Catarinas y Cadenas

PA B L O I V Á N T E L L O S A N D O VA L FELIX JUÁREZ DURÁN LUIS ARMANDO ROMERO TÉLLEZ JOSUÉ SOTO VÍLCHEZ SAÚL ONTIVEROS SEGUNDO

INTRODUCCIÓN Los sistemas de transmisión por cadena  se emplean para transmitir movimiento entre dos ejes paralelos   que se encuentran alejados entre sí, aunque las diferentes configuraciones de los elementos que la componen, pueden hacer variar la función final del sistema, es decir, decir, el sistema puede tener la finalidad de trasmitir movimiento entre los ejes, servir como sistemas trasportadores.

de

elevación

o

como

sistemas

Estos sistemas constituyen uno de los métodos más eficientes utilizados para transmitir potencia mecánica, dado que los dientes de las ruedas dentadas evitan que la cadena resbale. Esta condición les da más capacidad de trasmisión y las hace más confiables.

ELEMENTOS DEL SISTEMA DE TRANSMISIÓN El sistema consta de dos ruedas dentadas y un miembro deformable, formado por una serie de eslabones rígidos que pueden tener un giro relativo entre ellos los cuales constituyen una cadena. Estos sistemas trasmiten el movimiento entre los ejes por medio del empuje generado entre los eslabones de la cadena y los dientes de las ruedas, que en la práctica se conocen como catarinas. La configuración más común se compone de dos catarinas (ruedas dentadas) y una cadena de eslabones, aunque en la práctica con el objetivo de evitar que la cadena se salga (descarrile) de las ruedas dentadas que arrastra, se emplean mecanismos de tensión para mantener la tensión de la cadena.

COMPONENTES DE LA CADENA De forma individual las cadenas se componen de eslabones que a su vez incluyen una serie de elementos que pueden variar en forma y cantidad en función del tipo de cadena. Para el caso de las cadenas de rodillos, se incluyen  placas o bridas interiores y exteriores, bujes, rodillos y en algunos casos pines  para garantizar garantizar la unión de los elementos.

La transmisión por cadenas puede tener diferentes configuraciones y disposiciones, tales como el uso de varias líneas o hileras de cadenas con el objetivo de trasmitir mayores niveles de potencia.

En la práctica en función de la aplicación y las condiciones a las que se someterla el sistema de trasmisión por cadena se emplean diferentes materiales en su construcción. Para los ambientes corrosivos y de altas humedades, se suelen construir en materiales con aleaciones de níquel y zinc para evitar la corrosión de los componentes de la cadena.

Para los casos donde la cadena está en contacto permanente con agua se emplean cadenas en acero inoxidable.

Cuando la aplicación especifica excluye el uso de lubricantes, se emplean eslabones sintéticos o rodillos construidos en polímeros, los cuales evitan el desgaste de las piezas y se evita el uso de lubricantes que podrían contaminar un determinado proceso.

Los sistemas de trasmisión por cadena se pueden clasificar en función de las características de las cadenas y su aplicación. En general se pueden destacar tres grupos de cadenas , las cuales son: Las cadenas de rodillos. Cadenas para ingeniería y cadenas silenciosas.

Están formadas por eslabones de chapa de acero unidos mediante ejes que llevan un rodillo giratorio. Esta característica constructiva hace que tengan la capacidad de articular perfectamente durante el engranaje con las ruedas dentadas o sprockets. Las cadenas de rodillos se utilizan en una amplia variedad

de aplicaciones de trasmisión de potencia para todas las industrias. Este tipo de cadenas se emplean cotidianamente en trasmisiones de motocicletas, sistemas de sincronización de vehículos, en transmisiones de máquinas.

Se denominan de esta forma, porque son empleadas en aplicaciones técnicas e incluyen aditamentos especiales para que cumplan eficientemente con su propósito. Estas cadenas son ideales para trabajo pesado, pueden manejar velocidades de hasta 1000 pies/min y potencias de hasta 500 HP. E s t a s c a d e n a s s o n e m p l e a d a s en s i s t e m a s e l ev a d o r e s y t r a s p o r t a d o r e s .

Las cuales son empleadas para trasmisión y están construidas de perfiles, pasadores y bujes, y se excluyen los rodillos, por lo que son también conocidas como cadenas de mallas. Las cadenas silenciosas incluyen dientes invertidos, diseñados para enganchar con los dientes de las ruedas tal como si fueran engranajes. Las cadenas silenciosas s e emplean en aplicaciones de alta o p e r a c i o n e s s u a v es y s i l en c i o s a s .

velocidad

y

altas

cargas,

y

CATARINAS O SPROCKETS De forma técnica los sprockets o ruedas dentadas para trasmisiones por cadenas se pueden clasificar en dos tipos , las sprockets comerciales y sprockets de precisión. Cuando las velocidades son moderadas se pueden usar sprockets comerciales,   pero cuando la velocidad es alta, combinada con altas cargas se recomienda usar sprockets de precisión. Los sprockets incluyen características geométricas que permiten establecer formas comunes de sprockets, ellas son:

TIPOS DE CATARINAS.

Con cubo desmontable – sólida o partida (Tipo D)

En el proceso de diseño de un sistema de trasmisión por cadena, se deben tener en cuenta las siguientes recomendaciones relacionadas con las sprockets: 





Cando las velocidades son superiores a 500 rpm y se usan sprockets de menos de 25 dientes, se recomienda usar materiales resistentes al desgaste para construir las ruedas. Cuando se usa la sprocket o rueda mayor con un número de dientes mayor a 128 ó más de 8 veces el número de dientes de la sprocket o rueda menor, se recomienda de ser posible hacer la reducción en dos o más pasos. La distancia entre centros debe cumplir las siguientes recomendaciones: • La distancia entre centros no debe ser menor a 30 veces el paso. • La distancia entre centros no debe ser mayor a 50 veces el paso.

