Ing. Eduardo Nio de Rivera

Ing. Eduardo Nio de Rivera

INTRODUCCION

Todas las mquinas requieren de una fuerza motriz. En la antigedad sta vena de animales, seres humanos o los elementos, como el viento o corrientes de agua. Hoy en da la gran mayora de las mquinas son accionadas por motores ya sean elctricos, de de combustin interna, hidrulicos o turbinas de gas o de vapor. Sin importar de donde provenga la fuerza motriz, es necesario llevar el movimiento y la fuerza, desde el lugar en que se generan hasta el lugar en que se emplean.

En este primer artculo presentaremos los conceptos bsicos para la seleccin los componentes mecnicos, como poleas y bandas, cadenas y catarinas, reductores de velocidad, acoplamientos, embragues, frenos, etc., que se encargan de la transmisin del movimiento entre el motor y la mquina; en artculos futuros estudiaremos la funcin y los criterios de seleccin para los diferentes componentes que hay en el mercado.

En las herramientas ms sencillas la fuerza motriz se usa directamente para realizar el trabajo deseado, en un cepillo para madera, por ejemplo, se emplea el movimiento de la mano para empujar la carga. En este caso, la carga se mueve a la velocidad de la mano. Pero en la gran mayora de las mquinas la fuerza motriz se genera en un lugar y en una forma que no pueden emplearse directamente. En un taladro manual, por ejemplo, la fuerza motriz se genera en una manivela pero se emplea en una broca. La manivela estar colocada en forma tal que permita aprovechar la fuerza de la mano que la hace girar, y trabajar a la velocidad que sta le imprima, mientras que la broca estar colocada en la forma que ms convenga para barrenar y girar a una velocidad que permita que el trabajo se haga con mayor eficacia. Es necesario, por tanto, transformar el movimiento de la manivela para que sea til para el barrenado. En este caso la transformacin o transmisin del movimiento se logra mediante un simple tren de engranes. Para cubrir las necesidades de las diversas mquinas que existen, se ha desarrollado una variedad muy amplia de elementos de transmisin.

Cuando hablamos de fuerza motriz quedamos ligados a dos principios fundamentales que rigen el movimiento. En primer lugar tenemos las Leyes del Movimiento de Newton, que se resumen en la ecuacin:

Fuerza igual a masa por aceleracin

Esta ecuacin se usa cuando un cuerpo se desplaza con movimiento lineal. Para movimiento giratorio dicha ecuacin se convierte en:

en la que T es el par, es el momento polar de inercia y es la aceleracin angular.

Estrictamente hablando, estas son ecuaciones vectoriales, pero cuando de trata de movimiento en lnea recta o giro sobre un eje fijo, las ecuaciones se vuelven algebraicas, que es el caso de la mayoria de los clculos relacionados a la seleccin de componentes mecnicos.

Tenemos tambin el principio de la conservacin de la energa. Este nos dice que en un sistema cerrado la energa que entra al sistema es igual a la que sale del sistema ms el incremento en energa dentro de ste. A la cantidad de energa que entra, sale o se acumula en un sistema por unidad de tiempo se le denomina potencia.

En mayor o menor medida, los componentes mecnicos de transmisin toman una parte de la energa que entra y la convierten en calor. Cuando esto sucede, hay un incremento en la temperatura de operacin hasta que se alcanza un equilibrio entre la energa que se est absorbiendo y el calor que se disipa en la atmsfera o mediante algn sistema de enfriamiento. Una vez alcanzado este equilibrio, la potencia mecnica a la entrada ser igual a la potencia mecnica en la salida ms la energa que se disipa en forma de calor. Visto a la inversa, la potencia disponible a la salida de un componente de transmisin es igual a la potencia a la entrada menos las prdidas por calor.

La eficiencia nos dice cunta energa se pierde, de manera que la potencia disponible a la salida de cada elemento ser igual a la potencia a la entrada multiplicada por su eficiencia, esto es:

(la eficiencia , siempre ser menor a 1.0).

En movimiento lineal la potencia mecnica es igual a la fuerza requerida, multiplicada por la velocidad del movimiento, y en movimiento giratorio, es igual al par aplicado multiplicado por la velocidad angular. Nuestra ecuacin, en el sistema ISO se convierte en:

En donde:

T:

Par en Newtons-metro (Nm)

:

Velocidad angular en radianes por segundo (s)

:

Eficiencia por unidad (menor a 1.0)

P:

Potencia en watts (W)

Subndice s:

Condiciones a la salida

Subndice e:

Condiciones a la entrada

Comnmente la velocidad de giro, N, est dada en revoluciones por minuto (rpm), y la potencia en kilowatts (kW). Las unidades ms usadas en el sistema ingls son libras-pulgada (lb-in) para el par y caballos de fuerza, Hp, para la potencia.

En el caso ms sencillo se tiene que seleccionar un motor y su transmisin para una mquina que trabaja a una velocidad constante Ns y requiere un par Ts, tambin cosntante. La potencia requerida en el motor Pm, estar determinada por las siguientes ecuaciones (utilizando las unidades indicadas en la parte final del rticulo anterior):

Sistema Internacional

Sistema Ingles

La eficiencia vara bastante entre los diferentes elementos de transmisin que se pueden usar para realizar el mismo trabajo. La potencia requerida en el motor depender entonces de los componentes que se empleen. Y al mismo tiempo, la transmisin debe tener la capacidad necesaria para transmitir la potencia del motor. Esta interdependencia hace que sea necesario seleccionar el motor y su transmisin como un conjunto.

No todas las mquinas trabajan a velocidad y con carga constantes, es comn que haya paros y arranques con cierta frecuencia o que la velocidad o el par de trabajo varen.

Durante el arranque, el motor y la transmisin tienen que acelerar la mquina desde un estado de reposo hasta la velocidad de operacin; esto probablemente implique un periodo durante el que el par transmitido sea ms alto que durante la operacin estable. El par transmitido tambin puede elevarse cuando hay variaciones en la velocidad o en la carga. La forma tradicional de tomar en cuenta estas variaciones es mediante la aplicacin de factores de servicio, que se multiplican por el par de trabajo para establecer el par de seleccin (o par de diseo). Los fabricantes de elementos de transmisin publican tablas con factores de servicio que toman en cuenta el tipo de motor, el nmero de arranques por hora, el nmero de horas que el equipo trabaja por da y las variaciones en el par debidas al tipo de trabajo que hace la mquina.Comnmente el factor de servicio de 1.0 es para mquinas impulsadas con motores elctricos, con trabajo continuo de 8 horas al da, menos de 10 arranques por hora y sin variaciones importantes en la velocidad o la carga.

Curva caracteristica para un motor de induccion tipo jaula de ardilla.

Supongamos que para una determinada mquina y condiciones de trabajo, el fabricante del componente a seleccionar recomienda un factor de servicio FS. La capacidad de este componente deber ser igual o mayor a FS por Ts para la velocidad de salida Ns . Debe tenerse en cuenta que Ts y Ns se refieren a las condiciones en la salida del elemento que se est seleccionando, ya que estas pueden ser diferentes en otros puntos de la transmisin.

En algunas mquinas se debe aplicar un factor de servicio para seleccionar el motor. Sin embargo, la mayora de los motores elctricos tiene una curva caracterstica de operacin similar a la que se muestra en la grfica, con un par mximo muy superior al par nominal (par a plena carga), por lo que normalmente no es necesario aplicar un factor de servicio para el motor. Adems, una vez que se determina la potencia mnima requerida, se tiene que seleccionar un motor estndar con potencia superior a sta. Si requerimos 4 kW (5.5 Hp), por ejemplo, tendremos que usar un motor de 5.5 kW (7.5 Hp).

Para la seleccin de los elementos mecnicos se puede multiplicar el factor de servicio por la potencia requerida a la salida del elemento a seleccionar, sin embargo, un criterio ms conservador pide que se aplique el factor de servicio a la potencia del motor. Hay dos razones para esto, la primera es que en cada arranque el equipo mecnico estar sometido al par mximo del motor y no al par demandado por la mquina, y la segunda es que pueden darse condiciones en la operacin, no previstas en el diseo, que obliguen al motor (y a la transmisin) a trabajar a plena carga.

