CADENASRUBEN ANDRES SALASUNIVERSIDAD DEL VALLE2005

Conocer las caractersticas generales de la transmisin por cadena, sus fundamentos de trabajo y los deterioros que sufren.

Conocer cmo se seleccionan y algunas recomendaciones de diseo

Conocer el mtodo de comprobacin de la vida til esperada de las transmisiones por cadenas.OBJETIVOS

CONTENIDOTRANSMISIONES POR CADENAS: INTRODUCCINVENTAJAS Y DESVENTAJASCLASIFICACINTENSIN EN UNA CADENA DE TRANSPORTECADENAS DE TRANSMISIN DE POTENCIA: TIPOSFUNCIONES DE LAS PIEZAS DE UNA CADENATAMAOS DE CADENAS A RODILLOSMATERIALESLUBRICACINLUBRICANTESPRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTODETERIOROS EN LAS TRANSMISIONES POR CADENASCLCULO Y SELECCIN DE CADENAS A RODILLOEFECTOS DE LA TEMPERATURA EN CADENAS DE ACEROCRITERIO PARA ESTIMAR LA VIDA DE UNA TRANSMISINRECOMENDACIONES DE DISEOCONCLUSIONES

Se emplean cuando se demanda grandes cargas en los accionamientos con alta eficiencia y sincronismo de velocidad en los elementos de rotacin

Aplicaciones industriales las cadenas de rodillos: perforadoras de pozos petrolferos terrestres y marinos, mecanismos de control de vuelo de aviones militares y civiles, motores diesel de grandes buques supertanques.

NORMALIZACIN: 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 mquinas que transmite potencia por medio de fuerzas extensibles.Sirven para transmitir potencias entre ejes que giran en el mismo plano a una relacin constante.Se pueden utilizar en relaciones de transmisin de hasta seis, y como mximo de hasta diez a vel

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 transmisin.

Tienen una vida til menor que la de los engranajes debido al desgaste que se produce en la articulacin.

Exigen una precisin ms alta en el montaje de los rboles que la de las transmisiones por correas.

A medida que aumenta la velocidad perifrica se exigen mejores condiciones de lubricacin.

CLASIFICACIONCadenas de carga: Son empleadas para suspender, elevar y bajar cargas. Usadas predominantemente en la mquinas elevadoras de carga. Bajas velocidades (hasta 0,25 m/s) y grandes cargas. Cadenas de traccin: Son empleadas para mover cargas en las mquinas transportadorasTrabajan con velocidades medias (hasta 2-4 m/s).Se emplean eslabones de pasos largos (entre los 50 y 1000 mm)Cadenas de transmisin de potencia: Usadas para trasmitir torque desde un eje de rotacin a otro.Eslabones pequeos y de gran precisin (pasos entre 4 y 63.5 mm)Objetivo: Reducir las cargas dinmicas, y con pasadores resistentes al desgaste para asegurar una conveniente duracin.

TENSION EN UNA CADENA DE TRANSPORTE

La tensin de la cadena de transmisin es calculada dividiendo la energa transmitida (indicada en kilowatts o caballos de fuerza) por la velocidad de cadena y multiplicndose por un coeficiente adecuado. Para velocidades ctes tales como el transportador horizontal, la tensin es seleccionada por los factores:1. El coeficiente de friccin entre la cadena y el carril cuando los objetos transportados se ponen en la cadena2.El coeficiente de la friccin entre los objetos transportados y el carril cuando los objetos transportados sellevan a cabo en el carril y son empujados por la cadena.T = tensin total en la cadena.M 1 = masa de la cadena.M 2 = masa de los objetos transportados.f 1 = coeficiente de la friccin cuando la cadena est volviendo.f 2 = coeficiente de la friccin cuando la cadena est transportando objetos.f 3 = coeficiente de la friccin cuando los objetos transportados se estn moviendo1,1 = prdidas del pin debido a los cambios direccionales de la cadena

CADENAS DE TRANSMISIN DE POTENCIACADENAS DE CASQUILLOSEstructuralmente coinciden con las cadenas de rodillosNo tienen rodillos, son ms ligeras y baratas. Algunas poseen casquillos con pasadores huecos.Pasos pequeos (entre 4 y 9,525 mm)Se emplean en las transmisiones principales de motocicletas, mecanismos motores de combustin 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 lubricacin esmerada.Velocidad recomendada v< 4 m/s

CADENAS DE ESLABONES PERFILADOSFcil montaje y desmontaje de sus eslabonesEl enlace de estos eslabones se hace al desplazar lateralmente el uno con respecto a otro.Su diseo permite su intercambio fcilmente: sin golpes o fuerzas excesivas.Velocidades muy bajas,inferiores a 1m/s: Poca precisin del paso de los eslabones favorece el impacto.Condiciones de lubricacin y proteccin imperfectasSe utilizan en la construccin de maquinaria agrcola.

