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• Eduardo Reyes

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TRANSMISIONES FLEXIBLES Los elementos de máquinas flexibles, como bandas, cables o cadenas, se utilizan para la transmisión de potencia a distancias comparativamente grandes. Cuando se emplean estos elementos, por lo general, sustituyen a grupos de engranajes, ejes y sus cojinetes o a dispositivos de transmisión similares. Por lo tanto, simplifican mucho una máquina o instalación mecánica, y son así, un elemento importante para reducir costos. Además, son elásticos y generalmente de gran longitud, de modo que tienen una función importante en la absorción de cargas de choque y en el amortiguamiento de los efectos de fuerzas vibrantes. Aunque esta ventaja es importante en lo que concierne a la vida de una máquina motriz, el elemento de reducción de costos suele ser el factor principal para seleccionar estos medios de transmisión de potencia.

5.1 CLASIFICACION Y APLICACIÓN DE TRANSMISIONES FLEXIBLES Tipos de elementos para la transmisión de potencia. La transmisión de potencia de un equipo motriz o impulsor a un equipo impulsado se puede efectuar en forma directa o en forma indirecta. Los elementos mecánicos que transmiten la potencia en forma directa son: copies, barras de torsión, embragues y frenos. Los elementos mecánicos que transmiten potencia en forma indirecta pueden ser elementos rígidos como el caso de los engranes o bien elementos flexibles como las bandas. Estos últimos elementos serán analizados durante el desarrollo en esta tesis. Tipos de elementos flexibles. Los elementos flexibles para la transmisión de potencia se clasifican en tres grupos principales: • Bandas. • Cadenas • Cables. De la misma manera las bandas se clasifican en cuatro grupos principales: • Bandas Planas. • Bandas Trapezoidales o en V. • Bandas Redondas. • Bandas Reguladoras o de Sincronización. Las cadenas más utilizadas para transmisión de potencia se clasifican en dos grupos principales: • Cadenas de Rodillos. • Cadenas de Dientes Invertidos o Silenciosas. En el caso de los cables estos se clasifican por el material del cual está constituido:

• Cables de Cáñamo. • Cables de Algodón. • Cables Metálicos.

5.2 TRANSMISIONES POR BANDAS Las transmisiones mediante bandas son mecanismos formados por bandas y poleas que se encargan de transferir la rotación (con una cierta potencia) entre dos ejes (paralelos o no), por medio de la fuerza de rozamiento generada entre las poleas y la banda (excepto en las bandas de sincronización en que la transferencia se asegura por empuje). El mecanismo (Figura 4.1) está constituido por dos poleas (elementos 2 y 4) que giran sobre los correspondientes rodamientos del bastidor (elemento l) y que están unidos por medio del elemento flexible o banda (elemento 3).

Tipos de bandas. Las bandas utilizadas para transmisión de potencia se clasifican como ya se mencionó antes en 4 grupos principales: • Bandas planas. • Bandas trapezoidales o en V. • Bandas redondas. • Bandas reguladoras o de sincronización. La Tabla 4.1 muestra los principales tipos de bandas, así como algunas de sus características operativas.

Factores que afectan la selección de un sistema con bandas. Los factores más importantes que afectan la selección de un sistema mediante bandas se muestran en la Fig. 4.2 y se comentan a continuación. Funcionamiento. La función principal de un sistema de transmisión mediante bandas es la de transmitir par torsional entre dos ejes, a menudo con un cambio de velocidad angular en el proceso. Por tanto, el funcionamiento de la transmisión con bandas esta en función de la potencia que pueda transmitir. La relación de velocidades entre los ejes es también importante y tiene sus limitaciones dependiendo del tipo de banda. Aplicación.

