Cadena de rodillos

La cadena de rodillos o cadena de rodillos con casquillo es el tipo de transmisión por cadena más comúnmente utilizado para la transmisión de potencia mecánica en muchos tipos de maquinaria doméstica, industrial y agrícola, incluyendo cintas transportadoras , trefiladoras de cables y tubos , imprentas , automóviles , motocicletas y bicicletas . Consiste en una serie de rodillos cilíndricos cortos unidos por eslabones laterales. Es accionada por una rueda dentada llamada rueda dentada . Es un medio simple, confiable y eficiente ^[1] de transmisión de potencia.

Los bocetos de Leonardo da Vinci en el siglo XVI muestran una cadena con un cojinete de rodillos . ^[2] En 1800, James Fussell patentó una cadena de rodillos en el desarrollo de su cerradura de equilibrio ^[3] y en 1880 Hans Renold patentó una cadena de rodillos con cojinetes. ^[4]

Existen dos tipos de eslabones que se alternan en la cadena de rodillos con casquillo . El primer tipo son los eslabones internos, que tienen dos placas internas unidas por dos manguitos o casquillos sobre los que giran dos rodillos. Los eslabones internos se alternan con el segundo tipo, los eslabones externos, que consisten en dos placas externas unidas por pasadores que pasan a través de los casquillos de los eslabones internos. La cadena de rodillos "sin casquillo" es similar en su funcionamiento, aunque no en su construcción; en lugar de casquillos o casquillos separados que mantengan juntas las placas internas, la placa tiene un tubo estampado que sobresale del orificio y que cumple la misma función. Esto tiene la ventaja de eliminar un paso en el montaje de la cadena.

El diseño de la cadena de rodillos reduce la fricción en comparación con los diseños más simples, lo que da como resultado una mayor eficiencia y un menor desgaste. Las variedades originales de cadenas de transmisión de potencia carecían de rodillos y bujes, y tanto las placas internas como las externas estaban sujetas por pasadores que contactaban directamente con los dientes de la rueda dentada ; sin embargo, esta configuración exhibía un desgaste extremadamente rápido tanto de los dientes de la rueda dentada como de las placas donde pivotaban sobre los pasadores. Este problema se resolvió parcialmente con el desarrollo de cadenas con bujes, en las que los pasadores que sujetaban las placas externas pasaban a través de bujes o manguitos que conectaban las placas internas. Esto distribuía el desgaste sobre un área mayor; sin embargo, los dientes de las ruedas dentadas todavía se desgastaban más rápidamente de lo deseable, debido a la fricción deslizante contra los bujes. La adición de rodillos que rodeaban los manguitos de los bujes de la cadena y proporcionaban contacto rodante con los dientes de las ruedas dentadas dio como resultado una excelente resistencia al desgaste tanto de las ruedas dentadas como de la cadena. Incluso hay una fricción muy baja, siempre que la cadena esté suficientemente lubricada. La lubricación continua y limpia de las cadenas de rodillos es de suma importancia para un funcionamiento eficiente, al igual que una tensión correcta. ^[5]

Muchas cadenas de transmisión (por ejemplo, en equipos de fábrica o para accionar un árbol de levas dentro de un motor de combustión interna) funcionan en entornos limpios y, por lo tanto, las superficies de desgaste (es decir, los pasadores y los bujes) están a salvo de la precipitación y la suciedad transportada por el aire, muchas incluso en un entorno sellado como un baño de aceite. Algunas cadenas de rodillos están diseñadas para tener juntas tóricas incorporadas en el espacio entre la placa de eslabón exterior y las placas de eslabón de rodillos interiores. Los fabricantes de cadenas comenzaron a incluir esta característica en 1971 después de que Joseph Montano inventara la aplicación mientras trabajaba para Whitney Chain de Hartford, Connecticut. Las juntas tóricas se incluyeron como una forma de mejorar la lubricación de los eslabones de las cadenas de transmisión de potencia, un servicio que es de vital importancia para extender su vida útil. Estos accesorios de goma forman una barrera que retiene la grasa lubricante aplicada en fábrica dentro de las áreas de desgaste de los pasadores y los bujes. Además, las juntas tóricas de goma evitan que la suciedad y otros contaminantes entren en el interior de los eslabones de la cadena, donde dichas partículas de otro modo causarían un desgaste significativo. ^[6]

También hay muchas cadenas que tienen que funcionar en condiciones sucias y que, por razones de tamaño o de funcionamiento, no se pueden sellar. Algunos ejemplos son las cadenas de equipos agrícolas , bicicletas y motosierras . Estas cadenas tendrán necesariamente índices de desgaste relativamente altos.