CADENAS DENTADASConocidas como cadenas silenciosasconstan de un juego de chapas con formas dedientes.Articulan con deslizamiento o rodamiento, segn sea el tipo de la cadena.Articulaciones determinan su capacidad de trabajoMayor capacidad: cadenas con articulaciones de rodadura

CADENAS DE RODILLOSHa sido la de mayor difusin entre las cadenas de transmisin.Compuesta por placas interiores y exteriores que sealternan sucesivamente y unidas entre si de forma articulada.Articulacin: Pasador en unin con la placa exterior, Casquillo unido a los agujeros de las placas interiores y rodillo, montado con holgura en el casquilloRodillo: Disminuye el desgaste de los dientes de las ruedas y el propio casquillo.Montaje: Eslabones desmontables complementarios.Se recomienda un nmero par de eslabones, teniendo en cuenta que los eslabones de unin son ms resistentes que los correspondientes a un nmero impar de eslabones.

CADENAS DE TRANSMISIN DE POTENCIA

Placa exterior e interiorSoporta la tensin que se ejerce en la cadena.Sometidas a cargas de fatigaSe pueden presentar fuerzas de choque. Soporta una gran fuerza extensible esttica y las fuerzas dinmicas de las cargas de choque.Debe soportar condiciones ambientales.PasadorActa junto al casquillo como arco de contacto de los dientes del pin. Soporta toda la fuerza de transmisin.Otros Requerimientos: Resistencia a la flexin, Resistencia contra fuerzas de choque.CasquilloEstructura slida Base cilndrica perfecta para el rodillo: Duracin del rodillo en condiciones de alta velocidadRodilloSometido a la carga de impacto cuando esta en contacto con los dientes del pin con la cadena.Se sostiene entre los dientes del pin y del casquilloSe mueve en la cara del diente mientras que recibe una carga de compresin. Su superficie interna constituye una pieza del cojinete junto con la superficie externa del casquilloRequerimientos: Resistencia al desgaste, contra choques, fatiga y compresin.FUNCIONES DE LAS PIEZAS DE UNA CADENA

Paso: Separacin 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 mltiples hileras son casi proporcional al nmero de ramales. Generalmente la cantidad de hileras de rodillos se selecciona entre 2 4.TAMAOS DE CADENAS A RODILLOS

MATERIALES.Materiales para las cadenas.Seleccin del material y del tratamiento trmico: Afecta su duracin, la capacidad de trabajo, y por consiguiente la resistencia mecnica y al desgaste.

PlacasPlanchas laminadas en fro, de aceros medios en carbono o aleados, 40(Mo), 50(Cr), Durezas: 40-50 HRC.

Pasadores, ejes, manguitos y semicasquillosAceros para cementarTemple 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 dientesGeneralmente se fabrican de fundicin.

TiposOperacin manual.Peridica con un cepillo o aceiteraVolumen y frecuencia debe ser suficiente para mantener la cadena hmeda de aceite y permitir la penetracin de lubricante limpio entre las piezas de la cadena. Debe resistir la tendencia a gotear o escurrirse cuando la cadena est parada, como a ser expulsado por efecto de la fuerza centrfuga cuando la cadena est en movimiento.

Lubricacin 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.LUBRICACIN.Funcin: Atenuar el inevitable desgaste en las articulaciones de la cadena. Puede ser peridica o continua, en funcin de la velocidad de la cadena y de la potencia transmitida.

3. Lubricacin por bao o disco.Por bao de aceiteDepsito de aceite en un guardacadena. El nivel de aceite debe cubrir la cadena en su punto ms bajo estando en funcionamiento.Por discoSe usa un bao de aceite: La cadena funciona por encima del nivel de aceite.Un disco recoge aceite del depsito y lo deposita encima de la cadena.

4. Lubricacin por chorro de aceite.Suministro continuo de aceite desde una bomba o un sistema de lubricacin central. Debe situarse de tal modo que el aceite caiga antes de que engrane con el pin motriz.Con esto se ayuda a disminuir el impacto del rodillo con el diente del pin.La lubricacin con chorro de aceite da tambin una refrigeracin efectiva y un amortiguamiento de impacto a altas velocidades. LUBRICACIN.