No debemos confundir los factores de servicio con los factores de seguridad. Con los primeros se busca una vida til adecuada para los componentes, mientras que con los ltimos se toma en cuenta la incertidumbre y la necesidad de proteger la integridad de las personas y el equipo. En ocasiones en necesario aplicar ambos tipos de factores simultneamente.

Como hemos visto, en algunos componentes mecnicos hay un incremento en la temperatura hasta alcanzar un equilibrio entre el calor que el componente absorbe y el que se disipa.

Por ello, al seleccionar esos componentes, es necesario tomar en cuenta la capacidad trmica.

Los fabricantes de elementos mecnicos publican informacin con la capacidad trmica para condiciones de ambientes normales. Si las condiciones particulares de trabajo de la mquina no estn dentro de los supuestos de la informacin publicada, es posible pedir al departamento de ingeniera del fabricante para que la proporcione.

EJEMPLO:

Deseamos seleccionar un motor elctrico de cuatro polos a 60 Hz (1750 rpm) y un reductor tipo corona-sinfn para un transportador con movimiento intermitente. El par de trabajo en el eje de mando del transportador es de 400 Nm y la velocidad 35 rpm. La mquina trabajar 16 horas por da, con 15 arranques por hora.

A.- El reductor tendr una relacin de velocidad de:

B.- La eficiencia de un reductor de este tipo es de 70% aproximadamente.

C.- La potencia requerida en el motor

D.- El motor estndar de potencia superior es de 2.2 kW (3Hp)

E.- El factor de servicio recomendado para este reductor en estas condiciones de trabajo es: 1.75

F.- El reductor deber tener una capacidad mecnica superior a

G.- El reductor deber tener una capacidad trmica superior a 2.09 kW

Finalizamos haciendo notar que cuando se trata de mquinas que trabajan a velocidad variable, especialmente las accionadas por servomotores, la seleccin no se hace en base a factores de servicio, sino mediante clculos basados en el ciclo de trabajo. Este es un tema muy amplio que trataremos en artculos futuros.

MASA

El primer paso en la seleccin de un motor y sus elementos de transmisin, es determinar las fuerzas, pares de torsion y velocidades, tanto lineales como angulares, que requiere el trabajo a realizar. Cuando se trata de movimiento lineal las fuerzas requeridas generalmente caen en alguna de las siguientes categoras:

Fuerzas requeridas para acelerar o frenar una masa: F=ma

Fuerzas requeridas para contrarrestar la accin de la gravedad, Peso P=mg

Fuerza de friccin igual al coeficiente de friccin [], por la fuerza de contacto [C]. F= C (ver Figura No. 1).

Figura No. 1

NOTA: La fuerza de friccin acta siempre en sentido contrario al movimiento y es igual al coeficiente de friccin [], multiplicado por la fuerza de contacto entre las superficies en deslizamiento [C]. En este caso la fuerza de friccin ser F=mg (cos ).

Cargas de proceso, estas son las fuerzas necesarias para hacer un trabajo determinado, como cortar, doblar o laminar metales; bombear o comprimir fluidos, etc.

Para movimiento giratorio, en lugar de la masa, usamos el momento de inercia [].

Par requerido para acelerar o frenar una masa que gira: Par requerido para contrarrestar la accin de la gravedad. T=rP= rmg (ver figura No. 2).

Figura No. 2

NOTA: El par requerido para contrarrestar la fuerza de gravedad es T= rmg

Par de arrastre (ver figura No. 3).

Figura No. 3

NOTA: C1 y C2 son las cargas que actan sobre los respectivos cojinetes (fuerza de contacto). El par de arrastre para cada cojinete ser .

Par provocado por las cargas del proceso.

Al estimar las fuerzas y pares requeridos para hacer un trabajo, especialmente durante los periodos de aceleracin y frenado, es necesario tomar en cuenta las masas y momentos de inercia de los componentes de la mquina que estarn en movimiento, incluyendo los elementos de transmisin y el mismo motor, ya que despreciarlos puede resultar en un diseo deficiente. Tambin es necesario considerar las condiciones reales de trabajo de la mquina, como cargas pico, vibraciones, efectos del medio ambiente y el trato que le dan quienes la operan.

Por ejemplo, para trabajos similares, sern muy diferentes las especificaciones de una mquina para un laboratorio de precisin que para una mina.

a:

aceleracin (lineal)

:

aceleracin angular

C:

Fuerza de contacto entre dos superficies que se deslizan entre s

F:

fuerza

g:

aceleracin de la gravedad (9.81 o 32.2 sobre la superficie de la tierra)

:

ngulo de inclinacin a partir de la horizontal

momento de inercia

m:

masa

:

coeficiente de friccin

P:

Peso

r:

radio o brazo de palanca

T:

par

Ing. Eduardo Nio de Rivera

COMPONENTES MECANICOSREDUCTORES DE VELOCIDAD - I

INTRODUCCION:

Este capitulo trata sobre la seleccin de reductores de velocidad de relacin fija para uso industrial. Los de relacin variable, los diferenciales, y los que usan cadenas y catarinas o poleas y bandas, se vern en otros captulos.

Ante los avances en tecnologa para motores de velocidad variable, especialmente los servomotores y motores a pasos, el diseador debe contemplar la posibilidad de eliminar el reductor usando una transmisin directa entre el motor y la mquina. Esta solucin es costeable si el motor puede operar eficiente y adecuadamente a la velocidad requerida. No debe perderse de vista, sin embargo, que la potencia nominal de los motores de velocidad variable se establece para una velocidad base, y que por debajo de sta la potencia del motor est limitada por el par nominal y por la capacidad trmica del motor. Cuando se trabaja con servomotores y motores a pasos es tambin importante tomar en cuenta la relacin entre el momento de inercia del motor y el de la mquina, ya que si esta relacin pasa ciertos limites para el motor en cuestin, se hace necesario el uso de un reductor de velocidad para poder controlarlo adecuadamente.

TIPOS DE REDUCTORES

Al seleccionar un reductor se deben tomar en cuenta, adems de la capacidad y la velocidad requeridas, los costos, la eficiencia, el rgimen y las condiciones de trabajo, el espacio disponible, la disponibilidad de refacciones, la confiabilidad y la precisin. Para cubrir estas necesidades hay en el mercado varios tipos de reductores de velocidad, cada uno de ellos con una combinacin de atributos que lo hacer ms o menos deseable para un trabajo en particular. A continuacin se presentan las caractersticas principales de algunos.

Engranes Cilndricos

Los engranes cilndricos permiten transmisin entre dos ejes paralelos, sin embargo, al usar ms de un paso, se pueden realinear los ejes para que el eje de salida sea colineal con el de entrada. Los engranes de dientes rectos son quiz los ms comunes y baratos. Tienen buena eficiencia, 95% o ms, y alta capacidad. Su principal limitacin es que tienden a producir ruido y vibraciones. Mediante el uso de engranes de dientes helicoidales se puede incrementar la capacidad y la eficiencia (97 a 99% por paso).

Los dientes helicoidales producen menos ruido y vibraciones que los rectos, pero requieren de mejor lubricacin, y rodamientos que soporten las cargas axiales que generan. Es posible tener engranes cilndricos helicoidales con ejes cruzados, aunque son poco usuales en el mercado, hay, por ejemplo, reductores con engranes de este tipo en relacin 1:1 y ejes huecos perpendiculares. Por cuestiones prcticas, en los reductores estndar se limita la relacin de reduccin a 7:1 por paso, aproximadamente. Sin embargo hay reductores de fabricacin especial y mquinas con engranes expuestos que tienen relaciones mucho mayores. Para contrarrestar las cargas axiales generadas por los engranes de dientes helicoidales, se pueden emplear engranes de doble hlice, que tienen mayor costo y requieren de mayor precisin en los soportes.

