Transmisión por cadena

La transmisión por cadena es una forma de transmitir potencia mecánica de un lugar a otro. Se utiliza a menudo para transmitir potencia a las ruedas de un vehículo, en particular bicicletas y motocicletas . También se utiliza en una amplia variedad de máquinas además de vehículos.

La mayoría de las veces, la potencia se transmite mediante una cadena de rodillos , conocida como cadena de transmisión o cadena de transmisión , ^[1] que pasa sobre un engranaje dentado , con los dientes del engranaje engranando con los orificios de los eslabones de la cadena. El engranaje gira y esto tira de la cadena, lo que aplica fuerza mecánica al sistema. Otro tipo de cadena de transmisión es la cadena Morse, inventada por la Morse Chain Company de Ithaca, Nueva York , Estados Unidos. Esta tiene dientes invertidos. ^[2]

A veces, la potencia se obtiene simplemente girando la cadena, lo que puede utilizarse para levantar o arrastrar objetos. En otras situaciones, se coloca un segundo engranaje y la potencia se recupera uniendo ejes o bujes a este engranaje. Aunque las cadenas de transmisión suelen ser simples bucles ovalados, también pueden dar vueltas en las esquinas colocando más de dos engranajes a lo largo de la cadena; los engranajes que no introducen potencia en el sistema ni la transmiten se conocen generalmente como ruedas locas . Al variar el diámetro de los engranajes de entrada y salida entre sí, se puede alterar la relación de transmisión . Por ejemplo, cuando el engranaje de los pedales de la bicicleta gira una vez, hace que el engranaje que impulsa las ruedas gire más de una revolución. Las cadenas dúplex son otro tipo de cadena que son esencialmente dos cadenas unidas una al lado de la otra, lo que permite transmitir más potencia y par.

La aplicación más antigua conocida de una transmisión por cadena aparece en el Polybolos , descrito por el ingeniero griego Philon de Bizancio (siglo III a. C.). Dos cadenas de eslabones planos estaban conectadas a un molinete , que al enrollarse hacia adelante y hacia atrás disparaba automáticamente las flechas de la máquina hasta que su cargador se vaciara. ^[3] Aunque el dispositivo no transmitía potencia de forma continua, ya que las cadenas "no transmitían potencia de eje a eje, y por lo tanto no estaban en la línea de ascendencia directa de la transmisión por cadena propiamente dicha", ^[4] el diseño griego marca el comienzo de la historia de la transmisión por cadena, ya que "no se conoce ningún ejemplo anterior de una leva de este tipo, y no se conoce ninguna tan compleja hasta el siglo XVI". ^[3] Es aquí donde la cadena de eslabones planos, a menudo atribuida a Leonardo da Vinci , ^[5] hizo realmente su primera aparición". ^[3]

El primer mecanismo de transmisión por cadena continua, así como el primero sin fin, fue representado originalmente en el tratado de relojería escrito de la dinastía Song por el matemático y astrónomo erudito medieval chino Su Song (1020-1101 d. C.), quien lo utilizó para operar la esfera armilar de su torre de reloj astronómico , que es el primer reloj astronómico, ^[6] así como las figurillas del gato del reloj que presentan la hora del día mediante el golpeteo mecánico de gongs y tambores. ^[7] El propio mecanismo de transmisión por cadena convertía el movimiento rotatorio en reclinable y recibía energía a través de las obras hidráulicas del tanque del reloj de agua y la rueda hidráulica de Su, esta última que actuaba como un gran engranaje . ^[8]

La mayoría de los sistemas de transmisión por cadena utilizan dientes para transferir el movimiento entre la cadena y los rodillos. Esto genera menores pérdidas por fricción que los sistemas de transmisión por correa , que suelen depender de la fricción para transferir el movimiento.

Aunque las cadenas pueden ser más fuertes que las correas, su mayor masa aumenta la inercia del tren de transmisión .

Las cadenas de transmisión suelen estar hechas de metal, mientras que las correas suelen ser de goma, plástico, uretano u otras sustancias. Si la cadena de transmisión es más pesada que una correa de transmisión equivalente, el sistema tendrá una mayor inercia . Teóricamente, esto puede generar un mayor efecto de volante de inercia , sin embargo, en la práctica, la inercia de la correa o cadena a menudo representa una pequeña proporción de la inercia total del tren de transmisión.

Un problema con las cadenas de rodillos es la variación de velocidad, o sobretensión, causada por la aceleración y desaceleración de la cadena a medida que gira alrededor de la rueda dentada eslabón por eslabón. Comienza tan pronto como la línea de paso de la cadena entra en contacto con el primer diente de la rueda dentada. Este contacto se produce en un punto por debajo del círculo primitivo de la rueda dentada. A medida que la rueda dentada gira, la cadena se eleva hasta el círculo primitivo y luego vuelve a descender a medida que continúa la rotación de la rueda dentada. Debido a la longitud de paso fija, la línea de paso del eslabón corta a través de la cuerda entre dos puntos de paso en la rueda dentada, permaneciendo en esta posición relativa a la rueda dentada hasta que el eslabón sale de la rueda dentada. Este ascenso y descenso de la línea de paso es lo que causa el efecto de cuerda o variación de velocidad. ^[9]