Muchos lubricantes a base de aceite atraen la suciedad y otras partículas, formando con el tiempo una pasta abrasiva que agravará el desgaste de las cadenas. Este problema se puede reducir mediante el uso de un aerosol de PTFE "seco" , que forma una película sólida después de la aplicación y repele tanto las partículas como la humedad. ^[7]

Las cadenas que funcionan a velocidades altas comparables a las de las motocicletas deben usarse junto con un baño de aceite. ^[8] En las motocicletas modernas esto no es posible y la mayoría de las cadenas de motocicletas funcionan sin protección. Por lo tanto, las cadenas de motocicletas tienden a desgastarse muy rápidamente en relación con otras aplicaciones. Están sujetas a fuerzas extremas y expuestas a la lluvia, la suciedad, la arena y la sal de la carretera.

Las cadenas de motocicletas forman parte del tren de transmisión que transmite la potencia del motor a la rueda trasera. Las cadenas lubricadas adecuadamente pueden alcanzar una eficiencia del 98 % o más en la transmisión. Las cadenas sin lubricar reducirán significativamente el rendimiento y aumentarán el desgaste de la cadena y la rueda dentada. ^[1]

Hay dos tipos de lubricantes de posventa disponibles para cadenas de motocicletas: lubricantes en aerosol y sistemas de alimentación por goteo de aceite.

• Los lubricantes en aerosol pueden contener cera o PTFE . Si bien estos lubricantes utilizan aditivos adhesivos para permanecer en la cadena, también pueden atraer suciedad y arena de la carretera y, con el tiempo, producir una pasta abrasiva que acelera el desgaste de los componentes. ^{[ cita requerida ]}
• Los sistemas de alimentación por goteo de aceite lubrican continuamente la cadena y utilizan aceite ligero que no se pega a la cadena. Las investigaciones han demostrado que los sistemas de alimentación por goteo de aceite proporcionan la mayor protección contra el desgaste y el mayor ahorro de energía. ^[9]

Si la cadena no se utiliza para una aplicación de alto desgaste (por ejemplo, si solo se transmite el movimiento de una palanca operada manualmente a un eje de control en una máquina o una puerta corrediza en un horno), se puede utilizar uno de los tipos más simples de cadena. Por el contrario, cuando se requiere una resistencia adicional pero el accionamiento suave de un paso más pequeño, la cadena puede ser "siamesada"; en lugar de solo dos filas de placas en los lados exteriores de la cadena, puede haber tres ("dúplex"), cuatro ("tríplex") o más filas de placas que corren paralelas, con bujes y rodillos entre cada par adyacente, y la misma cantidad de filas de dientes que corren en paralelo en las ruedas dentadas para que coincidan. Las cadenas de distribución en los motores de automóviles, por ejemplo, suelen tener varias filas de placas llamadas hebras.

La cadena de rodillos se fabrica en varios tamaños, siendo los estándares más comunes del Instituto Nacional Estadounidense de Estándares (ANSI) 40, 50, 60 y 80. Los primeros dígitos indican el paso de la cadena en octavos de pulgada , siendo el último dígito 0 para la cadena estándar, 1 para la cadena liviana y 5 para la cadena con bujes sin rodillos. Por lo tanto, una cadena con un paso de media pulgada es una N.° 40, mientras que una rueda dentada N.° 160 tiene dientes espaciados a 2 pulgadas, etc. Los pasos métricos se expresan en dieciseisavos de pulgada; por lo tanto, una cadena métrica N.° 8 (08B-1) es equivalente a una ANSI N.° 40. La mayoría de las cadenas de rodillos están hechas de acero al carbono o de aleación, pero el acero inoxidable se usa en maquinaria de procesamiento de alimentos u otros lugares donde la lubricación es un problema, y ​​ocasionalmente se ven nailon o latón por la misma razón.