Deben lubricarse empleando aceite con base de petrleo.Los aceites pesados y grasas son generalmente demasiados densos para introducirse entre las superficies de trabajo de la cadena.Es importante que el lubricante est libre de contaminantes, particularmente de partculas abrasivas.Proteger los accionamientos contra suciedad y humedadLUBRICANTES

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

El principio de funcionamiento se basa en que la transmisin de potencia entre la cadena y la rueda se efecta 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 polgono, esto produce pequeas fluctuaciones en el brazo de la fuerza perifrica y por consiguiente, tambin en la velocidad de la cadena y en la fuerza de la misma.La velocidad lineal de la cadena vara con el funcionamiento. La velocidad de la cadena tiene su mayor valor cuando el ngulo del eje del rodillo y la horizontal es igual a 0 y su menor valor para /2.

Los eslabones de la cadena, al acoplarse o entrar en contacto con las ruedas y al desacoplarse o salir de las ruedas estn sometidos a un plegado entre s. El rozamiento en las articulaciones de los eslabones que aparece por este motivo resulta una prdida de potencia y un desgaste en la transmisin.

El desgaste de los eslabones aumenta el paso efectivo de la cadena dando origen a que la cadena monte sobre una circunferencia perifrica 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 articulacionesCausa principal de fallo de las transmisiones por cadenas y provoca su alargamiento durante su funcionamiento, desgastndose principalmente los pasadores, los casquillos y rodillos. En accionamientos simples: 3% de su longitud inicialEn accionamientos de elevadas exigencias: 2% de su longitud inicialEn 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 rpidas y muy cargadas que trabajan dentro de carcasas cerradas con buena lubricacin

Prdida del ajuste por interferencia entre los pasadores y casquillos con las placas: Deterioro asociado a defectos de fabricacin y poca calidad de cadena. Pasadores y casquillos dan vueltas en los sitios de ajuste, con intensificacin del desgaste de las piezas conjugadas.

Picadura de los rodillos Aparicin sobre las superficies de los rodillos de pequeos hoyos semejantes a cavidades que crecen paulatinamente. Deterioro tpico 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 cadenaMucho mayor en cadenas cargadas y sujetas a elevadas velocidadesDeterioros en las Transmisiones por Cadenas

CALCULO Y SELECCIN DE CADENAS A RODILLO.Clculo y seleccin: Segn la presin especfica que puede soportar la articulacin. Los parmetros que se deben conocer son:

Potencia requerida en la mquina conducida Tipo de mquina motora y mquina conducida Velocidad de la mquina motora Velocidad de la mquina conducida Distancia tentativa entre ejes

PASOS A SEGUIR (FASE 1)Seleccin del nmero de dientes de la rueda pequea y verificar el nmero de dientes de la rueda grande.Seleccin del paso de la cadena en funcin de la velocidad de rotacin de la rueda pequea. Para nmr Z115, para nlimZ120.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

FASE 2Nmero de Eslabones de la CadenaVelocidad de la cadenaTensin en la cadenaRgimen de lubricacin

RGIMEN DE LUBRICACION

[p] es la presin admisible en las articulaciones.p : La presin en la articulacin : F entre rea resistiva A de la articulacinke coeficiente que toma en cuenta las condiciones reales de trabajo de la transmisin mr: factor de distribucin de carga entre las hileras de rodillo.CLCULO SEGN 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 distribucin no uniformede la carga en los ramales en una cadena multirramal.

TABLA DE SELECCIN

COEFICIENTE DE CARGA DINMICA KdEvala las cargas dinmicas externas debido a las perturbaciones que introducen la fuente de potencia motor y la mquina movida en la transmisin.

FUENTE DE POTENCIAMAQUINARIA IMPULSADAPAR TORSOR UNIFORMEPAR TORSOR NO UNIFORMEUNIFORME1.11.2IMPACTO LIGERO1.21.3IMPACTO MEDIO1.31.5IMPACTO PESADO1.41.7

COEFICIENTE POR LONGITUD DE LA CADENA Ka:Este coeficiente est referido a la distancia entre centros, es evidente que cuanto ms larga es la cadena, si son iguales las dems condiciones, se producir el engrane de la rueda con la total longitud de la cadena con menor frecuencia y por tanto ser menor el desgaste en las articulaciones.Para una vida til adecuada se recomiendan las siguientes distancias entre centros (C):

COEFICIENTE PARA LA REGULACIN 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 POSICIN DE LA CADENA Ki:Cuanto mayor sea la inclinacin de la transmisin respecto a la horizontal, el desgaste total admisible de la cadena es menor.