En otras palabras, las transmisiones por cadena de rodillos convencionales sufren el potencial de vibración, ya que el radio de acción efectivo en una combinación de cadena y piñón cambia constantemente durante la revolución ("Acción cordal" ^[10] ). Si la cadena se mueve a velocidad constante, entonces los ejes deben acelerar y desacelerar constantemente. Si un piñón gira a una velocidad constante, entonces la cadena (y probablemente todos los demás piñones que impulsa) deben acelerar y desacelerar constantemente. Esto no suele ser un problema con muchos sistemas de transmisión; sin embargo, la mayoría de las motocicletas están equipadas con un cubo de rueda trasera con buje de goma para eliminar virtualmente este problema de vibración. Las transmisiones por correa dentada están diseñadas para limitar este problema al operar en un radio de paso constante ^[11] ).

Las cadenas suelen ser más estrechas que las correas, lo que puede facilitar su cambio a marchas más grandes o más pequeñas para variar la relación de transmisión. Las bicicletas de varias velocidades con desviadores hacen uso de esto. Además, el engrane más positivo de una cadena puede facilitar la construcción de engranajes que pueden aumentar o reducir su diámetro, alterando nuevamente la relación de transmisión. Sin embargo, algunas correas síncronas más nuevas afirman tener "capacidad equivalente a las transmisiones por cadena de rodillos del mismo ancho". ^[12]

Ambos sistemas se pueden utilizar para mover objetos mediante la fijación de bolsillos, baldes o marcos; las cadenas se utilizan a menudo para mover objetos verticalmente sujetándolos en marcos, como en las tostadoras industriales, mientras que las correas son buenas para mover objetos horizontalmente en forma de cintas transportadoras . No es inusual que los sistemas se utilicen en combinación; por ejemplo, los rodillos que impulsan las cintas transportadoras suelen estar impulsados ​​por cadenas de transmisión.

Los ejes de transmisión son otro método común utilizado para mover la potencia mecánica que a veces se evalúa en comparación con la transmisión por cadena; en particular, la transmisión por correa, la transmisión por cadena o la transmisión por eje es una decisión de diseño clave para la mayoría de las motocicletas. Los ejes de transmisión tienden a ser más resistentes y confiables que la transmisión por cadena, pero los engranajes cónicos tienen mucha más fricción que una cadena. Por esta razón, prácticamente todas las motocicletas de alto rendimiento utilizan transmisión por cadena, y los arreglos impulsados ​​por eje generalmente se utilizan para máquinas no deportivas. Las transmisiones por correa dentada se utilizan para algunos modelos (no deportivos).

La transmisión por cadena fue la característica principal que diferenció la bicicleta de seguridad introducida en 1885, con sus dos ruedas de igual tamaño, de la bicicleta de tracción directa o de ruedas altas. La popularidad de la bicicleta de seguridad con transmisión por cadena provocó la desaparición de la bicicleta de tracción directa y sigue siendo una característica básica del diseño de bicicletas en la actualidad.

Muchos de los primeros automóviles utilizaban un sistema de transmisión por cadena, que era una alternativa popular al sistema Panhard . ^{[ cita requerida ]} Un diseño común utilizaba un diferencial ubicado cerca del centro del automóvil, que luego transfería la transmisión al eje trasero a través de cadenas de rodillos. Este sistema permitía un diseño relativamente simple que podía adaptarse al movimiento del eje vertical asociado con el sistema de suspensión trasera .

Frazer Nash fue un firme defensor de este sistema, que utilizaba una cadena por marcha seleccionada por embragues de garras . ^{[ cita requerida ]} Su sistema de transmisión por cadena (diseñado para la GN Cyclecar Company ) era muy eficaz, ya que permitía una selección rápida de marchas. Este sistema se utilizó en muchos coches de carreras de las décadas de 1920 y 1930. ^{[ cita requerida ]} El último automóvil popular con transmisión por cadena fue el Honda S600 de la década de 1960. ^{[ 13 ]}

La transmisión por cadena versus la transmisión por correa o el uso de un eje de transmisión es una decisión de diseño fundamental en el diseño de motocicletas; casi todas las motocicletas utilizan uno de estos tres diseños.

• Cadena de bicicleta
• Bomba de cadena
• Motosierra
• Engranaje
• Laminadores ^[14]

• Oberg, Erik; Jones, Franklin D.; Horton, Holbrook L.; Ryffel, Henry H. (1996), Green, Robert E.; McCauley, Christopher J. (eds.), Machinery's Handbook (25.ª ed.), Nueva York: Industrial Press , ISBN 978-0-8311-2575-2, OCLC  473691581.
• Needham, Joseph (1986). Ciencia y civilización en China: Volumen 4, Química y tecnología química, Parte 2, Ingeniería mecánica . Taipei: Caves Books Ltd.
• Sclater, Neil. (2011). "Dispositivos y mecanismos de cadena y correa". Mechanisms and Mechanical Devices Sourcebook. 5.ª ed. Nueva York: McGraw Hill. págs. 262–277. ISBN 9780071704427. Dibujos y diseños de varios accionamientos. 

Wikimedia Commons alberga una categoría multimedia sobre Cadenas de transmisión .

• La guía completa de la cadena
• Explicación de las cadenas primaria y de transmisión de la motocicleta