Las cadenas de rodillos se suelen unir mediante un eslabón maestro (también conocido como "eslabón de conexión"), que normalmente tiene un pasador sujeto por un clip de herradura en lugar de un ajuste por fricción, lo que permite insertarlo o quitarlo con herramientas simples. La cadena con un eslabón o pasador extraíble también se conoce como "cadena con chaveta", que permite ajustar la longitud de la cadena. Hay eslabones medios (también conocidos como "desplazamientos") que se utilizan para aumentar la longitud de la cadena en un solo rodillo. La cadena de rodillos remachada tiene el eslabón maestro (también conocido como "eslabón de conexión") "remachado" o aplastado en los extremos. Estos pasadores están hechos para ser duraderos y no son extraíbles. ^[10]

Un clip de herradura es un accesorio de acero con forma de U que sujeta la placa lateral del eslabón de unión (o "maestro"), que antes era esencial para completar el bucle de una cadena de rodillos. El método del clip está perdiendo popularidad a medida que se fabrican cada vez más cadenas como bucles sin fin que no están destinadas a recibir mantenimiento. Las motocicletas modernas suelen estar equipadas con una cadena sin fin, pero en las circunstancias cada vez más raras de que la cadena se desgaste y sea necesario reemplazarla, se proporcionará un tramo de cadena y un eslabón de unión (con clip de herradura) como repuesto. Los cambios en la suspensión de las motocicletas tienden a hacer que este uso sea menos frecuente.

Común en motocicletas y bicicletas más antiguas (por ejemplo, aquellas con cambios de buje ), este método de clip no se puede usar en bicicletas equipadas con cambios de marcha, ya que el clip tenderá a engancharse en los cambiadores de marcha.

En muchos casos, una cadena sin fin no se puede sustituir fácilmente, ya que está unida al cuadro de la máquina (este es el caso de la bicicleta tradicional, entre otros). Sin embargo, en algunos casos, no se puede utilizar un eslabón de unión con clip de herradura o tampoco es la aplicación preferida. En este caso, se utiliza un "eslabón blando", colocado con una remachadora de cadena y confiando únicamente en la fricción. Con materiales y herramientas modernas y una aplicación experta, se trata de una reparación permanente que tiene casi la misma resistencia y vida útil que la cadena intacta.

• Las cadenas de rodillos se utilizan en transmisiones de velocidad baja a media, alrededor de 600 a 800 pies por minuto; sin embargo, a velocidades más altas, alrededor de 2000 a 3000 pies por minuto, normalmente se utilizan correas trapezoidales debido a problemas de desgaste y ruido.
• Una cadena de bicicleta es un tipo de cadena de rodillos. Las cadenas de bicicleta pueden tener un eslabón maestro o pueden requerir una herramienta para cadenas para su extracción e instalación. En la mayoría de las motocicletas se utiliza una cadena similar, pero más grande y, por lo tanto, más resistente, aunque a veces se reemplaza por una correa dentada o una transmisión por eje , que ofrecen un nivel de ruido más bajo y requieren menos mantenimiento.
• Algunos motores de automóviles utilizan cadenas de rodillos para accionar los árboles de levas . Los motores de muy alto rendimiento suelen utilizar transmisión por engranajes y, a principios de la década de 1960, algunos fabricantes empezaron a utilizar correas dentadas .
• También se utilizan cadenas en carretillas elevadoras que utilizan cilindros hidráulicos como polea para subir y bajar el carro; sin embargo, estas cadenas no se consideran cadenas de rodillos, sino que se clasifican como cadenas de elevación o de hojas.
• Las cadenas de corte de motosierra se parecen superficialmente a las cadenas de rodillos, pero están más relacionadas con las cadenas de hojas. Se accionan mediante eslabones de transmisión salientes que también sirven para colocar la cadena en la espada.

