Según la presión específica que puede soportar la

articulación. Los parámetros que se deben conocer son:

• Potencia requerida en la máquina conducida

• Tipo de máquina motora y máquina conducida

• Velocidad de la máquina motora

• Velocidad de la máquina conducida

• Distancia tentativa entre ejes

PASOS A SEGUIR (FASE 1)

•Selección del número de dientes de la rueda pequeña y verificar el

número de dientes de la rueda grande.

•Selección del paso de la cadena en función de la velocidad de rotación

de la rueda pequeña. Para nmr Z1≥15, para nlimZ1≥20.

•Analizar sucesivamente con varios pasos para elegir un paso racional.

•Seleccionar la cadena con el paso lo menor posible entre las que

permiten transmitir la potencia requerida

1 [ / ]60000

Z pnv m s

PotF

v

FASE 2

•Número de Eslabones de la Cadena

•Velocidad de la cadena

•Tensión en la cadena

•Régimen de lubricación

RÉGIMEN DE LUBRICACION

•[p] es la presión admisible en las articulaciones.

•p : La presión en la articulación : F entre área resistiva A de la articulación

•ke coeficiente que toma en cuenta las condiciones reales de trabajo de la transmisión

•mr: factor de distribución de carga entre las hileras de rodillo.

CÁLCULO SEGÚN LAS PRESIONES (FASE 3)

Para mr ≤ 1 , tomar cadenas de una hilera de rodillos.

Para 1 < mr ≤ 1,7 , tomar cadenas de 2 hileras de rodillos.

Para 1,7 < mr ≤ 2,5 , tomar cadenas de 3 hileras de rodillos.

Para 2,5 < mr ≤ 3 , tomar cadenas de 4 hileras de rodillos.

El coeficiente mr tiene en cuenta la distribución no uniforme

de la carga en los ramales en una cadena multirramal.

TABLA DE SELECCIÓN

FUENTE DE POTENCIA

MAQUINARIA

IMPULSADA

PAR TORSOR

UNIFORME

PAR TORSOR NO

UNIFORME

UNIFORME 1.1 1.2

IMPACTO LIGERO 1.2 1.3

IMPACTO MEDIO 1.3 1.5

IMPACTO

PESADO1.4 1.7

•COEFICIENTE DE CARGA DINÁMICA Kd

Evalúa las cargas dinámicas externas debido a las perturbaciones

que introducen la fuente de potencia motor y la máquina movida

en la transmisión.

•COEFICIENTE POR LONGITUD DE LA CADENA Ka:

Este coeficiente está referido a la distancia entre centros, es evidente que cuanto

más larga es la cadena, si son iguales las demás condiciones, se producirá el

engrane de la rueda con la total longitud de la cadena con menor frecuencia y por

tanto será menor el desgaste en las articulaciones.

Para una vida útil adecuada se recomiendan las siguientes distancias entre

centros (C):

•COEFICIENTE PARA LA REGULACIÓN DE LA CADENA Kreg:

Toma en cuenta la posibilidad de ajustar el estiramiento de la cadena al

desgastarse y por ello permite mayor capacidad en cadenas con reglajes.

•COEFICIENTE DE POSICIÓN DE LA CADENA Ki:

Cuanto mayor sea la inclinación de la transmisión respecto a la

horizontal, el desgaste total admisible de la cadena es menor.

•COEFICIENTE PARA EL RÉGIMEN DE TRABAJO Kr :

Toma en cuenta la intensidad del trabajo de la cadena.

•COEFICIENTE DEL CARÁCTER DE LA LUBRICACIÓN Ki:

Toma en cuenta las buenas condiciones de trabajo que

reporta la lubricación continua y la disminución de la

capacidad de carga en presencia de una lubricación irregular.

EFECTOS DE LA TEMPERATURA EN CADENAS DE ACERO

Alta Temperatura

•Aumento en el desgaste debido a la disminución de la dureza.

•Lubricación incorrecta debido al deterioro o a la carbonización del lubricante.

•Empalmes rígidos y desgaste creciente debido a la formación de la capa de óxido.

•Disminución en la fuerza.

•SS que se hace del acero inoxidable 304, Tmax= 650°C a bajas velocidades

Baja temperatura

•Disminución de la resistencia al choque debido a la fragilidad producto de las bajas temperaturas.

•Solidificación del lubricante.

•Especificación KT :sometida a tratamiento térmico para soportar ambientes muy fríos.

• SS-304, se puede también utilizar a bajas temperaturas.

Cálculo estimado. Los factores que influyen en el proceso de desgaste de las articulaciones

son muy diversos.