El montaje y desmontaje de las transmisiones con banda son cruciales para su operación económica La mayoría de las bandas estándar son suministradas en lazos cerrados de modo que se requiere que sean ajustadas en campo. Se deben hacer preparaciones para permitir inspecciones y mantenimiento periódicamente. Es necesario hacer notar que la mayoría de las secciones de banda no son intercambiables y deben utilizarse poleas de la misma sección. Geometría. Varias configuraciones pueden satisfacer el diseño. El espacio disponible puede ayudar a determina el arreglo de bandas. El espacio axial disponible, la distancia entre ejes y los diámetros de poleas requeridos pueden afectar la selección final. Es más importante proporcionar los medios para la tensión de la banda para ajustaría antes o durante el servicio. El desalineamiento entre poleas es la causa mayor de la falla prematura de las bandas, por lo que se debe prever el aseguramiento de su correcto alineamiento. Medio Ambiente. Puesto que la mayoría de las bandas son fabricadas con caucho o de materiales basados en polímeros, estas tienden a ser susceptibles a las condiciones atmosféricas. La temperatura, la humedad y la contaminación por aceites y grasas deben considerarse para la selección del material. Vibraciones y cargas con choque pueden causar fallas prematuras de las bandas. La elasticidad de la banda pude ayudar a reducir las cargas dinámicas en el sistema. Seguridad. La confiabilidad requerida para la transmisión es importante y su vida de servicio requerida determinará su selección. Las bandas pueden fallar catastróficamente por fractura (especialmente sí la tensión inicial es muy alta o porque son sobrecargadas) o gradualmente (sí la tensión es demasiado baja y las bandas se deslizan en las poleas). En este último caso la situación es peligrosa por la posibilidad de fuego debido al calor generado. Todas las transmisiones mediante bandas deben cubrirse con guardas para prevenir las consecuencias en caso de las fallas antes mencionadas. Ventajas de las Transmisiones mediante bandas. • Existe aislamiento eléctrico debido a que no hay contacto de metal tanto entre los equipos motrices como impulsados. • Producen menos ruido que las transmisiones con cadenas. • Pueden utilizarse para grandes distancias entre centros de poleas. • No requieren de lubricación. • La variación de distancia entre centros de las poleas y el deslizamiento de las flechas no es tan crítico como en las transmisiones con engranes o cadenas. Selección del tipo de banda La Figura 4.3 muestra un procedimiento para la selección del tipo de banda basada en una estimación de velocidad y relación de velocidades. La Tabla 4.2 da una indicación de los límites operativos para los diferentes tipos de bandas.

5.3 TRANSMISIONES POR CADENAS DE RODILLOS Dentro de 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. 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.

Adicionalmente a las transmisiones por cadenas se le incorporan cubiertas protectoras (guarderas). En casos de transmisiones que trabajan muy cargadas y a elevadas velocidades se emplean carcazas donde la cadena es lubricada por inmersión o con surtidores de aceite a presión aplicados en las zonas de inicio del engrane entre la cadena y las ruedas dentadas.

En el caso de guarderas o carcazas, la envoltura no debe dificultar la regulación del tensado de la cadena para compensar el estirado de ella, producto del desgaste de sus eslabones y articulaciones. Generalmente, en las transmisiones por cadenas una de las ruedas es desplazable para garantizar el tensado adecuado de la cadena, de no ser así, se introducen dispositivos reguladores de la requerida tensión de la cadena. Habitualmente, con auxilio de dispositivos reguladores se puede compensar el alargamiento de la cadena hasta la longitud de dos eslabones, después de esto es conveniente quitar dos eslabones de la cadena y situar el dispositivo regulador en posición inicial.

Las transmisiones por cadenas tienen gran utilidad en las máquinas de transporte (bicicletas, motocicletas y automóviles), en máquinas agrícolas, transportadoras y equipos industriales en general. Algunas de las ventajas que presentan las transmisiones por cadenas al ser comparadas con otras transmisiones de enlace flexible, como las transmisiones por correas y poleas, son:  Dimensiones exteriores son menores.  Ausencia de deslizamiento.  Alto rendimiento.  Pequeña magnitud de carga sobre los árboles.  Posibilidad de cambiar con facilidad su elemento flexible (cadena).

En cambio, a las transmisiones por cadenas se les reconoce como inconvenientes que:  Pueden ser un poco ruidosas.  Requieren de una lubricación adecuada.  Presentan cierta irregularidad del movimiento durante el funcionamiento de la transmisión.  Requiere de una precisa alineación durante el montaje y un mantenimiento minucioso.