• Un uso quizás inusual de un par de cadenas de motocicleta es en el avión de salto Harrier , donde se utiliza una transmisión por cadena desde un motor de aire para girar las toberas móviles del motor, lo que permite que apunten hacia abajo para el vuelo estacionario, o hacia atrás para el vuelo normal hacia adelante, un sistema conocido como " vectorización de empuje ".

El efecto del desgaste en una cadena de rodillos es aumentar el paso (espaciado de los eslabones), lo que hace que la cadena se alargue. Tenga en cuenta que esto se debe al desgaste de los pasadores y casquillos pivotantes, no al estiramiento real del metal (como sucede con algunos componentes de acero flexibles, como el cable del freno de mano de un vehículo de motor).

En las cadenas modernas es inusual que una cadena (que no sea la de una bicicleta) se desgaste hasta romperse, ya que una cadena desgastada provoca el rápido inicio del desgaste de los dientes de las ruedas dentadas, siendo el fallo final la pérdida de todos los dientes de la rueda dentada. Las ruedas dentadas (en particular la más pequeña de las dos) sufren un movimiento de rechinamiento que da una forma característica de gancho a la cara impulsada de los dientes. (Este efecto se agrava si la cadena está mal tensada, pero es inevitable sin importar el cuidado que se tenga). Los dientes desgastados (y la cadena) ya no proporcionan una transmisión suave de la potencia y esto puede hacerse evidente por el ruido, la vibración o (en los motores de automóviles que usan una cadena de distribución) la variación en el tiempo de encendido que se ve con una luz de sincronización . Tanto las ruedas dentadas como la cadena deben reemplazarse en estos casos, ya que una cadena nueva en ruedas dentadas desgastadas no durará mucho. Sin embargo, en casos menos severos puede ser posible salvar la rueda dentada más grande de las dos, ya que siempre es la más pequeña la que sufre el mayor desgaste. Solo en aplicaciones muy livianas, como una bicicleta, o en casos extremos de tensión inadecuada, la cadena normalmente saltará de los piñones.

El alargamiento debido al desgaste de una cadena se calcula mediante la siguiente fórmula:

${\displaystyle \%=((M-(S*P))/(S*P))*100}$

M = la longitud de un número de enlaces medido

S = el número de enlaces medidos

P = Tono

En la industria, es habitual controlar el movimiento del tensor de la cadena (ya sea manual o automático) o la longitud exacta de una cadena de transmisión (una regla general es reemplazar una cadena de rodillos que se haya alargado un 3% en una transmisión ajustable o un 1,5% en una transmisión de centro fijo). Un método más simple, especialmente adecuado para el usuario de una bicicleta o motocicleta, es intentar tirar de la cadena para separarla del piñón más grande de los dos, asegurándose de que la cadena esté tensa. Cualquier movimiento significativo (por ejemplo, que permita ver a través de un espacio) probablemente indique que la cadena está desgastada hasta el límite o más allá. Si se ignora el problema, se producirán daños en el piñón. El desgaste del piñón anula este efecto y puede enmascarar el desgaste de la cadena.

La cadena ligera de una bicicleta con cambios automáticos puede romperse (o más bien, desarmarse en las placas laterales, ya que es normal que el "remachado" falle primero) porque los pasadores interiores no son cilíndricos, sino que tienen forma de barril. El contacto entre el pasador y el buje no es una línea regular, sino un punto que permite que los pasadores de la cadena se abran paso a través del buje y, finalmente, del rodillo, lo que finalmente provoca la rotura de la cadena. Esta forma de construcción es necesaria porque la acción de cambio de marchas de esta forma de transmisión requiere que la cadena se doble lateralmente y se tuerza, pero esto puede ocurrir con la flexibilidad de una cadena tan estrecha y con longitudes libres relativamente grandes en una bicicleta.

