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Método para la selección de cadena de rodillos con movimiento de traslación




Enviado por Italo F Maluenga R.



  1. Resumen
  2. Introducción
  3. Estudio tecnológico de las transmisiones
    por cadenas de rodillos
  4. Cálculo de la fuerza dinámica por
    cargas externas
  5. Cálculo para determinación de la
    fuerza por peso de la cadena
  6. Procedimiento para la selección de la
    cadena de rodillos Con movimiento de
    traslación
  7. Conclusiones
  8. Referencias

Resumen

El presente artículo se plantea un procedimiento
para la selección de las cadenas de rodillos comercial con
movimiento de traslación para estés casos el
cálculo debe ser enfocado como el de una cadena sometida
fundamentalmente a tracción y al verificar la resistencia
a rotura por tracción de la cadena a carga máxima
parámetro que es suministrado por el fabricante de la
cadena de rodillos comercial con evaluación del factor de
seguridad para luego con este seleccionar la cadena de rodillos
para el diseño a realizar.

PALABRAS CLAVES: CADENA, RODILLOS,
TRANSMISIONES.

ABSTRACT

This article provides a procedure for the selection of
roller chain translational motion commercial for the calculation
cases you should be focused like a traction chain and subjected
primarily to verify the ultimate tensile strength of the string
at full load parameter is supplied by the manufacturer of the
roller chain commercial evaluation of the safety factor and then
with this select the roller chain for the design to
make.

KEY WORDS: CHAIN??, ROLLER,
TRANSMISSIONS
.

Introducción

En los elementos de maquinas son una parte fundamental
para el diseño mecánico para por ello 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. En los diseños comunes 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[1, 2].

cuando el diseño de trasmisión por cadena
de rodillo es distinto descrito anteriormente, el proceso de
cálculo para la selección apropiada se debe
realizar a través de la consulta con los fabricantes de
cadenas [3, 4], los cuales en algunos caso brida la
información sobre el método de cálculo
establecido para ello, el procedimiento para la selección
de cadena por movimiento de traslación es uno de los
cuales los fabricantes no dan un técnica para la
determinación del mismo y en este trabajo se lleva un
procedimiento con una metodología de cálculo para
realizar la selección de la cadena.

Estudio
tecnológico de las transmisiones por cadenas de
rodillos

Las contribuciones que se han realizado en
el campo del diseño en ingeniería mecánica y
sobre las transmisiones de cadenas de rodillos son numerosa y de
estas se han seleccionado un grupo de aportes generales uno de
ellos se refiere a una cadena en la que se suministra aceite al
interior de un pasador y luego a través de pasadizos a
pisos sobre el pasador y para pisos en el exterior del
casquillo[5], en otra investigación se analiza la cadena
en la que los pasadores o pinzotes están provistos cada
uno con un par de eslabones y una superficie continua
ininterrumpida cojinete cilíndrico de aproximadamente 180
grados de arco proporcionó entre el cuerpo
cilíndrico de la clavija 15 y la superficie interior del
cojinete del dedal 17[6], otro aporte se refiere a una cadena de
rodillos en el que los pernos 11 se proporcionan con ranuras en
la superficie exterior y la cual era lubricada con grasa esta no
estaba dentro de los estándares internacionales[7],
asimismo se estudiaron la lubricación de la cadena de
rodillos entre el pasador y el casquillo[8], además se
estudiaron la relación entres los diámetros de la
cadena y el diámetro de los pasadores con la finalidad
evaluar la resistencia a la rotura del pasador y a la fatiga de
rotación de la cadena por [9] y la lubricación
interna de la cadena de rodillos
con la finalidad de evitar
la lubricación externa…otro tributo sobre la
lubricación interna de la cadena de rodillos lo cual
garantizo un período largo de tiempo con un aumento en la
resistencia a la abrasión y mayor durabilidad fue el
realizado por [10], como nueva investigación lo realizaron
en una cadena de transmisión con placas de enlace con
los bordes convexos donde se logrón una acción de
pivotamiento de las piezas de unión tiene lugar a medida
que desliza sobre una superficie de guía
, cambiando el
punto de tope por [11]. En otro estudio analizaron el
comportamiento dinámico de la cadena de rodillos donde
logrón determinar experimentalmente que la fuerza de
impacto es proporcional a la velocidad de la cadena[12], una
simulación experimental numérica para compararla
con parámetros establecidos sobre la frecuencia natural
versus la vibración de la cadena de rodillos donde
variaban la masa de esta obteniendo como resultado que cuanto
mayor sea el orden de esta, mayor es la magnitud y frecuencia son
fluctuante por [13]. Las investigaciones sobre los procedimientos
de selección de cadena de rodillos se encontraron dos
aportes los cuales son programas que se utilizan para esto de una
forma tradicional para ellos y los mismo son [3, 14], otro
procedimiento para el cálculo a través de la
comparación con la fuerza de tracción y fuerza de
rotura de la cadena es el realizado por, es una
metodología de calculo que se puede aplicar a diferentes
aplicaciones con cadenas de rodillos[2], por medio de esta
revisión bibliográfica no se evidencio de una
procedimiento de cálculo para cadenas de rodillos cuyo
movimiento sea de traslación.