Conjunto de engranes de doble hlice Cortesa de Flender

Conjunto de Engranes Cilindricos HelicoidalesCortesa de Flender

Engranes Cnicos

Los engranes cnicos permiten que los ejes trabajen en ngulo, casi siempre de 90. Los dientes pueden ser rectos o en espiral. Al igual que con los engranes cilndricos, los de dientes rectos provocan ms ruido y vibraciones. Los de dientes en espiral, por su parte, requieren mayor precisin en la alineacin y permiten menos juego interno en los rodamientos. Los engranes cnicos a menudo son empleados en relacin 1:1 para crear derivaciones en la transmisin, que permiten sincronizar diversas partes de una mquina. La relacin mxima en reductores estndar es tambin de 7:1 aproximadamente en un juego de engranes cnicos. Para ampliar la gama de relaciones de velocidad se puede combinar un paso cnico con uno o ms pasos cilndricos.

Caja con engranes cnicos con dientes en espiralCortesa de FlenderCorona - Sinfn

En los reductores tipo corona-sinfn, los ejes son perpendiculares, pero no estn sobre el mismo plano, lo que permite mayor espacio para los soportes tanto del sinfn como de la corona. Este tipo de engranes permite relaciones muy elevadas, hasta 100:1 en un solo paso, ocupando un espacio pequeo. Su desventaja principal es su baja eficiencia. Hay reductores de dos o ms pasos de corona-sinfn o un paso corona-sinfn con uno o ms pasos de engranes cilndricos.

Dependiendo de la geometra interna y de los materiales, un sistema de corona y sinfn puede o no trabajar en sentido invertido, es decir, con el eje de baja velocidad como lado motriz. Aunque esto es diferente para cada fabricante y diseo, podemos decir que en la mayora de los casos los reductores con relacin menor a 15:1 o 20:1, aproximadamente, pueden trabajar en sentido invertido (con una eficiencia sumamente baja) y los de relacin mayor son autobloqueados, es decir, tienden a amarrarse si en estado esttico se aplica un par en el eje de baja velocidad. Aunque un reductor sea autobloqueado, no es recomendable usarlo como freno para sostener una carga, ya que vibraciones o golpes pueden permitir el movimiento de la carga. Tampoco de recomienda realizar un frenado dinmico desde el eje de alta velocidad de reductores autobloqueados, ya que esta prctica puede causar daos en los engranes.

Reductor tipo corona-sin fn con brida (o campana) para servomotor y cople tipo fuelle de alta rigidez torsional. Cortesa de SIPCO

Dada su baja eficiencia y su tamao relativamente pequeo, en algunas condiciones de trabajo los reductores tipo corona-sinfn requieren de lubricantes especiales o de sistemas de enfriamiento, como ventiladores o intercambiadores de calor.

Existen varios diseos para este tipo de engrane. El estndar tiene un sinfn cilndrico y contacto tanto en el acercamiento de la corona al sinfn, como en la parte recesiva del movimiento. En los engranes de accin recesiva el contacto solo ocurre en la etapa recesiva, lo que permite mayor capacidad y eficiencia. El sistema de sinfn con dientes de perfil cncavo ofrece tambin ventajas en cuanto a capacidad y eficiencia. Y el diseo de doble envolvente, en que el sinfn sigue la forma de la corona, permite un mayor nmero de dientes en contacto para incrementar la capacidad y la eficiencia. Hay tambin sistemas que reducen el juego interno en los engranes, algunos de los cuales alcanzan a eliminarlo totalmente. Desde luego, el costo se incrementa en la medida que se hace ms sofisticado el diseo.

Engranes Hipoidales

Estos engranes son una variante del engrane cnico en que los ejes quedan en ngulo pero sin cruzarse. Este sistema ha tenido ms aplicacin automotriz y se ve poco en reductores estndar industriales. El engrane hipoidal ofrece mayor capacidad que el engrane cnico con eficiencia poco menor a la de ste.

Engranes de dientes laterales

Hay diversas versiones de este tipo de engrane. Una de ellas utiliza un pin cilndrico de dientes rectos con una corona de dientes laterales. Este arreglo es similar a los engranes cnicos, pero permite el desplazamiento lineal del pin sobre su eje, con lo que se obtienen ventajas para ciertas aplicaciones. Otra versin usa un sinfn con una corona de dientes laterales, en forma similar a los engranes hipoidales, permitiendo mayor capacidad que stos y mayor eficiencia que los de corona-sinfn estndar.

Sistemas Cicloides

Mediante el uso de componentes excntricos (cigeales) y un sistema de pernos, rodamientos, ruedas dentadas y rodillos se logran relaciones de velocidad mayores a 100:1 en un solo paso. En condiciones ideales de trabajo la eficiencia llega a 95% pero puede bajar rpidamente si la carga es menor al 90% de la capacidad del reductor. Hay reductores de dos o tres pasos cicloidales, alcanzando relaciones del orden de 500,000:1. Estos reductores tienen una alta capacidad para soportar cargas pico.

Transmisin cicloidal Cortesa de Harmonic Drive Technologies, Teijin Seiki Boston, Inc.

Por sus dimensiones reducidas, en algunas condiciones de trabajo la capacidad natural de disipar calor puede ser insuficiente, haciendo necesarios ventiladores u otros sistemas de enfriamiento. En forma y con consecuencias similares a los reductores tipo corona-sinfn, dependiendo se la geometra interna pueden trabajar sentido invertido o ser autobloqueados. Por su bajo momento de inercia, algunos reductores estn diseados para altas velocidades y precisin, con adaptadores para servomotores, juego interno nulo y alta rigidez torsional.

Este reductor tiene un eje hueco a la entrada, un primer paso de engranes cilndricos rectos y un segundo paso cicloidal. La salida es a travs del plato frontal. Cortesa de Harmonic Drive Technologies, Teijin Seiki Boston, Inc.

Ing. Eduardo Nio de Rivera

COMPONENTES MECANICOSREDUCTORES DE VELOCIDAD - II

Sistemas de Engranes Planetarios

Estos sistemas tienen un pin central, un conjunto, que generalmente es de tres engranes que giran alrededor del pin, llamados satlites, y una corona con dientes internos. Los dientes de los engranes pueden ser rectos o helicoidales. El sistema planetario ofrece una capacidad elevada en una envoltura pequea porque la carga se comparte entre los tres satlites. Alcanzan relaciones de 10:1 por paso y los ejes son colineales. Trabajan en sentido invertido, como multiplicadores de velocidad, con eficiencia similar al sentido de reduccin. Pueden combinarse con un paso preliminar de engranes cnicos, engranes de dientes laterales o corona-sinfn para tener ejes perpendiculares. Sus caractersticas los hacen atractivos para transmitir cargas elevadas en espacios reducidos. Para usos de alta precisin y velocidad se fabrican con juego interno reducido (menor a 3 minutos de arco) y con adaptadores para acoplarse directamente a servomotores.

Juego de engranes planetarios con dientes rectosCortesa de Flender

Engranes Harmnicos

Estos sistemas tienen en el centro una leva elptica, alrededor de la cual est colocado un engrane circular. La pared del engrane es delgada por lo que ste toma la forma de la leva. En la parte exterior hay una corona circular con dientes internos. La corona tiene dos dientes ms que el engrane. El contacto entre el engrane y la corona ocurre en los extremos del eje mayor de la leva elptica. Haciendo girar la leva una revolucin completa respecto a la corona, el engrane girar en sentido contrario el equivalente a dos dientes. De manera que la relacin de velocidades es igual a la mitad del nmero de dientes del engrane, haciendo posibles relaciones del orden de 300:1 en un solo paso. La eficiencia de estos reductores vara con la velocidad, la carga y la lubricacin. Para condiciones normales de trabajo es de entre 80 y 90%. Estos reductores pueden trabajar en sentido invertido y a altas velocidades. El juego interno en estos engranes es nulo, pero puede haber juego entre los ejes de entrada y salida provocado por otros componentes del reductor. La combinacin de tamao, momento de inercia y precisin los hacen atractivos en robtica y aplicaciones similares.

Funcionamiento de los engranes harmnicos.Cortesa de Harmonic Drive Technologies, Teijin Seiki Boston, Inc.

SELECCION

Es comn que la seleccin del motor y su transmisin se deje para el final del diseo, una vez que todo lo dems est definido. Para algunas mquinas sta puede resultar una forma prctica de disear, pero en otras puede llevar a un diseo inadecuado, especialmente si se tienen restricciones en espacio, velocidad, aceleracin, precisin, eficiencia, etc. Es preferible, entonces, que el proceso de seleccin de los componentes de transmisin se haga simultneo con el desarrollo del resto de la mquina.