 las cadenas de rodillos son un medio altamente eficiente y versátil de transmisión mecánica. Hasta la fecha, en el campo de las aplicaciones industriales la cadena de rodillos ha sido la de mayor difusión entre la variedad disponible de cadenas de transmisión. Este tipo de cadena, en su construcción más generalizada, esta compuesta por placas interiores y exteriores que se alternan sucesivamente y unidas entre si de forma articulada. Cada articulación de la cadena consta de un pasador en unión con la placa exterior, un casquillo que se encuentra unido a los agujeros de las placas interiores y por último el rodillo, que se encuentra montado con holgura en el casquillo, para disminuir el desgaste de los dientes de las ruedas y el propio casquillo. Durante el montaje de la cadena sus extremos se unen mediante eslabones desmontables complementarios, diferenciándose estos empalmes según la cantidad de eslabones sea un número par o impar. Es aconsejable emplear cadenas con un número par de eslabones, teniendo en cuenta que los eslabones de unión son más resistentes que los correspondientes a un número impar de eslabones. Las cadenas de rodillos para transmisión de potencia se fabrican en empresas o compañías especializadas en su producción y comercialización. Algunas de las más conocidas firmas productoras son las alemanas Iwis y Köbo, la italiana Regina, la inglesa Renold, la española Iris y las estadounidenses Rexnord , Link-Belt y Diamond. Como característica de la resistencia mecánica de la cadena se utiliza la carga límite por rotura, cuya magnitud se determina mediante ensayos y pruebas en la fábrica constructora de cadenas y se reglamenta por las normas. Como parámetros geométricos principales de las cadenas de rodillos son identificados el paso y el ancho entre placas interiores. Las amplias posibilidades de dimensiones y capacidades de carga de las cadenas de rodillos ha permitido una amplia aplicabilidad en las transmisiones modernas según se observa en la siguiente tabla. En caso de grandes cargas y velocidades, para evitar pasos grandes, desfavorables en cuanto a las cargas dinámicas, se emplean cadenas de varias hileras de rodillos. Se componen de los mismos elementos que las de una hilera, sólo que sus ejes tienen una longitud aumentada. Las potencias a trasmitir y la carga límite por rotura de las cadenas de múltiples hileras son casi

proporcional al número de ramales. Generalmente la cantidad de hileras de rodillos en las cadenas de múltiples ramales se selecciona entre 2 - 4. NORMALIZACIÓN INTERNACIONAL DE LAS CADENAS DE RODILLOS. Las posibilidades constructivas y dimensionales de las cadenas de rodillos creo desde un inicio la necesidad de normalizar las transmisiones por cadenas. Se ha planteado que los primeros intentos de normalizar las cadenas surge durante una reunión de la Sociedad de Ingenieros Automotrices (SAE) en 1928. Desde esa época hasta nuestros días la normalización de las transmisiones de cadenas de rodillos ha estado dirigida a establecer una homogeneidad en las dimensiones de las cadenas, caracterizada por relaciones dependientes del paso y el ancho entre las placas interiores. Las dimensiones de las cadenas han sido diferenciadas en dos series, reconocidas como la serie Americana, normalizada en ANSI Standard B29.1-1975, y la serie Europea. En la actualidad ambas series han sido recogidas en la segunda versión de la Norma Internacional ISO 606-1994 (la primera versión fue aprobada en 1982). En la mencionada Norma ISO, se reconocen las cadenas con dimensiones derivadas de ANSI con la letra A y aquellas cadenas con dimensiones representativas de la unificación de las normas originarias de Europa con la letra B. Otras normas nacionales reconocen esta diferenciación en las dimensiones de las cadenas según ambas series, ejemplo de ello son las normas alemanas DIN 8187 (serie europea) y DIN 8188 (serie americana). En los siguientes gráficos puede ser observado que las desigualdades dimensionales entre ambas series de cadenas solo son significativas en el diámetro del rodillo y el ancho interior para cadenas con pasos de 1½ ¨ (38,1 mm) y 1¾¨ (44,45mm). La más notable diferencia generalmente corresponde al mayor diámetro del pasador en la serie B, lo que garantiza una mayor área resistiva al desgaste, pero una menor carga límite de tracción. En la anterior tabla, el valor indicado de carga límite de tracción corresponde a la fuerza axial mínima de estirado, aplicada en una cadena de rodillos con al menos 5 eslabones, que durante las pruebas de resistencia provocó un incremento de su longitud sin un aumento de la carga aplicada (carga límite por deformación plástica). Tan importante como las dimensiones del eslabón en la cadena es la forma de cálculo y control de la longitud total de la cadena. Un simple análisis puede revelar que la longitud nominal de la cadena puede ser calculada como el producto de la cantidad de eslabones por el paso de la cadena, de forma tal que la comparación entre la longitud real de la cadena y su valor nominal puede indicar fácilmente el nivel de desgaste en sus articulaciones o el error de paso acumulado en la cadena. En la norma internacional ISO 606:1994, se establece el control de la longitud de la cadena recién construida mediante una fuerza de estirado que revela el correcto acoplamiento de los elementos participantes en las articulaciones, así como la calidad dimensional de los eslabones. Para ello, se recomienda que la longitud de cadena empleada en el control sea mayor que: 610 mm para cadenas comprendidas entre las denominaciones 05B y 12B (ver tabla 2.1); 1220 mm para cadenas comprendidas entre las denominaciones 16A y 48B (ver tabla 2.1). El tramo de cadena para el control de la longitud debe terminar en eslabones interiores (placas interiores, casquillo y rodillo), mediante los cuales, y empleando un enganche que permita un libre movimiento de rotación en el plano normal de la articulación, se le aplicará suavemente a la cadena una determinada fuerza de control en dependencia del paso de la cadena y la

