Subsecretaría de Educación SuperiorTema: CADENAS Y CATARINAS Asignatura: Diseño I semestre: VI “B” Presenta: Rufino Molano Gutiérrez 1.- Cadena. 1.1 Definición de cadenas. 1.1.1 Funciones de las piezas de cadenas. 1.1.2 Tamaños de cadenas a rodillos. 1.1.3 Ventajas y desventajas de cadenas. 1.1.4 Tensión en una cadena de transporte. 1.1.5 Tipos de lubricación. 1.1.6 Principio de funcionamiento CONTENIDO 1.2 Tipos de cadenas. 1.2.1 Cadenas para elevación. 1.2.2 Cadenas para transporte. 1.2.3 Cadenas para transmisión. 1.3 Selección de cadenas. 1.3.1 Tabla de selección. 1.3.2 Recomendaciones de diseño 1.4 Aplicación. 2.- Ruedas catarinas. 2.1 Definición de ruedas catarinas. 2.2 Tipos de ruedas catarinas. 2.2.1 Características dimensionales de las ruedas catarinas 2.3 Selección de ruedas catarinas. 2.3.1 Selección de la cantidad de dientes de la catarina. 2.3.2 Bases para la selección de una transmisión por cadena. 2.4 Aplicación. CADENAS . Una cadena es un componente confiable de una máquina. y se utiliza sobre todo para la transmisión y transporte de energía en los sistemas mecánicos. Las cadenas junto con las bandas y engranes son las formas más comunes de transmitir potencia de un eje a otro. . la palabra cadena se ha utilizado para referirse a un objeto constituido por una serie de eslabones.1. enlazados entre sí. generalmente metálicos. que transmite energía por medio de fuerzas extensibles.1 Definición de cadenas Objeto con eslabones Originalmente. • • • • .1. •Casquillo • Estructura sólida • Base cilíndrica perfecta para el rodillo: Duración del rodillo en condiciones de alta velocidad •Rodillo • Sometido a la carga de impacto cuando esta en contacto con los dientes del piñón con la cadena. • Se sostiene entre los dientes del piñón y del casquillo • Se mueve en la cara del diente mientras que recibe una carga de compresión. • Otros Requerimientos: Resistencia a la flexión.1 FUNCIONES DE LAS PIEZAS DE UNA CADENA •Placa exterior e interior Soporta la tensión que se ejerce en la cadena.1. • Debe soportar condiciones ambientales. Soporta una gran fuerza extensible estática y las fuerzas dinámicas de las cargas de choque. Resistencia contra fuerzas de choque. • Su superficie interna constituye una pieza del cojinete junto con la superficie externa del casquillo • Requerimientos: Resistencia al desgaste. fatiga y compresión. contra choques. • Soporta toda la fuerza de transmisión. •Pasador • Actúa junto al casquillo como arco de contacto de los dientes del piñón. Sometidas a cargas de fatiga Se pueden presentar fuerzas de choque. 2 TAMAÑOS DE CADENAS A RODILLOS •Paso: Separación entre ejes de los rodillos. llamada paso (P) •Grandes cargas y velocidades para evitar pasos grandes: cadenas de varias hileras de rodillos. .1.1. • Generalmente la cantidad de hileras de rodillos se selecciona entre 2 – 4. •Las potencias a trasmitir de las cadenas de múltiples hileras son casi proporcional al número de ramales. 1. Tienen una vida útil menor que la de los engranajes debido al desgaste que se produce en la articulación.3 VENTAJAS Y DESVENTAJAS VENTAJAS Dimensiones exteriores menores que las transmisiones por correas. Exigen una precisión más alta en el montaje de los árboles que la de las transmisiones por correas.1. Alta eficiencia. Irregularidad durante el funcionamiento de la transmisión. DESVENTAJAS Posibilidad de empleo en una amplia gama de distancia entre centros. Posibilidad de transmitir el movimiento a varias ruedas con una sola fuente de potencia. . Ausencia de deslizamiento. A medida que aumenta la velocidad periférica se exigen mejores condiciones de lubricación. T g 1.1.El coeficiente de la fricción entre los objetos transportados y el carril cuando los objetos transportados se llevan a cabo en el carril y son empujados por la cadena. M 1 = masa de la cadena. f 3 = coeficiente de la fricción cuando los objetos transportados se están moviendo 1. f 1 = coeficiente de la fricción cuando la cadena está volviendo.14 TENSION EN UNA CADENA DE TRANSPORTE La tensión de la cadena de transmisión es calculada dividiendo la energía transmitida (indicada en kilowatts o caballos de fuerza) por la velocidad de cadena y multiplicándose por un coeficiente adecuado. Para velocidades ctes tales como el transportador horizontal. f 2 = coeficiente de la fricción cuando la cadena está transportando objetos. la tensión es seleccionada por los factores: 1. M 2 = masa de los objetos transportados.1 f1M 1 f 2 M 1 f 3 M 2 T = tensión total en la cadena.1 = pérdidas del piñón debido a los cambios direccionales de la cadena . El coeficiente de fricción entre la cadena y el carril cuando los objetos transportados se ponen en la cadena 2. . 