Cadena de transmisión: conceptos, clasificación y aplicaciones industriales

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL PERU
15/04/2013
TEMA: TRANSMISIÓN POR
CADENAS
FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA,
AERONAUTICA, AUTOMOTRIZ Y SOFTWARE
CURSO: INGENIERÍA GRÁFICA II
PROF.: ING. JORGE ROJAS

INTRODUCCIÓN

INTRODUCCIÓN
Las Cadenas de transmisión siguen
siendo un elementos fundamental
en el diseño y construcción de
maquinaria, equipamiento y
vehículos para la industria. De su
adecuado uso y mantenimiento
dependen millones de instalaciones
en todo el mundo.

INDICE
Los temas a tratar son:
1. Concepto de cadenas.
2. Clasificación de las cadenas.
3. Funciones de las cadenas.
4. Factores de selección de cadenas.
5. Ventajas del uso de cadenas.
6. Usos de las cadenas en la industria.
7. Modo de fallas de las cadenas.
8. Problemas resueltos y propuestos.

HERRAMIENTA DE COMPUTO

CONCEPTOS
 Una cadena es un componente
confiable de una máquina, que
transmite energía por medio de
fuerzas extensibles .
 Se utiliza sobre todo para la
transmisión y transporte de energía
en los sistemas mecánicos .
 La función y las aplicaciones de la
cadena son similares a la de una
correa.

CLASIFICACIÓN DE LAS CADENAS
A. Por el material utilizado en su
composición:
1. Cadena de hierro fundido.
2. Cadena de acero de molde.
3. Cadena forjada.
4. Cadena de acero.
5. Cadena plástica.
Dado el extenso tipo de cadenas nos
centraremos en las "cadenas de acero"
especialmente el tipo llamado "cadena
del rodillo" que pertenece al grupo de
mayor producción mundial.

CLASIFICACIÓN DE LAS CADENAS
B. Por sus aplicaciones:
1. Cadena de la transmisión de energía.
2. Cadena pequeña del transportador de
paso largo.
3. Cadena del transportador de precisión.
4. Cadena superior.
5. Cadena de flujo.
6. Cadena grande del transportador de
paso largo.
 Los cinco últimos se utilizan para el
transporte de carga y potencia.

PARTES DE UNA CADENA

Funciones de las piezas de cadena
Placa exterior e interior
La placa es un componente que soporta
la tensión que se ejerce en la cadena.
Generalmente están sometidas a cargas
de fatiga y acompañado a veces por
fuerzas de choque. Por lo tanto debe
tener gran fuerza extensible estática,
soportar fuerzas dinámicas de las cargas
de choque y soportar condiciones
ambientales como: corrosión, abrasión,
etc. PROF.: ING. JORGE ROJAS

Pasador
El pasador está sometido flexiones
transmitidas por la placa. Actúa junto al
casquillo como arco de contacto de los
dientes del piñón, cuando las flexiones
de la cadena se ejercen durante el
contacto con el piñón. Por lo tanto, debe
soportar toda la fuerza de transmisión,
resistencia a la flexión, y también deben
tener suficiente resistencia contra
fuerzas de choque. PROF.: ING. JORGE ROJAS

Casquillo
El casquillo es de estructura sólida y
se rectifican si son curvados, con el
resultado que dan una base cilíndrica
perfecta para el rodillo. Esta
característica maximiza la duración
del rodillo en condiciones de alta
velocidad y da una seguridad más
consistente de la placa interior sobre
el casquillo.

Rodillo
El rodillo está sometido a cargas de
impacto cuando esta en contacto con los
dientes del piñón.
Además, la superficie interna del rodillo
constituye una pieza del cojinete junto con
la superficie externa del buje cuando el
rodillo rota en el carril. Por lo tanto, debe
ser resistente al desgaste y todavía tener
fuerza contra choque, fatiga y compresión.

ELECCIÓN DE UNA CADENA
 La elección de la cadena deberá tener en
cuenta factores como: Potencia a
transmitir, velocidad, distancia entre ejes,
% del tiempo a carga máxima de trabajo,
Factor de Servicio, diámetros coronas,
variaciones bruscas de potencia o
frenados, ambiente de trabajo
(temperatura, suciedad, etc.)