En la actualidad los fabricantes ofrecen muchas opciones en cuanto a materiales, arreglos de ejes, sistemas de soporte, sellos y retenes, lubricantes especiales, y diseos para condiciones severas de trabajo. Al seleccionar un reductor conviene tener en cuenta estas opciones ya que pueden ofrecer ahorros importantes o representar la diferencia entre una seleccin adecuada y una deficiente.

Reductor planetario con opciones:Brida para acoplamiento directo del motor;Brida de montaje con superficies piloto maquinadas para soportes;Carcasa con alojamiento especial para rodamientos del eje de salida; ypin cilndrico de dientes rectos en el eje de salida .Cortesa de SIPCO.

La relacin de velocidades, i, requerida, ser igual a la velocidad de entrada, Ne (rpm), dividida por la velocidad de salida, Ns (rpm). Por ejemplo, si la velocidad del motor es de 1750 rpm. y la deseada a la salida del reductor es 50 rpm.:

La potencia requerida a la entrada del reductor ser:

en donde:

Pe:

potencia requerida a la entrada

Ts:

par requerido a la salida

Ns:

velocidad a la salida en rpm

:

eficiencia

K:

constante de conversin=

9,550 para par en Nm y potencia en kW

63,025 para par en lb-in y potencia en Hp

5,252 para par en lb-ft y potencia en Hp

La carga radial sobre un eje, carga en voladizo, provocada por un elemento de transmisin, como una polea o catarina, tiene un impacto importante sobre la vida til de los rodamientos que soportan el eje. Adems, cada reductor tiene limitaciones estructurales respecto a la magnitud, el punto de aplicacin y la direccin de esta carga. Aunque existen formas ms precisas de determinarla, esta carga se puede estimar mediante la siguiente formula:

Lr: carga radial sobre el ejeTt: par que transmite el elemento mecnicorp: radio de paso del elementofr: factor de carga radial, conforme al cuadro No. 1.

Cuadro No. 1

Factor de carga fr

Catarina

1.00

Polea dentada

1.00

Engrane

1.25

Polea Banda V

1.50

Polea para Banda Plana

2.50

Para determinar las capacidades mecnica, trmica y para soportar cargas radiales y axiales sobre los ejes, requeridas en el reductor, se debe tomar en cuenta la potencia a la entrada, los componentes de transmisin montados sobre los ejes de entrada y salida, si se espera que el reductor soporte cargas generadas por la mquina, el rgimen y condiciones de trabajo, y el medio ambiente (para una discusin ms detallada, ver los captulos respectivos publicados en este foro). En los clculos correspondientes es preferible seguir las recomendaciones del fabricante del equipo que se est seleccionando, ya que, aunque muchos siguen los estndares AGMA o ISO, algunos fabricantes usan definiciones para la capacidad y/o criterios para establecer los factores de servicio diferentes a los establecidos en dichos estndares. Y en ltima instancia, cada fabricante conoce mejor su equipo, y ofrece garantas de acuerdo a sus propios criterios de seleccin.

POLEAS Y BANDAS I

El sistema de poleas y banda es una forma simple, barata y efectiva de transmitir movimiento entre dos ejes. Normalmente los ejes son paralelos y giran en el mismo sentido, pero es posible, mediante el uso de bandas planas, hacerlos girar en sentidos opuestos y con ciertas restricciones, tambin es posible transmitir entre ejes colocados a 90.

Este sistema ofrece flexibilidad en la distancia entre los centros de los ejes, su montaje no exige una alineacin tan precisa como otros sistemas, no requiere lubricacin, requiere poco mantenimiento y la elasticidad de la banda amortigua cargas pico y vibraciones torcionales. Se pueden emplear bandas con superficie de contacto lisa (planas o de seccin trapezoidal) que no generan ruido ni vibraciones o poleas y bandas dentadas para evitar el deslizamiento y mantener la sincronizacin entre los ejes.

La eficiencia de una transmisin por poleas y banda es alta, las principales prdidas son producto del arrastre o "creep", condicin inevitable, provocada por las deformaciones que la banda sufre al tomar la forma de la polea. Cuando la banda trabaja adecuadamente hay arrastre sin deslizamiento, y la temperatura se eleva muy poco (la temperatura de una banda detenida es soportable al tacto), pero si adems del arrastre hay deslizamiento, la temperatura se eleva mucho ms, con posibles daos a las poleas y las bandas.

En la prctica la relacin de reduccin de velocidades en un sistema de poleas y banda se limita a 10:1 por paso, aproximadamente. Es posible lograr relaciones mayores, pero esto puede requerir poleas muy grandes o mucha separacin entre los ejes, por lo que, generalmente, es preferible usar ms de un paso de reduccin, en el primer paso se usan poleas, y los sucesivos pueden ser con poleas, engranes o cadenas .

Gracias a avances en las tecnologas de fabricacin y al empleo de nuevos materiales, la capacidad de transmisin de las bandas se ha venido incrementando continuamente durante los ultimos aos. Este incremento en capacidad hace posible reducir el nmero de bandas al sustituir las de una transmisin que se haya diseado tiempo atrs.

TIPOS DE BANDAS

Las bandas pueden ser de construccin continua, tambin llamada sinfn, o abiertas, en las que la unin de los extremos se hace durante el montaje. Este ltimo sistema se emplea cuando el reemplazo de una banda sinfn es problemtico y tardado.La clasificacin ms comn se basa en la forma de la seccin de la banda. La banda plana tiene una seccin rectangular y el contacto con la polea se da en la superficie interior de la banda. En la banda trapezoidal tipo V, el contacto es en las paredes cnicas de la banda. En la banda de seccin redonda tipo O, el contacto en en el semicrculo interior de la seccin de la banda. Y en las poleas y bandas dentadas, el contacto es entre los dientes de ambos elementos.

BANDA PLANA

Este tipo de banda tuvo un amplio uso en fbricas en que la potencia motriz vena de un motor general y se tenan ejes comunes de los que se tomaba fuerza para todas las mquinas de la planta. Comparada con diseos ms modernos, la banda plana requiere de una tensin elevada para transmitir un par determinado. Esta condicin hace necesarios el uso de ejes y soportes ms robustos. Por otra parte, resulta relativamente fcil reducir la tensin en la banda para permitir que deslice en el arranque o ante cargas elevadas, lo que puede hacerla atracticva para algunas mquinas.

BANDA TRAPEZOIDAL

Desde su aparicin y con el uso generalizado de motores elctricos individuales para cada mquina, las bandas trapezoidales han ido desplazando a las bandas planas. Hoy en da las bandas trapezoidales son las ms usadas en vehculos, aparatos de lnea blanca, ventiladores y mquinas industriales. El ngulo de las paredes de la banda tiene un efecto multiplicador sobre la fuerza de contacto entre las superficies de friccin, permitinedo transmisiones ms pequeas y menor tensin en la banda.En el estndar de los Estados Unidos, el diseo tradicional comprende las secciones designadas con las letras A, B, C, D y E. De diseo ms reciente son las bandas tipo L para trabajo ligero y las secciones de diseo V que han reemplazado a las secciones tradicionales porque permiten transmisiones ms pequeas para requerimientos similares. La siguiente tabla nos muestra las dimensiones principales para las diferentes secciones estandar de banda que existen:

SECCINLH3L

3/8

7/32

4L

1/2

5/16

5L

21/32

3/8

3V

3/8

5/16

5V

5/8

17/32

8V

1

29/32

A

1/2

5/16

B

21/32

13/32

C

7/8

17/32

D

1 1/4

3/4

E

1 1/2

29/32

Banda Trapezoidal Estandar

Banda Trapezoidal Tipo V

Banda Trapezoidal Tipo L

Tanto las bandas tradicionales como las de diseo V se fabrican en conjuntos unidos de 2 a 5 bandas, llamados bandas mltiples, con los que se evita la necesidad de igualar bandas para trabajar en poleas de varias ranuras y dando estabilidad a la transmisin. Ver figura No. 1

Figura No. 1

Otra variante son las bandas trapezoidales dentadas, que, teniendo la misma seccin de las bandas estndar, son ms flexibles y permiten el uso de poleas de menor dimetro. Estas bandas comnmente se designan con una X despus del nmero bsico, 3VX, por ejemplo. A diferencia de las bandas lisas, las bandas dentadas comnmente tienen los cantos en bruto, es decir, que no estan recubiertos, lo que permite una mayor capacidad de transmisin.