cantidad de hileras (ver tabla 2.2). En casos de cadenas nuevas no lubricadas, la longitud medida debe estar entre los límites del 0 % a 0,15% de la longitud nominal ( paso x cantidad de eslabones). Otras normas, como DIN 8187/8188, recomiendan una tolerancia de longitud en función del paso y la cantidad de eslabones, coincidiendo con la norma ISO en las tolerancias declaradas para 49 eslabones. ACCESORIOS Ruedas para cadenas de rodillos: la capacidad de trabajo de una transmisión por cadenas depende, en muy buena medida, de la calidad de las ruedas (sprockets) de la transmisión. La exactitud de fabricación de los dientes y su paso, el acabado de las superficies activas, el material empleado y el tratamiento térmico aplicado a los flancos de los dientes tienen una gran influencia en la durabilidad y buen funcionamiento de la transmisión. Las ruedas de transmisiones lentas (hasta 3 m/s), que no soportan cargas de choques, pueden ser construidas de hierro fundido con una resistencia a la tracción no menor de 210 MPa, pero indiscutiblemente, que la mayor difusión la alcanzan las ruedas fabricadas con aceros al carbono medio o aleados, donde son templados superficialmente los dientes hasta lograr durezas en flanco entre 45 y 55 HRC. Si fuera necesaria una elevada resistencia al desgaste, pueden emplearse ruedas elaboradas de acero cementables, que permita alcanzar a los dientes durezas superficiales del orden de los 60 HRC mediante una capa de cementado de 1 a 1,5 mm de espesor. En casos de trabajos suaves, sin grandes cargas y con exigencias de bajo nivel de ruido, pueden hacerse las coronas dentadas de plásticos de fibras de vidrio y poliamidas23, lo que permite atenuar considerablemente el ruido y elevar la duración de las cadenas (debido a la reducción de las cargas dinámicas). Los dientes de las ruedas para cadenas de rodillo se elaboran con perfiles convexos, cóncavos, rectilíneos o combinados (generalmente rectilíneo convexo), a pesar que la experiencia muestra que el perfil cóncavo dispone de mayor resistencia al desgaste debido a que aporta una mayor longitud activa en el perfil del diente, es la forma convexa la más difundida en la actualidad por las facilidades tecnológicas de fabricación y se ha dejado el perfil cóncavo para los casos de transmisiones con elevadas velocidades periféricas. FÓRMULAS PARA EL CÁLCULO GEOMÉTRICO DE LAS RUEDAS DENTADAS DE CADENAS DE RODILLOS. Parámetros fundamentales: son: z : número de dientes (z1= número de dientes del piñón, z2= número de dientes de la catalina) p : paso de la cadena. dR: diámetro de los rodillos de la cadena. Pt : paso transversal Nhil : número de hileras. h2 : altura de la placa interior

FUNDAMENTOS TEORICOS DEL FUNCIONAMIENTO DE LA TRANSMISION POR CADENAS DE RODILLOS. Las transmisiones por cadenas clasifican como transmisiones mecánicas por engranaje con enlace flexible, las cuales como podrá comprenderse, presentan varias de las ventajas de los engranajes y de las transmisiones por correas, cualidades que a los accionamientos por cadenas les han permitido una muy bien ganada posición dentro de las transmisiones con mayor empleo en el rango de medía potencia (hasta 100 kW) y bajas velocidades (10 m/s). A pesar de la dualidad de características antes mencionada, las transmisiones por cadenas presentan varios aspectos distintivos del restos de las transmisiones mecánicas que requieren de ellas un especial estudio.

 Irregularidad del Movimiento en las Transmisiones por Cadenas de Rodillos. A pesar de ser garantizado un movimiento de rotación uniforme en la rueda motriz y debido a que los eslabones de la cadena están situado en torno a la rueda dentada por los lados de un polígono, la velocidad real de la cadena no es constante y varía durante la entrada de un eslabón de la cadena en el engranaje con los dientes de la rueda. Cada eslabón arrastra la cadena al girar la rueda un paso angular ( 360ÿ / Z ), y luego cede el sitio al siguiente eslabón. En otras palabras, el movimiento de la cadena se determina por el de la articulación del eslabón que acaba de engranar con la rueda motriz y es adyacente al ramal conductor de la cadena. Esta variación de la velocidad en la cadena se manifiesta como fluctuaciones entre un valor mínimo y máximo. De esta forma, la cadena es alternativamente acelerada y desacelerada con significativa influencia en las cargas dinámicas.