FACTORES DE SERVICIO
Tipo de carga
Tipo de impulsor
Impulsor
hidráulico
Motor eléctrico
o turbina
Motor de
combustión interna
Uniforme (agitadores,
ventiladores, transporte
con carga ligera y
uniforme).
1.0 1.0 1.2
Choque moderado
(máquinas herramienta,
grúas, transportadores
pesados, mezcladores de
alimento y molinos).
1.2 1.3 1.4
Choque pesado (prensas
de troquelado, molinos de
martillos, transportadores
alternos, accionamientos
de molino de rodillos).
1.4 1.5 1.7
TABLA 7.8 Factores de servicio para transmisiones por cadenas
Fuente: diseño de elementos de máquina Robert L. MOtt

VENTAJAS Y DESVENTAJAS
Las máquinas de
transmisión
de energía en gran
parte utilizan
cadenas, engranajes o
correas.
La siguiente tabla
proporciona
una comparación de
ellas.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS
Tipo| Cadena de
rodillo
Correa del diente V correa Engranaje de
estimulo
sincronización
Eficacia de la
transmisión
Antichoque
Ruido/vibración
Condición
circundante
Ahorro del
espacio
(velocidad/arriba
cargas bajas)

AMBIENTE DE TRABAJO
 La mayoría de la cadenas se fabrican de
metal (generalmente de acero) o de
plástico cuando sean afectadas por las
condiciones ambientales donde ellas se
utilizan. Por ejemplo, la temperatura o la
cantidad de polvo en el aire puede afectar
a la cadena. Cuando seleccionamos una
cadena para su uso, debemos considerar
el ambiente en el cual estas van a operar.

USOS EN LA INDUSTRIA
 Usos en la aviación
Los aviones usa cadenas para controlar el
ángulo de las toberas de empuje del
motor, los controles de válvulas,
elevadores de alas y timón de cola de los
aviones.
 Usos en diferentes campos
Los equipos de perforación de pozos de
petróleo incorporan cadenas serie ANSI,
decuple de 38.10 [mm] de paso.
Al igual que en perforaciones terrestres se
utilizan cadenas para equipos de
perforación en plataformas marinas.

Cadena serie ANSI Cadenas de equipo de
perforación

RECOMENDACIONES VIDA ÚTIL
Paso (Inch) 3/8 ½ 5/8 ¾ 1 1 ¼ 1 ½ 1 ¾ 2
(mm) 9.525 12.70 15.875 19.05 25.40 31.75 38.10 44.45 50.80
C (mm) 450 600 750 900 1000 1200 1350 1500 1700
Para la vida útil adecuada se recomiendan las siguientes distancias
entre centros (C):
Fuente: Catálogo Renold. Transmission Chains

MANTENIMIENTO
• Elegir la cadena adecuada para la
potencia, velocidad y tarea del mecanismo
donde será colocada.
• Antes de comenzar la sustitución de una
cadena u otro elemento de transmisión,
asegurarse de que estén tomadas todas
las medidas de seguridad para que la
máquina, motores o mecanismos no
pueden ponerse en marcha
automáticamente ( PLCs, termostatos,
etc.) ni accidentalmente.

MANTENIMIENTO
• Respetar la información del fabricante en
cuanto a colocación o sustitución, sin
forzar la cadena en el momento del
montaje, destensando la transmisión o
desmontando coronas dentadas si fuera
necesario.
• Utilizar cadenas especiales estancas,
inoxidables, etc. en los ambientes donde
fuera necesario por la presencia de
suciedad, sustancias químicas o
corrosivas, etc.

MANTENIMIENTO
• Comprobar periódicamente la alineación
de las coronas dentadas, así como la
holgura de su cojinetes o rodamientos.
• Comprobar periódicamente el
alargamiento de la cadena usada,
sustituyéndola en caso de que sea mayor
a un 2-3% en longitud.
• Controlar especialmente el tensado en
transmisiones de cadenas de coronas de
pequeño diámetro y pocos dientes, para
evitar saltos de diente y la generación de
vibraciones y ruidos.

