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La cadena de rodillos o cadena de rodillos con casquillo es el tipo de transmisión por cadena más comúnmente utilizado para la transmisión de potencia mecánica en muchos tipos de maquinaria doméstica, industrial y agrícola, incluidos transportadores , máquinas trefiladoras de alambre y tubos , imprentas , automóviles , motocicletas y bicicletas . Consiste en una serie de rodillos cilíndricos cortos unidos por eslabones laterales. Es impulsado por una rueda dentada llamada piñón . Es un medio de transmisión de potencia simple, confiable y eficiente [1] .
Los bocetos de Leonardo da Vinci del siglo XVI muestran una cadena con cojinete de rodillos . [2] En 1800, James Fussell patentó una cadena de rodillos durante el desarrollo de su bloqueo de equilibrio [3] y en 1880 Hans Renold patentó una cadena de rodillos con casquillo. [4]
Hay dos tipos de eslabones que se alternan en la cadena de rodillos con casquillo . El primer tipo son los eslabones internos, que tienen dos placas internas unidas por dos manguitos o casquillos sobre los cuales giran dos rodillos. Los eslabones interiores se alternan con el segundo tipo, los eslabones exteriores, que constan de dos placas exteriores unidas por pasadores que pasan a través de los casquillos de los eslabones interiores. La cadena de rodillos "sin casquillos" es similar en funcionamiento aunque no en construcción; en lugar de casquillos o manguitos separados que mantienen juntas las placas interiores, la placa tiene un tubo estampado que sobresale del orificio y que sirve para el mismo propósito. Esto tiene la ventaja de eliminar un paso en el montaje de la cadena.
El diseño de la cadena de rodillos reduce la fricción en comparación con diseños más simples, lo que resulta en una mayor eficiencia y menos desgaste. Las variedades originales de cadenas de transmisión de potencia carecían de rodillos y casquillos, y tanto las placas interior como exterior estaban sujetas por pasadores que entraban directamente en contacto con los dientes de la rueda dentada ; sin embargo, esta configuración exhibió un desgaste extremadamente rápido tanto de los dientes de la rueda dentada como de las placas donde pivotaban sobre los pasadores. Este problema se resolvió parcialmente mediante el desarrollo de cadenas con casquillos, en las que los pasadores que sujetaban las placas exteriores pasaban a través de casquillos o manguitos que conectaban las placas interiores. Esto distribuyó el desgaste en un área mayor; sin embargo, los dientes de las ruedas dentadas aún se desgastaban más rápidamente de lo deseable debido a la fricción deslizante contra los casquillos. La adición de rodillos que rodean los manguitos de los casquillos de la cadena y proporciona contacto rodante con los dientes de las ruedas dentadas, lo que da como resultado una excelente resistencia al desgaste tanto de las ruedas dentadas como de la cadena. Incluso la fricción es muy baja, siempre que la cadena esté suficientemente lubricada. La lubricación continua y limpia de las cadenas de rodillos es de primordial importancia para un funcionamiento eficiente, al igual que el tensado correcto. [5]
Muchas cadenas de transmisión (por ejemplo, en equipos de fábrica, o de transmisión de un árbol de levas dentro de un motor de combustión interna) operan en ambientes limpios y, por lo tanto, las superficies de desgaste (es decir, los pasadores y casquillos) están a salvo de la precipitación y la arena en suspensión, muchas incluso en un ambiente sellado como un baño de aceite. Algunas cadenas de rodillos están diseñadas para tener juntas tóricas integradas en el espacio entre la placa de eslabón exterior y las placas de eslabón de rodillo interior. Los fabricantes de cadenas comenzaron a incluir esta característica en 1971 después de que Joseph Montano inventara la aplicación mientras trabajaba para Whitney Chain de Hartford, Connecticut. Se incluyeron juntas tóricas como una forma de mejorar la lubricación de los eslabones de las cadenas de transmisión de potencia, servicio de vital importancia para alargar su vida útil. Estos accesorios de caucho forman una barrera que retiene la grasa lubricante aplicada en fábrica dentro de las áreas de desgaste del pasador y del buje. Además, las juntas tóricas de goma evitan que la suciedad y otros contaminantes entren en el interior de los eslabones de la cadena, donde de otro modo dichas partículas causarían un desgaste significativo. [6]
También hay muchas cadenas que tienen que operar en condiciones de suciedad y por razones de tamaño o operativas no se pueden sellar. Los ejemplos incluyen cadenas en equipos agrícolas , bicicletas y motosierras . Estas cadenas necesariamente tendrán índices de desgaste relativamente altos.
Muchos lubricantes a base de aceite atraen suciedad y otras partículas y eventualmente forman una pasta abrasiva que agravará el desgaste de las cadenas. Este problema se puede reducir mediante el uso de un aerosol de PTFE "seco" , que forma una película sólida después de la aplicación y repele tanto las partículas como la humedad. [7]
Las cadenas que funcionan a altas velocidades comparables a las de las motocicletas deben usarse junto con un baño de aceite. [8] En las motocicletas modernas esto no es posible y la mayoría de las cadenas de motocicletas funcionan sin protección. Por tanto, las cadenas de motocicletas tienden a desgastarse muy rápidamente en comparación con otras aplicaciones. Están sujetos a fuerzas extremas y expuestos a la lluvia, la suciedad, la arena y la sal de la carretera.
Las cadenas de motocicletas son parte del tren de transmisión para transmitir la potencia del motor a la rueda trasera. Las cadenas adecuadamente lubricadas pueden alcanzar una eficiencia del 98% o más en la transmisión. Las cadenas sin lubricar disminuirán significativamente el rendimiento y aumentarán el desgaste de la cadena y la rueda dentada. [1]
Hay dos tipos de lubricantes no originales disponibles para cadenas de motocicletas: lubricantes en aerosol y sistemas de alimentación por goteo de aceite.