Banda Trapezoidal Dentada

BANDA Y POLEAS DENTADAS

Las poleas dentadas no dependen de la friccin para transmitir potencia, permitiendo una tensin mnima en las bandas. Adems, al no haber deslizamiento entre la polea y la banda, hay sincronizacin entre los ejes. Entre los avances tecnolgicos destaca la modificacin de los perfiles de los dientes de las poleas y sus bandas para ofrecer transmisiones cada vez ms silenciosas y durables. Ver figura No. 2

Figura No. 2

Algunas bandas con dientes modificados pueden trabajar con poleas de perfil estndar, pero otras requieren de poleas con dientes compatibles. Un diseo reciente incorpora dientes de doble hlice desfasada, que ofrece una transmisin ms sileciosa, con menos vibraciones y mayor eficiencia.

Las poleas con dientes rectos pueden tener paso en pulgadas, series MXL (1/12"), XL (1/5"), L (3/8"), H (1/2"), XH (7/8") y XXH(1-1/4"), o las series 3M, 5M, 8M, 14M y 20M , donde los dgitos representan el paso en milmetros. Debido a que algunas poleas y bandas se fabrican con geometra diferente a la estndar, al reemplazar las bandas es importante verificar que las bandas nuevas sean compatibles con las poleas instaladas.

Al especificar la banda deseada se debe indicar el diseo, HPR, por ejemplo, el nmero de dientes, digamos 1778, el paso, 14 mm, y el ancho, 55 mm. El modelo ser HPR 1778-14M-55.

POLEAS Y BANDAS II

BANDA HEXAGONAL Y DE ESLABONES

Se fabrican tambin bandas hexagonales para transmitir por ambos lados ( figura No. 3 ) y bandas de eslabones, con capacidad menor a las bandas continuas, pero que permiten reemplazarlas o ajustar la tensin, sin necesidad mover los ejes (figura No. 4).

Figura No. 3

Figura No. 4

BANDAS REDONDAS TIPO O

Las bandas redondas se utilizan en transmisiones de poca potencia, como maquinas de oficina y enseres domsticos. Debido a la simetra de una seccin redonda, es muy sencillo trabajar con ejes mltiples u oblicuos, por lo que pueden ser tiles en aparatos con transmisiones complicadas.BANDA DENTADA DUAL

La mayora de los fabricantes ofrecen tambin bandas con dientes en la superficie interior y en la exterior, que permiten transmitir movimientos por ambos lados de la banda, tal y como se muestra en la figura No. 5

Figura No. 5

OTROS TIPOS

Adems de los tipos de bandas que se han mencionado, hay una variedad de diseos para resolver problemas especficos, especialmente para transmisiones pequeas. A travs de variaciones en materiales, geometra o construccin, se obtienen bandas ms flexibles, que permiten desalineacin y el uso de poleas de menor dimetro, reduciendo peso, momento de inercia y espacio de una transmisin.

SELECCION

Los clculos para la seleccin de una banda pueden ser algo complejos. Afortunadamente, muchos fabricantes ofrecen programas de computadora e incluyen en sus catlogos y pginas electrnicas formas simplificadas, que nos llevan de la mano paso a paso, usando sencillas frmulas, grficas y tablas de datos, para hacer una seleccin adecuada.

Estos procedimientos son aceptables para la mayora de las mquinas, pero hay transmisiones que por las velocidades, cargas o condiciones de trabajo, requieren de un anlisis ms detallado. En estos casos es recomendable consultar al fabricante.

A grandes rasgos se siguen los siguientes pasos:

La informacin que se requiere para seleccionar una transmisin es:

La potencia y el tipo de motor (motor elctrico de 5 Hp, por ejemplo)

Dimetro de los ejes de la polea motriz (1.125" ) y de la polea conducida (1.750" )

El tipo de mquina y el rgimen de trabajo (transportador de banda a granel, trabajo continuo 10 hrs diarias)

La distancia aproximada entre los centros de los ejes (13")

La velocidad de la polea motriz (1750 rpm) y de la polea conducida (400 rpm aproximadamente)

Colocacin de la polea loca o tensora, si se va a emplear (sin polea loca)

El primer paso es escoger el factor de servicio en el cuadro adecuado, tomando en cuenta tipo de motor, tipo de mquina, rgimen de trabajo y la colocacin de la polea loca, si es que se emplea. La potencia de diseo es igual al factor de servicio por la potencia del motor. Factor de servicio recomendado: 1.2, la potencia de diseo ser 1.2 x 5 = 6 Hp

En seguida, utilizando una grfica, se selecciona la seccin adecuada para la combinacin de potencia de diseo y velocidad. 3V o 3VX para transmitir 6 Hp a 1750 rpm.

Luego, en una tabla se verifica dimetro mnimo de polea recomendado para el motor que se va a emplear (entre menor sea el dimetro de una polea, mayor ser la carga en voladizo sobre al eje del motor). Para un motor elctrico estndar de 5 Hp a 1750 rpm se recomienda que el dimetro de la polea motriz sea mayor o igual a 3.0"

Potencia del Motor Electrico[rpm]

1/2

3/4

1

1 1.5

2

3

5

7.5

10

15

20

25

30

40

50

870

2.2

2.4

2.4

2.4

3.0

3.0

3.8

4.4

4.4

5.2

6.0

6.8

6.8

8.2

8.4

1160

-

2.2

2.4

2.4

2.4

3.0

3.0

3.8

4.4

4.4

5.2

6.0

6.8

6.8

8.2

1750

-

-

2.2

2.4

2.4

2.4

3.0

3.0

3.8

4.4

4.4

4.4

5.2

6.0

6.8

3500

-

-

-

2.2

2.4

2.4

2.4

3.0

3.0

3.8

4.4

4.4

-

-

-

Diametro minimo recomendado para poleas montadas en motores

La relacin de reduccin es igual a la velocidad de la polea motriz entre la velocidad de la polea conducida (1750 / 400 = 4.375). En las tablas de seleccin que proporciona el fabricante, correspondiente a la seccin de banda determinada en el segundo paso (banda 3V), se escoge una combinacin de poleas que ofrezca la relacin deseada y que tenga un dimetro mayor al minino recomendado. Para el caso del ejemplo, se obtiene una seleccin con las siguientes caracteristicas: relacin 4.23:1, polea motriz 3.35", polea conducida 14".

Esta tabla indica la capacidad, en Hp por banda, para la velocidad de la polea motriz, 3.66 Hp en este ejemplo. Esta capacidad debe multiplicarse por un factor de ajuste para la distancia entre centros deseada, que aparece en la misma tabla. Para la banda 3VX560, la distancia entre centros es 13.3" y el factor de ajuste es 0.90, por lo que la capacidad: 0.87 x 3.35 = 2.91 Hp por banda.

RelacionPoleas de Inventario Diametro Ext.Potencia Por BandaFactor De AjusteDistancia Entre CentrosMotriz

Conducida

1750 [rpm]

[pulg]

.....

.....

.....

.....

.....

..........

.....

.....

.....

.....

.....

..........

4.23

3.35

14.00

3.66

0.87

3V560 13.3

.....

.....

.....

.....

.....

..........

.....

.....

.....

.....

.....

..........

Tabla de Potencia por Banda y Factor de Ajuste

Finalmente, se divide la potencia de diseo entre la capacidad por banda, ajustada a la distancia entre centros, para obtener el nmero de bandas requeridas en la transmisin. 6 / 2.91 = 2.06. Un diseo conservador nos llevara a usar 3 bandas, otras opciones seran: usar dos bandas, sacrificando un poco el factor de servicio; o, incrementar la distancia entre centros de los ejes.

TENSION DE LAS BANDAS

Las bandas que trabajan en friccin requieren de la tensin correcta para transmitir el par deseado. Como se ha dicho anteriormente, si la tensin es baja habr deslizamiento entre la polea y la banda.