1. particularmente de partículas abrasivas. Los aceites pesados y grasas son generalmente demasiados densos para introducirse entre las superficies de trabajo de la cadena.5 TIPOS DE LUBRICACION Deben lubricarse empleando aceite con base de petróleo. Es importante que el lubricante esté libre de contaminantes. Proteger los accionamientos contra suciedad y humedad .1. •.LUBRICACIÓN. 2. Puede ser periódica o continua. como a ser expulsado por efecto de la fuerza centrífuga cuando la cadena está en movimiento. •. en función de la velocidad de la cadena y de la potencia transmitida. Tipos 1. Operación manual. Debe resistir la tendencia a gotear o escurrirse cuando la cadena está parada. Las gotas se dirigen entre los extremos de las placas de los eslabones desde un lubricador de goteo. Periódica con un cepillo o aceitera •. •. Volumen y la frecuencia suficientes para que el lubricante penetre entre las piezas de la cadena. Lubricación por goteo. . •. Función: Atenuar el inevitable desgaste en las articulaciones de la cadena. Volumen y frecuencia debe ser suficiente para mantener la cadena húmeda de aceite y permitir la penetración de lubricante limpio entre las piezas de la cadena. • La lubricación con chorro de aceite da también una refrigeración efectiva y un amortiguamiento de impacto a altas velocidades. Por disco • Se usa un baño de aceite: La cadena funciona por encima del nivel de aceite. . • Con esto se ayuda a disminuir el impacto del rodillo con el diente del piñón.LUBRICACIÓN. Lubricación por baño o disco. • Debe situarse de tal modo que el aceite caiga antes de que engrane con el piñón motriz. Por baño de aceite • Depósito de aceite en un guardacadena. • El nivel de aceite debe cubrir la cadena en su punto más bajo estando en funcionamiento. Lubricación por chorro de aceite. 4. • Un disco recoge aceite del depósito y lo deposita encima de la cadena. 3. • Suministro continuo de aceite desde una bomba o un sistema de lubricación central. La velocidad de la cadena tiene su mayor valor cuando el ángulo del eje del rodillo y la horizontal es igual a 0° y su menor valor para γ/2.1.6 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO •El principio de funcionamiento se basa en que la transmisión de potencia entre la cadena y la rueda se efectúa por un acoplamiento de forma y de fuerza entre los dientes de las ruedas (sprockets) y los eslabones de la cadena.1. esto produce pequeñas fluctuaciones en el brazo de la fuerza periférica y por consiguiente. . también en la velocidad de la cadena y en la fuerza de la misma. •La velocidad lineal de la cadena varía con el funcionamiento. •La cadena se adapta a la rueda en forma de polígono. Cadena para elevación Cadena común Cadena de travesaños 2. De de clavijas rodillos De eslabones dentados . Cadenas de transmisión Articulada. 1.1. Cadena para transporte Desmontable o de unión por ganchos Articulada. de extremos cerrados 3.2 Tipos de cadenas. 1 Cadenas para elevación La forma común para la cadena de elevación es la que consiste de eslabones ovalados. tal como se muestra en la figura 1.2) que tiene la particularidad que no se aplasta ni se enreda tan fácilmente como la cadena común.1 Cadena común para elevación Figura 1. Figura 1.1.2 Cadena de travesaños .2. El otro tipo de cadena de este tipo es la de travesaños (Ver figura 1.1. 