COMPROBACIÓN DE LA CARGA
MÁXIMA EN LA CADENA.

Este cálculo comprueba la resistencia de la
cadena a las cargas de tracción y la fuerza de
tracción que

actúa en la cadena de rodillos es una resultante
de las siguientes componentes, explicadas a
continuación:

Fst : Fuerza por peso de la cadena
(tensión en los ramales)(N).

Fv : Fuerza tractiva por efecto de la
fuerza centrífuga en la cadena (N).

F: Fuerza nominal por carga
útil trasmitida (N).

FAext : Fuerza dinámica por
cargas externas (N).

Así que la fuerza resultante puede
ser calculada como:

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Dividiendo la fuerza límite por rotura a
tracción (ver tabla de características
dimensionales y mecánicas de las cadenas) entre la fuerza
de tracción máxima en la cadena puede ser evaluado
el coeficiente de seguridad. El cálculo de
comprobación debe garantizar que el coeficiente de
seguridad determinado n sea mayor que el
admisible.

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Cálculo para determinación de
la fuerza nominal por carga útil trasmitida.

La fuerza nominal por carga útil,
como toda transmisión mecánica, puede ser calculada
por la ecuación:

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Siendo:

P: Potencia nominal transmitida por la cadena
(kW).

V: Velocidad nominal de la cadena
(m/s).

T: Momento torsor en la rueda analizada
(Nm).

d: Diámetro primitivo de la rueda analizada
(mm).

Cálculo de la
fuerza dinámica por cargas externas

Muchas de las transmisiones por cadenas están
sometidas a cargas dinámicas externas, cuyas magnitudes
son dependientes del tipo y explotación de las
máquinas movidas y motrices empleadas en el accionamiento.
Las fuerza dinámicas externas provocan un incremento de la
carga en la cadena muchas veces comparativamente mayor que la
correspondiente a una transmisión sin perturbaciones
externas en su cadena debido a las cargas de impacto generadas
por el sistema de accionamiento. Las condiciones de
operación empleadas para evaluar la capacidad de carga de
las cadenas de rodillo prevén un movimiento uniforme sin
sobrecargas, choques o frecuentes arranques. Bajo estas
condiciones, es prácticamente asumido que no existe un
aumento de la carga en la cadena por concepto de fuerzas
dinámicas externas. En condiciones diferentes a las
anteriores, la fuerza dinámica por perturbaciones externas
puede ser evaluada como:

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Donde:

f1 :Factor de aplicación de carga
(N).

N:Potencia transmitida por la cadena
(kW)

El factor de aplicación de carga f1
permite ajustar la fuerza nominal F para compensar los
incrementos de la carga en la cadena debido a fuerzas externas.
Estas carga externas dependen de las características de la
máquina movida y la motriz, como también de las
masas y rigidez del sistema, incluyendo los árboles y
acoplamientos empleados. Generalmente son orientadas dos formas
de valorar la magnitud de f1, una de ellas recomienda el
establecimiento de los valores exactos a través de un
análisis de la experiencia de servicio en una
aplicación determinada y mediante mediciones
prácticas, en cambio si no se dispone de los equipos
necesarios o la experiencia en explotación suficiente
puede ser empleada la otra opción, más simple pero
menos precisa, basada en tablas de orientación.

Tabla 2.Valores recomendados del factor por
aplicación de la carga f1 según norma ISO
10823:1996

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Cálculo para
determinación de la fuerza por peso de la
cadena

La fuerza por el peso de la cadena en una
transmisión por cadena está condicionada por el
peso del ramal, la flecha de la catenaria y el ángulo del
mencionado ramal con relación a la horizontal. En general,
puede existir una diferencia entre la fuerza por el peso de la
cadena en la parte superior Fst-sup y en la inferior Fst-inf,
excepto cuando se trata de una transmisión con montaje
horizontal.

El cálculo de la fuerza tractiva que se genera
por el peso de la cadena requiere considerar el momento flector
que produce su carga distribuida, así como la influencia
de la inclinación del ramal. Con el propósito de
hacer más simple el cálculo de la fuerza por peso
de cadena se proponen las siguientes relaciones:

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Ordinariamente, el efecto del peso de la
cadena en las fuerzas de tracción es menos del 10% de la
fuerza útil y es despreciada en los cálculos de
diseño, solo comienza a ser considerable su valor en los
ramales con una longitud mayor que 80 veces el paso de la cadena
(Lt> 80p)[16].

Cálculo de la fuerza axial por
efecto de la fuerza centrífuga en la cadena.