Hemos dicho tambin que esta condicin puede ser deseable, pero tambin debe decirse que representa prdida de eficiencia y disminucin en la vida til de la transmisin. En la actualidad la amplia disponibilidad y economa de bandas trapezoidales, que no se adaptan muy bien a un deslizamiento prolongado, hace preferible utilizar en conjunto con la transmisin de este tipo de poleas, otros elementos, como inversores de frecuencia, embragues y coples hidrulicos, diseados especficamente para permitir arranques suaves y para proteger la mquina y su transmisin contra los efectos de cargas elevadas. Tampoco es conveniente permitir demasiada tensin en la banda porque sto puede provocar dao prematuro en ejes, rodamientos o en la misma banda.

La forma ms sencilla de encontrar la tensin adecuada de una banda consiste en separar los ejes hasta que la banda alcance una tensin que permita poco arco en los tramos libres de la banda. Se hace trabajar el equipo, observando la transmisin para detectar un chillido que indique deslizamiento en el arranque o durante periodos de carga elevada, o movimiento excesivo en el lado suelto de la banda. Si por falta de experiencia o porque la mquina lo requiere este mtodo no es aceptable, se puede lograr un ajuste ms exacto mediante la medicin de la fuerza requerida para deformar la banda una distancia determinada, como se indica en la figura No. 6.

Figura No. 6

Debido a la elongacin de las banda y el asentamiento entre poleas y bandas, es conveniente ajustar la tensin de bandas nuevas poco arriba del mximo recomendado para operacin normal, y ser necesario verificar la tensin despus de las primeras 24 horas de trabajo.

Ing. Eduardo Nio de Rivera

CADENAS Y RUEDAS DENTADASPARA TRANSMISIN I

INTRODUCCION

Desde nios hemos visto las cadenas como simples partes de una bicicleta. Las hemos observado, maltratado y cambiado sin prestar ms atencin a su funcionamiento o construccin. Sin embargo, la cadena es un componente bastante complejo tanto por la forma en que trabaja, como por los materiales y procesos de fabricacin que requiere. Afortunadamente, al igual que en el caso de las poleas y bandas, los fabricantes de cadena publican formas impresas o programas de computadora que nos permiten seguir pasos sencillos para hacer una seleccin correcta en las aplicaciones ms comunes.

La cadena permite transmitir movimiento entre ejes paralelos. El arreglo ms sencillo tiene un eje motriz y uno conducido girando en el mismo sentido, pero pueden hacerse arreglos con ms ejes o hacer que giren en sentidos opuestos. Algunas de las ventajas que ofrece son:

La rigidez de la cadena y la rueda dentada mantienen la sincrona entre dos o ms ejes.

Alta eficiencia, superior a 98% por etapa de reduccin en cadena de rodillos

Su construccin y materiales permiten una alta capacidad de carga y larga duracin.

La cadena no necesita estar en precarga para transmitir un par.

Debido a que los extremos se unen con un candado, es fcil de instalar o reemplazar sin mover los ejes.

Se puede adaptar a ambientes hostiles (temperaturas altas o bajas, humedad, presencia de aceite, etc.)

Se adapta fcilmente a instalaciones expuestas o cubiertas.

Permite arreglos con varios ejes conducidos a partir de un solo eje motriz.

Hay flexibilidad para establecer la distancia entre los centros de los ejes.

La elasticidad de los componentes y la presencia de lubricante amortiguan los impactos.

Se pueden colocar aditamentos a la cadena para usarla en equipo de manejo de materiales.

Algunas de sus limitaciones son:

Mayor nivel de ruido que la transmisin por poleas y bandas.

La cadenas estndar solo pueden transmitir en un plano.

Su velocidad mxima de operacin es un tanto limitada.

La lubricacin puede ser complicada

Cuando se reemplaza una cadena, es probable que sea necesario reemplazar tambin las ruedas dentadas.

DESEMPEO

En operacin, una cadena es sometida a tensin en las placas laterales, esfuerzos de corte en los pernos y deslizamiento entre rodillos, bujes y pernos. La tensin es cclica y tiene efectos en la cadena que dependen de la intensidad: el limite absoluto es la carga de ruptura; aproximadamente a un 65% de esta carga, para la mayora de los materiales usados en cadenas de acero, se inicia el dao por deformacin permanente; por debajo de este nivel, la cadena est sujeta a fatiga, entre menor sea la carga mayor ser el nmero de ciclos de tensin y relajamiento que pueden soportar los componentes de la cadena; hay una carga, conocida como el limite de fatiga, por debajo de la cual no hay deterioro por fatiga pero la cadena sufre desgaste en las superficies de contacto entre el buje y el perno.

Una cadena debe seleccionarse con limite de fatiga superior a las cargas de trabajo. De esta manera la falla ser por desgaste, evitando fallas catastrficas por fatiga, deformacin o fractura, que pueden daar la mquina o causar lesiones. Adems, el desgaste hace que la cadena se alargue, de manera que al medir la longitud total de la cadena podemos conocer el grado de desgaste y prever con tiempo la necesidad de reemplazarla. Los fabricantes de cadena presentan la informacin de seleccin en grficas o cuadros, que toman en cuenta el limite de fatiga en las placas laterales, un limite similar para bujes y rodillos, y la velocidad que provocara la prdida de la pelcula lubricante y, por ello, daos al perno por roce directo con el buje.

Al entrar en contacto con la rueda dentada, los eslabones de una cadena pasan de una alineacin ms o menos recta a una angular. Este es un movimiento corto y rpido, que se inicia en una condicin esttica, en la que hay contacto metal con metal entre las superficies del perno y el buje, haciendo inevitable el desgaste e imprescindible una buena lubricacin.

Otros factores que influyen en el desgaste son: a ms velocidad, mayor ser el nmero de veces por unidad de tiempo que cada eslabn entre en contacto con una de las ruedas dentadas y el desgaste se dar con mayor rapidez; entre menos dientes tenga la rueda, ms grande ser el ngulo que tendrn que girar los eslabones, y mayor ser el desgaste; y, en una cadena ms larga, cada eslabn tardar ms tiempo en volver a entrar a entrar en contacto con la rueda, de manera que el desgaste ser menor.

Las bandas se acomodan alrededor de una polea redonda en forma tal que el contacto entre la polea y la banda se inicia siempre la misma lnea tangente a la polea. Las cadenas, por el contrario, forman un polgono sobre la rueda dentada. Esta geometra hace que la cadena tenga un movimiento lateral cclico y pulsaciones en la velocidad. Entre menor sea el nmero de dientes en la rueda, mayor ser el movimiento lateral y la variacin de velocidad en el ciclo.

Desplazamiento lateral debido al efecto poligonal en una rueda de cuatro dientes

Suponiendo una velocidad constante en la rueda motriz, la variacin porcentual en la velocidad lineal de la cadena est dada por la formula:

donde N es el nmero de dientes de esta rueda. En trminos prcticos esto impone un lmite al nmero mnimo de dientes que puede tener la rueda motriz para cada aplicacin. Como se muestra en la siguiente grfica, este efecto es muy pronunciado para ruedas con menos de 20 dientes, por lo que se debe tener cuidado cuando la seleccin considera ruedas ms pequeas.

N

[Incremento] V%

9

6.031

11

4.051

13

2.906

15

2.185

17

1.703

19

1.364

21

1.117

23

0.931

25

0.789

27

0.676

29

0.586

31

0.513

Por otro lado, la elongacin de la cadena, producida por el desgaste, hace que aumente el paso entre eslabones, con lo que aumenta tambin el dimetro de paso, haciendo que los rodillos se coloquen en un punto ms alto en los dientes. En el caso extremo la cadena logra saltar fuera de los dientes. Este efecto es mayor entre mayor sea el nmero de dientes. Otras desventajas de las ruedas demasiado grandes son: costo, espacio, dificultad para lubricar y fuerzas centrfugas elevadas. Estas consideracines imponen un lmite prctico para la mayora de los usos industriales de 6:1 en la reduccin por paso en una transmisin de cadena.