•Criterio: aumento del paso en la cadena hasta el punto en puede ocurrir el salto de la cadena

por encima de la rueda.

•Alargamiento admisible: 3% de su longitud inicial.

•Este criterio toma en cuenta la norma de desgaste admisible, las condiciones de lubricación,

la limpieza de la transmisión, el tipo de cadena y el dinamismo de carga.

•Href= 15000 Horas, H>Hadm

CRITERIO PARA LA DETERMINACIÓN DE

LA DURACIÓN DE UNA TRANSMISIÓN.

RECOMENDACIONES DE DISEÑO

Paso de la cadena.

•Cadena simple o de una hilera con el paso más pequeño: Accionamiento más económico

•Mayor número de hileras: Limitaciones de espacio o velocidad inadmisiblemente elevada

Número de dientes de los piñones.

Emplear el mayor número de dientes en el piñón. Cuatro ventajas importantes dependen de Z1

• Un flujo de potencia uniforme,

• Regularidad de funcionamiento,

• Alto rendimiento

• Larga duración.

Dependencia: La cadena forma un polígono sobre el piñón. Cuando la velocidad del piñón es

constante, la velocidad de la cadena está sujeta a una variación cíclica regular. Esta variación

cíclica es menos acentuada cuando el número de dientes del piñón motriz es superior a 19.

Existen aplicaciones en las que Z1<17 debido al ahorro de espacio o por condiciones

velocidad/potencia puede dar un funcionamiento aceptable: Accionamientos movidos a mano,

mecanismos, bicicletas, etc.

Número de dientes impar.

Muchos accionamientos tienen un número par de eslabones en su cadena debido a la sencillez

del eslabón de cierre. Usando un piñón motriz con un número de dientes impar, se obtiene una

distribución uniforme del desgaste tanto en la cadena como en el piñón.

RECOMENDACIONES DE DISEÑO

Número máximo de dientes.

•Número (Z2)< 120 - 150 dientes.

•Debido al desgaste, la cadena se sitúa en posiciones más elevadas

sobre el diente del piñón: Cuando se desgastan las articulaciones el

salto de la cadena sobre la rueda mayor es más evidente.

•Desgate de la cadena permisible es el que da una elongación del

orden del 2-3% sobre la longitud nominal.

•Si la relación de transmisión es grande, se debe disminuir el número

de dientes de la rueda menor para garantizar una transmisión más

compacta y para evitar que Z2>150 dientes.

Distancia entre centros.

•La distancia entre centros (C): 30 a 50 veces el paso de la cadena.

•Engrane mínimo sea de 6 ó 7 dientes. Para relaciones de

transmisión grandes, comprobar que el ángulo de engrane en el

piñón motriz no sea inferior a 120º.

•Engrane de120º se obtiene con C≥ Dp2-Dp1.

•La distancia entre centros debe adaptarse de ser posible, a la

conveniencia de usar una cadena con un número par de eslabones,

para evitar el uso de un eslabón especial.

Posición del accionamiento.

•Los accionamientos pueden funcionar en posición horizontal,

inclinada o vertical.

•Cuando la posición del accionamiento es vertical o próxima a ésta,

es preferible que el piñón motriz (Z1), esté por encima del conducido

(Z2), sobre todo si la transmisión es reductora.

CONCLUSIONES

• En los diseños se deben emplear números de dientes lo mayor

posible y pasos pequeños para garantizar la suavidad de marcha,

aunque esto exija de más de una hilera.

• La capacidad de trabajo se determina a partir del criterio de

presiones admisibles ( p<[p]), para evitar un desgaste prematuro en

las articulaciones que aumente el paso y haga inservible la cadena en

un período de tiempo corto.

• Para aumentar la duración de una transmisión se debe bajar el

dinamismo de carga, esto se logra con la disminución del paso, el

aumento del número de dientes de la rueda motriz y la distancia entre

centros, mejores condiciones de lubricación y limpieza.

• Para aumentar la capacidad de trabajo de una transmisión se puede

aumentar el número de hileras, aumentar el paso o mejorar las

condiciones de explotación de la transmisión.

BIBLIOGRAFIA

• Elementos de Máquinas. Dobrovolski

• Diseño en Ingeniería Mecánica. Joseph E. Shigley. 6ta Ed.

• http://www.fi.uba.ar/materias/6712M/CUJAE_CUBA/

• http://dim.usal.es/eps/im/roberto/cmm/cmm.htm#downccm

• http://www.elprisma.com/apuntes/curso.asp?id=8660#

• http://www2.ing.puc.cl/~icm2312/apuntes/index.html