MANTENIMIENTO
• Efectuar un programa de limpieza y
engrase de la cadena, en función de su
trabajo y ubicación, intentando seguir
instrucciones del fabricante de ese equipo
o de elementos de máquinas similares.
• Al sustituir una cadena de transmisión por
rotura o desgaste, comprobar el desgaste
de las corondas dentadas. Si este es claro,
no deberá montarse NUNCA una cadena
nueva sobre coronas ya gastadas, reducirá
la vida de la cadena de forma
contundente.

MANTENIMIENTO
• Tras sustituir una cadena y tensarla o
ajustarla, montar de forma inmediata
todas las cubiertas y protecciones de
seguridad.
• El largo de una cadena se expresa en
cantidad de pasos, los cuales deben ser
una cifra par con el objeto de unir los
extremos usando un eslabón desmontable
llamado «candado».

REPRESENTACION DE LAS CADENAS
 Cadenas.
Las cadenas tiene especial aplicación en
mecanismos donde los ejes de giro de las dos
ruedas dentadas están muy separados y el
tamaño de las ruedas dentadas debe ser
pequeño.

REPRESENTACION DE LAS CADENAS
 Rueda dentada y cadena de rodillos
Todas las cadenas articuladas constan de:
a. las mallas
b. los bulones o elementos de articulación.

TAMAÑOS DE CADENAS DE RODILLO

CADENAS MODOS DE FALLAS
 Fatiga de las placas de eslabón.
 Impacto de los rodillos al engranar.
 Abrasión entre pernos de cada eslabón y
sus bujes.

PASOS DE CADENAS
Fuente: Catálogo Renold. Transmission Chains

CADENAS POTENCIA NOMINAL N° 40

Tipo A: lubricación normal por goteo.
Tipo B: lubricación con baño o con disco.
Tipo C: lubricación con chorro de aceite.

CADENAS LIMTACIONES
 Cantidad mínima dientes catarina 17, Salvo
que la “ω” del impulsor sea < 100 rpm.
 Cantidad máxima de dientes 120.
 Relación de velocidad máxima: 7.
 Distancia entre centros: 30 a 50 pasos.
 Longitud de la cadena debe ser múltiplo
entero del paso, preferiblemente par.

LUBRICACION DE CADENAS
METODO DE LUBRICACION
 Tipo A: Manual o por goteo
- Manual: brocha saturada o canal
vertedor, c/8 hrs.
◦ Goteo: alimentación directa
 Tipo B: De baño o con disco
◦ Baño: sumergida
◦ Disco: levanta el aceite
 Tipo C: Con chorro de aceite
◦ Bomba inyecta flujo continuo

FORMULAS DE CADENAS
La longitud aproximada es:

REPRESENTACION DE CADENAS
 Las ruedas dentadas para cadenas siguen
los mismos criterios de representación en
planos que las ruedas dentadas de
engranajes.

REPRESENTACION DE CADENAS
 Las cadenas se representan
esquemáticamente mediante una línea fina
de trazo y punto.

DETERMINACION DE LA VELOCIDAD
 En unidades métricas
)(
100100
mpm
nPZ
n
D
v t
m 





 
Donde:
• Vm : velocidad lineal de la cadena en metros por
minuto.
• D : Diámetro primitivo del piñón en
centímetros.
• N : número de revoluciones del piñón.
• P : paso de la cadena en centímetros.
• Zt : número de dientes del piñón.

DETERMINACION DE LA VELOCIDAD
)(
1212
fpm
nPZ
n
D
v t
m 





 
 En unidades inglesas
Donde:
• Vm : velocidad lineal de la cadena en pies por
minuto.
• D : Diámetro primitivo del piñón en pulgadas.
• N : número de revoluciones del piñón.
• P : paso de la cadena en pulgadas.
• Zt : número de dientes del piñón.