Para transmisiones en que la distancia entre centros es ajustable y el nmero de dientes de las ruedas est dentro de los lmites indicados, una elongacin de un 2% es aceptable. Dependiendo de la configuracin de la transmisin y de la velocidad de operacin, en las transmisiones con mayor nmero de dientes o en las que no tienen la posibilidad de ajustar la distancia entre centros, la elongacin aceptable puede ser del orden del 0.7% al 1% . Hay fabricantes que aceptan, para condiciones especficas, hasta un 3% de elongacin, pero debemos tener en cuenta que comnmente el perno es cementado y cuando el desgaste ha penetrado por debajo de la capa endurecida, el deterioro sucesivo de la cadena ser extremadamente rpido.

LUBRICACION

En una cadena el lubricante cumple varias funciones:

Lubrica las superficies de contacto entre pernos y bujes, y entre rodillos y ruedas dentadas

Amortigua impactos

Elimina el calor generado durante la operacin

Elimina contaminantes

Evita la corrosin

El lubricante debe fluir con facilidad para penetrar a las zonas en que se requiere. Por lo que debe evitarse lubricar con grasa. Aunque es posible usarla para aplicaciones de baja velocidad y con ciertas precauciones, en general, la grasa no penetra adecuadamente en las zonas que requieren lubricacin, dejndolas desprotegidas y provocando fallas prematuras.

El siguiente cuadro muestra el grado de aceite recomendado para diferentes temperaturas del lubricante:

GRADOTEMPERATURA [C]SAE 5

-25 a 10

SAE 10

-10 a -5

SAE 20

-5 a 5

SAE 30

5 a 40

SAE 40

40 a 50

SAE 50

50 a 60

Siguiendo la recomendacin que los fabricantes presentan en las grficas o tablas de seleccin, dependiendo de la combinacin de velocidad y potencia a transmitir , se debe usar uno de los siguientes mtodos bsicos para lubricar cadenas con aceite: El mtodo manual consiste en aplicar aceite con una brocha, aceitera o aerosol, en intervalos de 8 horas de operacin aproximadamente; En la lubricacin por goteo debe asegurarse que el aceite caiga entre las placas laterales para que llegue a las superficies de friccin; El bao de aceite consiste en permitir que en su punto ms bajo la cadena pase por un depsito en el que se moje totalmente con aceite; y, mediante el uso de una bomba e inyectores se puede dirigir un flujo continuo de aceite hacia el hueco entre las placas laterales, de preferencia justo antes de que los eslabones entren en contacto con la rueda motriz. Ver figuras No. 1 y No. 2

Figura No. 1

Figura No. 2

Varios fabricantes ofrecen cadenas autolubricadas. Mediante el uso de bujes de bronce sinterizado impregnado en aceite, materiales plsticos y otros sistemas, estas cadenas pueden prescindir de lubricacin externa durante su vida til, ofreciendo ventajas en aplicaciones que requieren de un alto nivel de limpieza como proceso y empaque de alimentos, fabricacin y ensamble de partes electrnicas, elaboracin de productos farmacuticos, fabricacin y conversin de papel, etc. Las cadenas autolubricadas tienen las mismas dimensiones bsicas de las cadenas de normas ANSI, BS, ISO, etc. por lo que pueden trabajar con las mismas ruedas dentadas. La capacidad de carga y la efectividad del sistema de lubricacin dependen de la tecnologa empleada y varan de un fabricante a otro. Por lo tanto, es importante usar la informacin tcnica correspondiente a la cadena en particular que se est considerando y de ninguna manera tomar datos de una marca y modelo como vlidos para otras.

A temperaturas superiores a 100C es necesario usar lubricantes especiales. Las cadenas que trabajan a temperaturas elevadas pierden algunas de las caractersticas que los materiales adquieren durante el tratamiento trmico. Para temperaturas superiores a unos 170C es comn que los fabricantes recomienden que se considere una capacidad de diseo menor a la publicada, llegando a un 50% para una temperatura de 250C. No es recomendable usar cadenas estndar por arriba de esta temperatura.

Ing. Eduardo Nio de Rivera

CADENAS Y RUEDAS DENTADASPARA TRANSMISIN II

COLOCACION DE LAS RUEDAS DENTADAS

El arreglo mas sencillo para una transmisin mediante cadena tiene los ejes horizontales y una distancia entre centros de los ejes que puede ir del equivalente a 30 eslabones al equivalente a 50 eslabones de la cadena. Adems, la distancia entre centros debe permitir un contacto con un mnimo de 120 de la rueda de menor dimetro. En un arreglo de este tipo, y si la tensin y la alineacin son adecuadas, la cadena es soportada por las ruedas dentadas y no requiere de guas. En estas condiciones el lado tenso de la cadena puede ser indistintamente, el de arriba o el de abajo.

La posicin relativa entre los ejes puede ser horizontal, inclinada o vertical. Para las transmisiones en que la colocacin relativa de los ejes es vertical o casi vertical, es preferible que la rueda dentada motriz sea la de posicin ms elevada, pero, con la tensin adecuada, el eje motriz puede quedar abajo.

Para arreglos con la lnea entre centros horizontal en que la distancia entre centros sea corta y no se pueda ajustar, es preferible que el lado tenso quede arriba, en la condicin contraria la cadena tiende a salir de la posicin adecuada de contacto con la rueda dentada. Si la distancie entre centros es muy larga, tambin es preferible que el lado tenso sea el de arriba para impedir que el lado suelto haga contacto con el lado tenso.

Para cadenas con placas laterales planas, se recomienda que la distancia entre centros sea tal que permita un nmero par de eslabones ya que una cadena con un nmero non de eslabones requiere de un candado de placas escalonadas.

Para ejes verticales deben usarse guas de soporte o reducir al mnimo la distancia entre ejes.

En la instalacin se recomienda que la tensin de la cadena permita un movimiento total A, de 4 a 6 % de la distancia entre centros, C, para una transmisin horizontal y de 2 a 3% para una transmisin vertical.

Transmisin horizontal

Transmision vertical

Debido a la enlongacin de la cadena por desgaste, es necesario que la transmisin tenga una forma de mantener la tensin a medida que la cadena aumenta de tamao. Para ello se puede ajustar la distancia entre centros o usar ruedas tensoras locas.

Ajuste de tensin en la cadena, mediante el movimiento de alguno de los ejes de la transmisin.

Ajuste de tensin en la cadena, mediante el uso de una rueda tensora loca o jockey.

En la mayora de las aplicaciones industriales las condiciones de trabajo quedan dentro de los limites prcticos que se han indicado. Se recomienda consultar con el fabricante si:

La potencia y velocidad de trabajo son superiores a las que aparecen en las grficas o cuadros de seleccin

Se requieren ruedas con menos de 19 o ms de 114 dientes

Las temperaturas de operacin rebasan los 100C

Las condiciones ambientales se salen de lo normal

El uso es de alto riesgo

Habr un alto volumen de produccin

Ing. Eduardo Nio de Rivera

CADENAS Y RUEDAS DENTADASPARA TRANSMISIN III

TIPOS DE CADENAS

CADENA DE BUJE

Esta es la construccin ms sencilla que encontramos en las cadenas modernas de transmisin. Consiste en placas laterales, que pueden ser planas o escalonadas, pernos uniendo la placas exteriores y bujes para unir las interiores. La funcin del buje es proporcionar una superficie de contacto ancha para las partes en deslizamiento y evitar una concentracin de los esfuerzos de contacto, con su consecuente desgaste acelerado entre el perno y las placas interiores. La unin entre el buje y las placas laterales puede ser mediante un ajuste de interferencia o se puede fabricar una pieza integral soldada, de fundicin o forjada. Debido al deslizamiento entre el buje y la rueda dentada, la velocidad de este tipo de cadena es algo limitada.

CADENA DE RODILLO

Como su nombre lo indica, esta cadena, adems del buje, tiene un rodillo que elimina el deslizamiento entre la rueda dentada y el buje.

Este tipo de cadena se fabrica bajo diversas normas, las ms usadas son:

La inglesa, BS 228, equivalente a la ISO 606-B y DIN 8187, que considera cadena sencilla, doble (o duplex) y triple (o triplex), con paso entre 0.158" (4 mm) y 4.5" (114.3 mm). Una de las caractersticas de esta norma es un dimetro de perno amplio que ofrece mayor resistencia al desgaste de la cadena. De acuerdo al sistema ISO a esta cadena se le da un nmero de la siguiente forma xxB-x donde las x representan dgitos, los primeros dos corresponden al paso en 1/16 de pulgada, y el ltimo indica si la cadena es sencilla, doble o triple. As, el nmero 12B-2 representa una cadena doble con paso de 3/4".