1. Por último. ejemplo de esta se muestra en la figura 1. El diseño de los dientes de la catarina para este tipo de cadenas se da en gran parte de forma empírica.2 Cadenas para transporte puede ser del tipo desmontable o de unión por ganchos. Las cadenas de esta clase generalmente se utilizan a menudo para transmitir potencia a velocidades bajas. o del tipo articulado de extremos cerrados. como la que es mostrada en la figura 1. cabe mencionar que estas cadenas están hechas de eslabones fundidos de hierro maleable. aún después de que por alguna circunstancia sea estirada o que está presente desgaste.4. y carecen de las cualidades de marcha suave de las cadenas hechas más cuidadosamente. teniendo cuidado de que el diente posea una forma y un espaciado tal que. como en el caso de la maquinaria agrícola. . la cadena entre y salga de la catarina con cierta suavidad y sin interferencia.2.3. 4 Cadena articulada de extremos cerrados .Figura 1.3 Cadena desmontable o de unión por ganchos Figura 1. Las cadenas de este tipo se emplean para la transmisión de fuerza a velocidades relativamente bajas. se pueden emplear como cadenas de transporte. La figura muestra una cadena articulada de clavijas.1. Estos tipos de cadenas generalmente están elaboradas de acero.2. Figura 1. las partes que se desgastan están endurecidas.3 Cadenas de transmisión de potencia Las articuladas de clavijas. de rodillos y silenciosa son los tres tipos conocidos de esta clase de cadenas. así como también en un momento dado.5 Cadena articulada de clavijas . y corren sobre catarinas que están diseñadas cuidadosamente. maquinadas con precisión. Está constituida por eslabones los cuales son de dos tipos: eslabones de pernos y eslabones de rodillos. La distancia lineal que existe entre los rodillos se le conoce como “paso” y el “ancho” es una medida del espacio interior entre placas de eslabón (Figura 1.6).6 Cadena de rodillos a que la cadena de rodillos es la más utilizada dentro de la industria y de que los dientes a analizar en esta investigación pertenecen a ruedas que trabajan con este tipo de cadena. . Debido Figura 1. se analizarán algunas características de las mismas. pero los eslabones están fabricados para que estos puedan engranar directamente con los de la rueda dentada. triples o cuádruple cantidad de hileras.7 Cadena silenciosa Las cadenas pueden ser fabricadas con simple.7). o bien cuando se desee el menor grado de ruido. Este tipo de cadena no tiene rodillos. .Figura 1. doble. Las dimensiones de los parámetros anteriores se pueden localizar en los manuales del fabricante. Cuando se requiere transmitir cargas más pesadas de lo que es posible con cadenas de rodillos del mismo paso. la cadena silenciosa es la solución normalmente utilizada (Ver figura 1. Para nmr Z1≥15.1. para nlimZ1≥20. •Cálculo y selección: Según la presión específica que puede soportar la articulación.3 CALCULO Y SELECCIÓN DE CADENAS A RODILLO. Los parámetros que se deben conocer son: • • • • • Potencia requerida en la máquina conducida Tipo de máquina motora y máquina conducida Velocidad de la máquina motora Velocidad de la máquina conducida Distancia tentativa entre ejes PASOS A SEGUIR (paso 1) •Selección del número de dientes de la rueda pequeña y verificar el número de dientes de la rueda grande. •Analizar sucesivamente con varios pasos para elegir un paso racional. •Seleccionar la cadena con el paso lo menor posible entre las que permiten transmitir la potencia requerida . •Selección del paso de la cadena en función de la velocidad de rotación de la rueda pequeña. . . Z1 pn v [m / s ] 60000 Pot F v paso 2 •Número de Eslabones de la Cadena •Velocidad de la cadena •Tensión en la cadena •Régimen de lubricación . 3.1 TABLA DE SELECCIÓN .1. etc. • Regularidad de funcionamiento. mecanismos.2 RECOMENDACIONES DE DISEÑO Paso de la cadena. bicicletas. Existen aplicaciones en las que Z1<17 debido al ahorro de espacio o por condiciones velocidad/potencia puede dar un funcionamiento aceptable: Accionamientos movidos a mano. se obtiene una distribución uniforme del desgaste tanto en la cadena como en el piñón. . Emplear el mayor número de dientes en el piñón. la velocidad de la cadena está sujeta a una variación cíclica regular. Cuatro ventajas importantes dependen de Z1 • Un flujo de potencia uniforme. Muchos accionamientos tienen un número par de eslabones en su cadena debido a la