La tensión de tracción producida por la
fuerza centrífuga en las transmisiones por cadenas se
determina de forma análoga a las transmisiones por
correas, en dependencia de la masa y el cuadrado de la velocidad
nominal de la cadena.

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La fuerza centrifuga produce por efecto de la
tracción en la cadena una carga adicional que influencia
adicionalmente en el deterioro de la cadena, pero no se trasmite
directamente a las ruedas. Un aumento de la velocidad de la
cadena incrementa las cargas de impacto, por lo que es necesario
disminuir la presión admisible en la articulación
previendo una disminución de la resistencia en la
cadena.

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Figura.2 Presión admisible en la
articulación [p] y fracción de la capacidad de
carga de la cadena [F] que representa el efecto de la fuerza
centrifuga en una cadena ISO 08A-1, en una transmisión con
piñón de 19 dientes.

Procedimiento para la
selección de la cadena de rodillos Con movimiento de
traslación

Para la realización de este
procedimiento debe estar acompañado de una
metodología del cálculo debe realizarse como lo
indica el siguiente esquema:

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Otro parámetro importante para este tipo de
diseño como se muestra en la figura 3, lo cual es la
longitud de la cadena la cual no se determina de manera
tradicional lo que se recomienda en este tipo de caso es por
dibujo a escala de para así tener la longitud de la cadena
de rodillos exacta como lo recomienda[1]. Con esto se tienen
todos los parámetros para solicitar la cadena comercial
que se requiera para este tipo de aplicación,
también debe considera las fuerzas inerciales en los
arranque del equipo como análisis de
diseño.

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Figura.3.Movimiento de traslación
por cadena de rodillos

Conclusiones

Los procesos de cálculo para la selección
de la cadena de rodillos se aplica porque el movimiento de
rotación que es lo tradicional por ellos todo el proceso
es idéntico.

Para este procedimiento el cálculo está
enfocado como el de una cadena sometida fundamentalmente a
tracción y verificar la resistencia a rotura por
tracción de la cadena a carga máxima (Este es un
valor que deben dar los fabricantes de cadenas).

Con este procedimiento de cálculo se
podría realizar un estudio sobre la optimización de
este cálculo de manera de establecer un grado de exactitud
para este.

Sobre los autores.

Ing. Italo Fortunato Maluenga
Román,

Profesor Instructor del Instituto
universitario de tecnología Puerto Cabello, Puerto
Cabello-Venezuela, Miembro del comité académico del
PNF de Mantenimiento.

RECONOCIMIENTOS

El autor desea agradecer la
colaboración prestada al presente artículo al Dr.
Gonzalo González Rey, por todos sus aportes que
contribuyeron a la realización de este.

Referencias

[1] J. Shigley, "Diseño en ingeniería
Mecánica," in Transmisiones de cadena de
rodillos
, Mcgraw-Hill, Ed., ed Naucalpan de Juarez, 1998, p.
774.

[2] G. González, "Transmición de potencia
por cadena de rodillo," in Cálculo de la fuerza
dinámica por cargas externas
., ed. Habana: Cujae,
2001, p. 49.

[3] Renold. (2011). Diseño y seleccion de
cadena de rodillos
.

[4] Tsubaki, "Roller chain selection ", T. c. co, Ed.,
ed. Nakanoshima, 2012, p. 140.

[5] K. Axel, "Chain," Copenhagen, Denmark Patent
2049841, 1936.

[6] L. Brill, "Chain," Columbus, Ohio Patent 2.113.980,
1936.

[7] C. Hinrich, "Roller chain," Zurich Patent,
1941.

[8] R. Webber, et al., "LUBRICATED TRACK
JOINT," 1974.

[9] A. Kaga and K. Shimaya, "Roller chain," Osaka Patent
4795408, 2006.

[10] M. Morimoto, et al., "Roller Chain," Osaka
Patent 6102573 2000.

[11] T. Miyazawa and T. Saitoh, "Chain " Osaka Patent
20100267504, 2010.

[12] J. C. Conwell and G. E. Johnson, "Experimental
investigation of link tension and roller-sprocket impact in
roller chain drives," Mechanism and Machine Theory, vol.
31, pp. 533-544, 1996.

[13] S. L. Pedersen, "Model of contact between rollers
and sprockets in chain-drive systems," Archive of Applied
Mechanics,
vol. 74, pp. 489-508, 2005.

[14] K. Low, "Computer-aided selection of roller chain
drives," Computers & Structures, vol. 55, pp.
925-936, 1995.

[15] Dobrovolski, Elementos de Máquinas.
Moscú, 1976.

[16] J. Anderson, "Power Transmission Design," in
Chain Drives that Last,, ed, 1980, pp. 53-55.

 

 

Autor:

Italo Fortunato Maluenga
Román1

1Instituto Universitario de
Tecnología Puerto Cabello

 

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