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

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:

Así que la fuerza resultante puede ser calculada como:

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.

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:

Siendo:

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:

Donde:

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

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:

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.

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.

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:

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.

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