Los fallos de la cadena son un problema mucho menor en los sistemas con engranajes en el buje, ya que la línea de la cadena no se dobla, por lo que los pasadores paralelos tienen una superficie de desgaste mucho mayor en contacto con el buje. El sistema de engranajes en el buje también permite un encapsulamiento completo, lo que es una gran ayuda para la lubricación y la protección contra la suciedad.

La medida más común de la resistencia de la cadena de rodillos es la resistencia a la tracción . La resistencia a la tracción representa la cantidad de carga que una cadena puede soportar bajo una carga única antes de romperse. Tan importante como la resistencia a la tracción es la resistencia a la fatiga de una cadena. Los factores críticos en la resistencia a la fatiga de una cadena son la calidad del acero utilizado para fabricar la cadena, el tratamiento térmico de los componentes de la cadena, la calidad de la fabricación de los orificios de paso de las placas de enlace y el tipo de granallado más la intensidad de la cobertura de granallado en las placas de enlace. Otros factores pueden incluir el espesor de las placas de enlace y el diseño (contorno) de las placas de enlace. La regla general para la cadena de rodillos que funciona en una transmisión continua es que la carga de la cadena no exceda un mero 1/6 o 1/9 de la resistencia a la tracción de la cadena, dependiendo del tipo de eslabones maestros utilizados (ajuste a presión vs. ajuste deslizante) ^{[ cita requerida ]} . Las cadenas de rodillos que funcionan en una transmisión continua más allá de estos umbrales pueden y normalmente fallan prematuramente a través de una falla por fatiga de la placa de enlace.

La resistencia máxima mínima estándar de la cadena de acero ANSI 29.1 es de 12 500 x (paso, en pulgadas) ² . Las cadenas con juntas tóricas y de anillo X reducen considerablemente el desgaste mediante lubricantes internos, lo que aumenta la vida útil de la cadena. La lubricación interna se introduce mediante vacío al remachar la cadena.

Las organizaciones de normalización (como ANSI e ISO) mantienen normas para el diseño, las dimensiones y la intercambiabilidad de las cadenas de transmisión. Por ejemplo, la siguiente tabla muestra datos de la norma ANSI B29.1-2011 (cadenas de rodillos, accesorios y ruedas dentadas para transmisión de potencia de precisión) ^[11] desarrollada por la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos (ASME). Consulte las referencias ^{[12] [13] [14]} para obtener información adicional.

Para fines mnemotécnicos, a continuación se presenta otra presentación de dimensiones clave del mismo estándar, expresadas en fracciones de pulgada (lo que fue parte del pensamiento detrás de la elección de números preferidos en el estándar ANSI):

Una cadena de bicicleta típica (para cambios de marchas ) utiliza una cadena estrecha de 1 ⁄ 2 pulgada de paso. El ancho de la cadena es variable y no afecta la capacidad de carga. Cuantos más piñones haya en la rueda trasera (históricamente de 3 a 6, hoy en día de 7 a 12 piñones), más estrecha será la cadena. Las cadenas se venden según la cantidad de velocidades con las que están diseñadas para funcionar, por ejemplo, "cadena de 10 velocidades". Las bicicletas con cambio de buje o de una sola velocidad utilizan cadenas de 1/2 x 1/8 de pulgada, donde 1/8 de pulgada se refiere al grosor máximo de un piñón que se puede usar con la cadena.

Por lo general, las cadenas con eslabones en forma paralela tienen un número par de eslabones, y cada eslabón estrecho va seguido de uno ancho. Las cadenas construidas con un tipo uniforme de eslabón, estrecho en un extremo y ancho en el otro, pueden fabricarse con un número impar de eslabones, lo que puede ser una ventaja para adaptarse a una distancia especial entre platos; por otro lado, una cadena de este tipo tiende a no ser tan resistente.

Las cadenas de rodillos fabricadas según la norma ISO a veces se denominan "isocadenas".

• Cadena autolubricante

• 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.

Wikimedia Commons tiene medios relacionados con Cadenas de rodillos .

https://www.leonardodigitale.com/es/browse/Codex-atlanticus/0987-r/

• La guía completa de la cadena