La americana, ANSI B29.1, equivalente a la ISO 606-A y DIN 8188, que contempla hasta cadena decaple (o decaplex) de diez hilos. La numeracin ISO solo intercambia la letra A por la B de la norma inglesa. El sistema de numeracin americano le da un nmero entre el 25 (para paso de 1/4") y el 200 (para paso de 2.5"). Esta norma tambin contempla cadena con placas mas anchas, designada con el sufijo H y pernos tratados al ncleo, sufijo V. El nmero ANSI 60-2 corresponde a una cadena doble, paso 3/4", y el nmero ANSI 60-2HV corresponde a la misma cadena pero con placas reforzadas y perno tratado al ncleo.

Las cadenas fabricadas bajo una de estas normas no deben intercambiarse ni usarse con ruedas dentadas de la otra.

COMPARACIN DE DIMENSIONES

Ancho [pulgadas]Dimetro del Rodillo [pulgadas]PasoANSIBSANSIBS3/8

0.168

0.208

0.200

0.250

1/2

0.284

0.283

0.312

0.335

5/8

0.343

0.362

0.400

0.400

3/4

0.459

0.437

0.469

0.475

1

0.575

0.650

0.625

0.625

1 1/4

0.692

0.728

0.750

0.750

1 1/2

0.924

0.949

0.875

1.000

1 3/4

0.924

1.157

1.000

1.100

2

1.156

1.157

1.125

1.151

CADENA DE DIENTE INVERTIDO O SILENCIOSA

En lugar de buje o rodillo esta cadena usa placas de transmisin con forma de dientes, colocadas alternadamente hacia adelante y hacia atrs, para hacer contacto con la rueda. La geometra de esta cadena reduce el efecto poligonal e incrementa la eficiencia, por arriba de 99%. Hay ligeras diferencias en los diseos de diferentes fabricantes, que no permiten unir tramos de una marca a tramos de otras, sin embargo, las cadenas denominadas SC, generalmente fabricadas bajo la norma ANSI 29.2, pueden trabajar con ruedas de diferentes fabricantes.

Para mantener la cadena en su posicin, adems de las placas de transmisin, las cadenas silenciosas llevan placas gua, que pueden ir en el interior de la cadena o en los extremos. Las ruedas dentadas debern tener ranuras que correspondan con la colocacin de las placas gua internas.

La construccin de estas cadenas permite que se fabriquen en varios anchos, sin tener que recurrir a cadenas mltiples. Los modelos ms comunes tienen paso que va desde 3/8" hasta 2" con anchos que pueden variar entre 3/4" y 3" para los pasos menores, y entre 3" y 6" para los pasos mayores.

Debido a que los dientes de la rueda estn en contacto nicamente con la mitad de las placas, es aconsejable que las ruedas tengan un nmero non de dientes para que en cada revolucin los dientes entren en contacto con el grupo de placas alterno, promoviendo un desgaste ms parejo en la rueda.

Adems de la cadena estndar, SC, existen otros diseos en los que el perfil de las placas de transmisin y los dientes de la rueda imitan el contacto de un pin con una cremallera, permitiendo una transmisin de mayor capacidad, ms suave, eficiente y silenciosa.

Como en la cadena de rodillos, es preferible que el nmero de eslabones de la cadena sea par, porque un nmero non hace necesarias placas escalonadas en el candado.

Se han diseado tambin pernos de diversas formas que promueven la suavidad y eficiencia de las transmisiones.

CADENAS ESPECIALES

Para condiciones adversas de trabajo se han desarrollado cadenas de materiales diversos como acero inoxidable, acero nickelado o plsticos. Estas cadenas tienen limitaciones en cuanto a capacidad, velocidad y requerimientos de lubricacin, que deben tomarse en cuenta para su seleccin.

Tambin se han desarrollado cadenas de formas diversas, llamadas cadenas de ingeniera y aditamentos para stas y para las cadenas estndar. Las cadenas de ingeniera y los aditamentos resuelven algunos problemas que no se prestan al uso de cadenas estndar. En realidad, los aditamentos y las cadenas de ingeniera se usan ms para transportacin de materiales que para transmisin de potencia, por lo que se discutirn ms ampliamente en el capitulo relativo a movimiento lineal.

CADENAS Y RUEDAS DENTADASPARA TRANSMISIN IV

SELECCIONAl seleccionar una cadena, el primer punto a considerar es la consecuencia de una falla catastrfica. Normalmente, las transmisiones cuentan con dispositivos de seguridad para prevenir las consecuencias de una falla de ese tipo, pero los costos siempre son elevados. Como hemos visto, las cadenas deben seleccionarse de manera que la falla sea por desgaste, esto nos ofrece automticamente, un factor de seguridad (carga de ruptura/carga de trabajo) mnimo de 8. Sin embargo es importante considerar las cargas de arranque y las cargas pico.

La informacin requerida para seleccionar una cadena es:

Potencia a transmitir

Velocidades de ambos ejes

Rgimen de trabajo

Tipo de mquina

Tipo de motor

Distancia entre centros deseada

1. Determinar la potencia de diseo Pd, igual a la potencia a transmitir Pn, por el factor de servicio. Si la informacin es presentada en forma grfica tambin debe multiplicarse con el factor de nmero de dientes para la rueda motriz.

Caractersticas de la Mquina Impulsada

Caractersticas del Impulsor

OPERACINSUAVEMotores elctricos, turbinas a vapor o a gas, motores de combustin interna con acoplamiento hidrulico

GOLPETEO LIGEROMotores de combustin interna de 6 o ms cilindros y acoplamiento mecnico. motores elctricos con arranques frecuentes

GOLPETEOMODERADO Motores de combustin interna con menos de 4 cilindros y acoplamiento mecnico

OPRECION SUAVE

Bombas centrfugas y compresores, mquinas punteadoras, calandrias papeleras, transportadores uniformemente cargados, escaleras, agitadores para lquidos y mezcladores, secadores rotatorios y ventiladores.

1

1.1

1.3

GOLPETEO LIGERO

Bombas y compresores (3 o ms cilindros), mquinas mezcladoras de concreto, transportadores no cargados uniformemente, agitadores y mezcladores de slidos.

1.4

1.5

1.7

GOLPETEO FUERTE

Aplanadoras, excavadoras, molinos de rodillos y de bolas, mquinas procesadoras de hule, bombas y compresores de 1 y 2 cilindros, prensas y perforadoras petroleras.

1.8

1.9

2.1

Factores f2 para tamaos estndar de ruedas sprocket

Z1f216

1.27

17

1.12

19

1.00

21

0.91

23

0.83

25

0.76

1. Seleccionar el paso de la cadena usando las grficas o cuadros de los catlogos o manuales de los fabricantes. Es preferible usar el paso ms pequeo que pueda transmitir la potencia de diseo y velocidad requeridas, si una cadena sencilla no puede hacer el trabajo, se puede considerar una cadena mltiple.

2. Tomando en cuenta restricciones dimensionales impuestas por el diseo de la mquina y la carga radial que la cadena impondr sobre el eje, determinar el nmero de dientes para la rueda motriz Z1 y revisar si el factor de nmero de dientes usado en el primer paso es correcto. Si es necesario, repetir los primeros tres pasos.

3. Calcular la relacin de velocidades, i, igual a la velocidad del eje motriz N1, entre la velocidad del eje conducido N2.

1. Determinar el nmero de dientes de la rueda conducida Z2, que ser igual al No. de dientes en la rueda motriz por la relacin de velocidades.

1. Calcular el largo de la cadena L, (nmero de eslabones).

En donde:C= distancia deseada entre los centros de los ejes *P= Paso de la cadena ** se deben usar las mismas unidades en ambas, ya sean mm o pulgadas.

Este clculo se debe redondear hacia arriba para tener un nmero par de eslabones.

1. Calcular la distancia real entre los centros de los ejes.

Si la distancia entre centros no queda en el intervalo 30P