sencillez del eslabón de cierre. Cuando la velocidad del piñón es constante. Dependencia: La cadena forma un polígono sobre el piñón.3. • Alto rendimiento • Larga duración. •Cadena simple o de una hilera con el paso más pequeño: Accionamiento más económico •Mayor número de hileras: Limitaciones de espacio o velocidad inadmisiblemente elevada Número de dientes de los piñones. Usando un piñón motriz con un número de dientes impar. Número de dientes impar.1. Esta variación cíclica es menos acentuada cuando el número de dientes del piñón motriz es superior a 19. En los motores de 4 tiempos. o del cigüeñal a la bomba de lubricación del motor.Transmitir el movimiento de los pedales a la rueda en las bicicletas o del cambio a la rueda trasera en las motos. 1. para transmitir movimiento de un mecanismo a otro.4 aplicación . Por ejemplo del cigüeñal al árbol de levas. 2.RUEDAS CATARINAS.. . o catalina a secas.2.Definición de ruedas catarinas En mecánica. . con fines mecánicos. La de dientes agudos y oblicuos que hace mover el volante de cierta clase de relojes..1. está provista de pequeños o grandes dientes puntiagudos. a la que. se llama rueda catalina. el tipo B tiene cubo de un lado. en la transmisión de potencia. Las ruedas dentadas de esta clase se presentan principalmente en cuatro tipos de estándares: El tipo A no tiene cubo. conducen y son conducidos por ruedas dentadas denominadas “ruedas catarinas”.2. en la figura 1.Tipos de ruedas catarinas Las cadenas. el tipo C presenta cubo de ambos lados y el tipo D posee un cubo desmontable.. .8 se muestran ejemplos de estas divisiones de ruedas.2. 8 Tipos de ruedas catarinas TIPO A TIPO B TIPO C TIPO D . 1.Fig. 9.Además de la clasificación anterior estas ruedas.1. esto último dependerá del número de ramales o hileras que contenga la cadena. estas pueden poseer hileras múltiples como se muestra en la figura 1. Rueda con hileras dobles Rueda con hileras triples Fig.9 Ejemplos de ruedas de hileras múltiples . 2. 1. Fig.1 Características dimensionales de las ruedas catarinas.10 Vista frontal de los dientes de la rueda .2. Aspectos fundamentales en la constitución física de estas ruedas son sus especificaciones dimensionales las cuales se muestran a continuación en la figura 1.10. 10) se detallan a continuación: SIMBOLOGÍA α Ángulo de presión de la rueda γ Ángulo del semipaso de la rueda β Ángulo de construcción de la rueda Z Número de dientes de la rueda .La explicación de los parámetros mostrados en la figura anterior (1. Otra recomendación es que con la selección de las ruedas. En los casos en que por limitación de espacio o se esté trabajando a velocidades bajas se puede utilizar ruedas con una cantidad menor a 17 dientes. no debe de exceder de 7 la relación de velocidad.2. .3 Selección de ruedas catarinas. Con Selección de la cantidad de dientes de la Catarina el fin de que la rueda dentada tenga una larga vida y una operación suave se recomienda que el número de dientes sea mayor a 17 pero menor a 67. Por otro lado. recomiendan el tipo de método de lubricación para combinaciones particulares de tamaño de cadena. Los fabricantes. existen tablas donde se muestra la potencia indicada para distintos tamaños de cadena estándar. . tamaño de rueda dentada y velocidad. tamaño y la velocidad de giro de la rueda dentada más pequeña.Bases para la selección de una transmisión por cadena Las variables importantes son el paso de la cadena. La lubricación es de fundamental importancia para la operación satisfactoria de una transmisión por cadena. cabe mencionar. Figura Nº 1. el ángulo de paso por “g” y el diámetro de paso de la rueda catarina (o rueda catenaria) por “D”.Dentado de una rueda y su cadena. . muestra una rueda catarina que impulsa una cadena de transmisión en sentido contrario al movimiento del reloj.11. El paso de la cadena se designa como “p”.11 .La Figura 1. es la transmisión del movimiento desde el eje de una fuente de energía. Una de las aplicaciones más importantes. . hasta otro eje situado a cierta distancia y que ha de realizar un trabajo. como puede ser un motor de combustión interna o un motor eléctrico.4 aplicaciones.2.