Las características básicas de las transmisiones de cadena incluyen una relación constante puesto que no se involucra al deslizamiento ni al arrastre, vida larga y capacidad para impulsar varios ejes a partir de una sola fuente de potencia. La ANSI estandarizo las cadenas de rodillos con respecto a su tamaño. En la figura 17-16 se muestra la nomenclatura. El paso es la distancia lineal entre los centros de los rodillos. El ancho es el espacio entre las placas de eslabón interiores. Estas cadenas se fabrican con torón sencillos, dobles, triples y cuádruples. Las dimensiones de los tamaños estándar se proporcionan en la tabla 17-19.

En la figura 17-17 se muestra una catarina que impulsa una cadena y que gira en el sentido contrario a las manecillas del reloj. Al designar el paso de la cadena por p, el ángulo de paso por γ y el diámetro de paso de la catarina por

D, de la trigonometría de la figura se desprende que

Debido a que γ = 360 °/N, donde N es el número de dientes de la

catarina, la ecuación (a) se escribe.

El ángulo γ/2, a través del cual el eslabón gira cuando entra en contacto, se llama

ángulo de articulación. Se puede apreciar que la magnitud del ángulo es una función del número de dientes. La rotación del eslabón a través de este ángulo provoca impacto entre los rodillos y los dientes de la catarina, así como desgaste en la junta de la cadena. Como la vida de una transmisión seleccionada en forma apropiada es una función del desgaste y de la resistencia a la fatiga superficial de los rodillos, resulta importante reducir el ángulo de articulación tanto como sea posible. El número de dientes de la catarina también afecta la relación de velocidad durante la rotación a través del ángulo de paso γ. En la posición que se ilustra en

la figura 17-17, la cadena AB es tangente al círculo de paso de la catarina; sin embargo, cuando ésta ha girado un ángulo de γ/2, la línea de cadena AB está

más cerca del centro de rotación de la catarina. Esto significa que la línea AB se mueve hacia arriba y hacia abajo y que el brazo de palanca varía con la rotación a través del ángulo de paso, lo cual provoca una velocidad de salida desigual de la cadena. Se puede considerar a la catarina como un polígono en el que la velocidad de salida de la cadena depende de que la salida sea de una esquina o de un plano del polígono. Por supuesto, el mismo efecto ocurre cuando la cadena entra primero en acoplamiento con la catarina.

La velocidad V de la cadena se define como el número de pies que sale de la catarina en una unidad de tiempo. De esta manera, la velocidad de la cadena en pies por minuto es:

donde N = número de dientes de la catarina p = paso de la cadena, pulg n = velocidad de la catarina, rpm

La velocidad máxima de salida de la cadena se determina mediante:

donde la ecuación (a) se sustituyó por el diámetro de paso D. La velocidad de salida mínima ocurre en un diámetro d, menor que D. Mediante el uso de la geometría de la figura 17-17, se tiene.

 Así, la velocidad de salida mínima es:  Ahora, sustituyendo γ/2 = 180°/N y empleando las ecuaciones (17-30), (b) y

(d), se tiene que la variación de la velocidad es:

 A esta velocidad se le conoce como variación cordal de velocidad y su gráfica se presenta en la figura 17-18.

Para una operación suave a velocidades tanto moderada como alta, se considera buena práctica emplear una catarina impulsora con al menos 17 dientes; por supuesto que 19 o 21 proporcionarán una mejor esperanza de vida con menor ruido de la cadena. Las catarinas no se hacen en tamaños estándar con más de 120 dientes, porque la elongación del paso a la larga causará que la cadena “cabalgue”,

mucho antes de que la cadena se desgaste. Las transmisiones más eficaces tienen relaciones de velocidad de hasta 6:1, pero se pueden utilizar relaciones mayores a costa del sacrificio de la vida de la cadena. La resistencia a la fatiga de las placas del eslabón gobierna la capacidad a bajas velocidades. La publicación de la American Chain Association (ACA), Chains for Power Transmission and Materials Handling (1982) proporciona, para la cadena de torón único, la potencia nominal H1, limitada por placa del eslabón, como:

mientras la potencia nominal H2, limitada por los rodillos, como: donde N1 = número de dientes en la catarina menor n1 = velocidad de la catarina, rpm p = paso de la cadena, pulgadas Kr = 29 para números de cadena 25, 35; 3.4 para cadena 41; y 17 para cadenas 40-240

En los sistemas de trasmisión por cadenas no se suelen emplear mecanismos de tensión, dado que las cadenas no son elementos flexibles, pero en algunas

ocasiones especiales, se suelen emplear algunos mecanismos para brindar una adecuada tensión y evitar que la cadena se descarrile, en casos donde se presente alguna vibración u oscilación de la cadena.

 Algunos de los mecanismos empleados para tensar las cadenas son:  Ruedas tensoras.  Patines guías  Tensores hidráulicos

La relación, de transmisión en el caso del sistema de trasmisión por cadena, es el cociente entre el número de dientes de la rueda conducida (rueda arrastrada) y el número de dientes de la rueda conductora (rueda motriz). La relación de trasmisión también se puede expresar en términos de la velocidad de rotación de las ruedas.