COEFICIENTE PARA EL RGIMEN DE TRABAJO Kr :Toma en cuenta la intensidad del trabajo de la cadena.COEFICIENTE DEL CARCTER DE LA LUBRICACIN Ki:Toma en cuenta las buenas condiciones de trabajo que reporta la lubricacin continua y la disminucin de la capacidad de carga en presencia de una lubricacin irregular.

EFECTOS DE LA TEMPERATURA EN CADENAS DE ACERO

Alta TemperaturaAumento en el desgaste debido a la disminucin de la dureza.Lubricacin incorrecta debido al deterioro o a la carbonizacin del lubricante.Empalmes rgidos y desgaste creciente debido a la formacin de la capa de xido.Disminucin en la fuerza.SS que se hace del acero inoxidable 304, Tmax= 650C a bajas velocidadesBaja temperaturaDisminucin de la resistencia al choque debido a la fragilidad producto de las bajas temperaturas.Solidificacin del lubricante.Especificacin KT :sometida a tratamiento trmico para soportar ambientes muy fros. SS-304, se puede tambin utilizar a bajas temperaturas.

Clculo 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 lubricacin, la limpieza de la transmisin, el tipo de cadena y el dinamismo de carga.Href= 15000 Horas, H>HadmCRITERIO PARA LA DETERMINACIN DE LA DURACIN DE UNA TRANSMISIN.

RECOMENDACIONES DE DISEOPaso de la cadena.Cadena simple o de una hilera con el paso ms pequeo: Accionamiento ms econmicoMayor nmero de hileras: Limitaciones de espacio o velocidad inadmisiblemente elevada

Nmero de dientes de los piones.Emplear el mayor nmero de dientes en el pin. Cuatro ventajas importantes dependen de Z1

Un flujo de potencia uniforme, Regularidad de funcionamiento, Alto rendimiento Larga duracin.

Dependencia: La cadena forma un polgono sobre el pin. Cuando la velocidad del pin es constante, la velocidad de la cadena est sujeta a una variacin cclica regular. Esta variacin cclica es menos acentuada cuando el nmero de dientes del pin motriz es superior a 19.

Existen aplicaciones en las que Z1

RECOMENDACIONES DE DISEONmero mximo de dientes.Nmero (Z2)< 120 - 150 dientes.Debido al desgaste, la cadena se sita en posiciones ms elevadas sobre el diente del pin: Cuando se desgastan las articulaciones el salto de la cadena sobre la rueda mayor es ms evidente. Desgate de la cadena permisible es el que da una elongacin del orden del 2-3% sobre la longitud nominal.Si la relacin de transmisin es grande, se debe disminuir el nmero de dientes de la rueda menor para garantizar una transmisin ms 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 mnimo sea de 6 7 dientes. Para relaciones de transmisin grandes, comprobar que el ngulo de engrane en el pin motriz no sea inferior a 120.Engrane de120 se obtiene con C Dp2-Dp1.La distancia entre centros debe adaptarse de ser posible, a la conveniencia de usar una cadena con un nmero par de eslabones, para evitar el uso de un eslabn especial. Posicin del accionamiento.Los accionamientos pueden funcionar en posicin horizontal, inclinada o vertical.Cuando la posicin del accionamiento es vertical o prxima a sta, es preferible que el pin motriz (Z1), est por encima del conducido (Z2), sobre todo si la transmisin es reductora.

CONCLUSIONES

En los diseos se deben emplear nmeros de dientes lo mayor posible y pasos pequeos para garantizar la suavidad de marcha, aunque esto exija de ms de una hilera.

La capacidad de trabajo se determina a partir del criterio de presiones admisibles ( p

BIBLIOGRAFIAElementos de Mquinas. DobrovolskiDiseo en Ingeniera Mecnica. Joseph E. Shigley. 6ta Ed.http://www.fi.uba.ar/materias/6712M/CUJAE_CUBA/http://dim.usal.es/eps/im/roberto/cmm/cmm.htm#downccmhttp://www.elprisma.com/apuntes/curso.asp?id=8660#http://www2.ing.puc.cl/~icm2312/apuntes/index.html