DETERMINACION DE LA POTENCIA
P
P
nZcv








0275.03
9.008.1
54.2
004056.0
UNIDADES METRICAS:
 Fatiga placa – eslabón
Donde:
• cv : potencia en caballos de vapor
• Kr=17 para cadenas de paso pequeño (40 a 240).
• Kr= 3,4 para cadenas de 41.
• Kr=29 para cadenas de paso pequeño (25 y 35). .
8.0
5.1
100
418.0 P
n
Z
Kcv t
r 






 Impacto casquillo rodillo

DETERMINACION DE LA POTENCIA
P
PnZcv 
 07.039.008.1
004056.0
UNIDADES INGLESAS:
 Fatiga placa – eslabón
Donde:
• cv : potencia en caballos de vapor
• Kr=17 para cadenas de paso pequeño (40 a 240).
• Kr= 3,4 para cadenas de 41.
• Kr=29 para cadenas de paso pequeño (25 y 35). .
8.0
5.1
100
418.0 P
n
Z
Kcv t
r 






 Impacto casquillo - rodillo

COEFICIENTES DE SERVICIO
FUENTE: MF SPOTS

PROBLEMA 1
• Un motor de 15 CV funcionando a 1180
rpm tiene que impulsar un compresor de
hidrógeno de 2 etapas (alternativo). La
relación de velocidades debe ser
aproximadamente de mw =3,2; el servicio
es nominalmente de 8 horas diarias. Se ha
decidido utilizar una cadena de 1.27 cm
(1/2”) de paso N° 40 debido a que se
encuentra en tablas disponible. Determine
el número de ramales y las dimensiones de
las ruedas.

PROBLEMA 2
Para una cadena N° 60 de un solo ramal.
P=3/4” y la rueda dentada menor (piñón)
tiene 15 dientes. Considerando que la carga
es aplicada suavemente. Determine:
a) La capacidad de potencia a n1=900 para
la menor rueda dentada.
b) La capacidad de potencia a n1=1,400
para la menor rueda dentada.

PROBLEMA 3
a) Encuentre la capacidad en caballos de
potencia para una cadena N° 60 a una
velocidad de 900 rpm para la rueda
dentada pequeña que tiene 12 dientes.
b) Encuentre los caballos de potencia para
una velocidad n1=2,400 rpm.

PROBLEMA 4
a) Encuentre la capacidad en caballos de
potencia para una cadena N° 60 a una
velocidad de 2800 rpm para la rueda
dentada pequeña que tiene 12 dientes y
una relación de transmisión de 2 a 1.
b) Realice el modelado virtual para dicho
problema y guárdelo en una carpeta
comprimida con su apellido en la carpeta
c/WINXP(C)/Alumno utp/diseño de
cadenas.

PROBLEMA 5
a) Encuentre la potencia máxima que puede
transmitirse por un par de cadenas de
tamaños N° 60 a una velocidad de 500
rpm para la rueda dentada pequeña que
tiene 20 dientes. Sí la fuente impulsora
es un motor de combustión interna
operando en modo suave.
b) Encuentre la potencia máxima para este
sistema si la velocidad es de 900 rpm y
la fuente motriz es un motor eléctrico.

PROBLEMA 6
Una cadena N° 60 opera con una rueda
dentada de 15 diente. Grafique las curvas
para caballos de potencia vs n1. ¿A que
velocidad cabe predecir una transmisión de
falla en la placa eslabón a una falla por
fatiga del casquillo del rodillo?

PROBLEMA 7
Una cadena de rodillos N° 60 opera sobre
una rueda dentada pequeña de 20 dientes.
Trace las curvas para caballos de potencia
vs velocidad de 0 a 3000 rpm. ¿Qué tipo de
sistema de que velocidad cabe predecir
una transmisión de falla en la placa eslabón
a una falla por fatiga del casquillo del
rodillo?

BIBLIOGRAFÍA
 Norton R.; Diseño de maquinaria. Mc Graw
Hill 4° ed. México - 2009.
 Erdman A., Sandor G.; Diseño de
mecanismos. Prentice Hall. México 1998.
 Sokolov F., Usov P.; Mecánica Industrial.
Ed. MIR, Moscu 1977.

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