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Si la cadena no se utiliza para una aplicación de alto desgaste (por ejemplo, si simplemente transmite movimiento desde una palanca accionada manualmente a un eje de control en una máquina, o a una puerta corrediza en un horno), entonces uno de los tipos más simples Aún se puede utilizar un trozo de cadena. Por el contrario, cuando se requiere fuerza adicional pero un accionamiento suave con un paso más pequeño, la cadena puede estar "siamesada"; en lugar de sólo dos filas de placas en los lados exteriores de la cadena, puede haber tres ("dúplex"), cuatro ("tríplex") o más filas de placas paralelas, con casquillos y rodillos entre cada par adyacente, y el mismo número de filas de dientes corriendo en paralelo en las ruedas dentadas para que coincidan. Las cadenas de distribución de los motores de automóviles, por ejemplo, suelen tener varias filas de placas llamadas hebras.
La cadena de rodillos se fabrica en varios tamaños, siendo los estándares más comunes del Instituto Nacional Estadounidense de Estándares (ANSI) 40, 50, 60 y 80. Los primeros dígitos indican el paso de la cadena en octavos de pulgada , siendo el último dígito 0 para cadena estándar, 1 para cadena liviana y 5 para cadena con casquillos sin rodillos. Por lo tanto, una cadena con paso de media pulgada es una rueda dentada No. 40 mientras que una rueda dentada No. 160 tiene dientes espaciados 2 pulgadas, etc. Los pasos métricos se expresan en dieciseisavos de pulgada; por lo tanto, una cadena métrica No. 8 (08B-1) es equivalente a una ANSI No. 40. La mayoría de las cadenas de rodillos están hechas de acero al carbono o de aleación, pero el acero inoxidable se usa en maquinaria de procesamiento de alimentos u otros lugares donde la lubricación es un problema. , y ocasionalmente se ven nailon o latón por la misma razón.
La cadena de rodillos normalmente se conecta mediante un eslabón maestro (también conocido como "eslabón de conexión"), que generalmente tiene un pasador sujeto por un clip de herradura en lugar de un ajuste por fricción, lo que permite insertarlo o quitarlo con herramientas simples. La cadena con un eslabón o pasador extraíble también se conoce como "cadena con chaveta", lo que permite ajustar la longitud de la cadena. Hay medios eslabones (también conocidos como "compensaciones") disponibles y se utilizan para aumentar la longitud de la cadena con un solo rodillo. La cadena de rodillos remachados tiene el eslabón maestro (también conocido como "eslabón de conexión") "remachado" o aplastado en los extremos. Estos pasadores están hechos para ser duraderos y no se pueden quitar. [10]
Un clip de herradura es un accesorio de acero para resortes en forma de U que sujeta la placa lateral del eslabón de unión (o "maestro") que antes era esencial para completar el bucle de una cadena de rodillos. El método de clip está perdiendo popularidad a medida que cada vez más cadenas se fabrican como bucles sin fin que no están destinados al mantenimiento. Las motocicletas modernas suelen estar equipadas con una cadena sin fin, pero en las circunstancias cada vez más raras de que la cadena se desgaste y sea necesario reemplazarla, se proporcionará como repuesto un trozo de cadena y un eslabón de unión (con clip de herradura). Los cambios en la suspensión de las motocicletas tienden a hacer menos frecuente este uso.
Común en motocicletas y bicicletas más antiguas (por ejemplo, aquellas con cambios de buje ), este método de clip no se puede utilizar en bicicletas equipadas con cambios de cambio, ya que el clip tenderá a engancharse en los cambiadores.
En muchos casos, una cadena sin fin no se puede sustituir fácilmente ya que está unida al cuadro de la máquina (este es el caso de la bicicleta tradicional, entre otros). Sin embargo, en algunos casos, un eslabón de unión con clip de herradura no se puede utilizar o tampoco se prefiere en la aplicación. En este caso se utiliza un "eslabón blando", colocado con una remachadora de cadena y apoyándose únicamente en la fricción. Con materiales y herramientas modernos y una aplicación especializada, esta es una reparación permanente que tiene casi la misma resistencia y vida útil que una cadena intacta.
El efecto del desgaste en una cadena de rodillos es aumentar el paso (espaciado de los eslabones), lo que hace que la cadena se alargue. Tenga en cuenta que esto se debe al desgaste de los pasadores y casquillos de pivote, no al estiramiento real del metal (como les sucede a algunos componentes de acero flexibles, como el cable del freno de mano de un vehículo de motor).
En las cadenas modernas es inusual que una cadena (que no sea la de una bicicleta) se desgaste hasta romperse, ya que una cadena desgastada provoca un rápido desgaste de los dientes de las ruedas dentadas, siendo el fallo final la pérdida de todos los dientes en la rueda dentada. Las ruedas dentadas (en particular las más pequeñas de las dos) sufren un movimiento de trituración que les da una forma característica de gancho en la cara impulsada de los dientes. (Este efecto empeora si la cadena está mal tensada, pero es inevitable sin importar el cuidado que se tenga). Los dientes (y la cadena) desgastados ya no proporcionan una transmisión suave de potencia y esto puede resultar evidente por el ruido, la vibración o (en motores de automóviles que usan una cadena de distribución) la variación en el tiempo de encendido visto con una luz de sincronización . En estos casos se deben sustituir tanto los piñones como la cadena, ya que una cadena nueva con piñones desgastados no durará mucho. Sin embargo, en casos menos severos es posible salvar el piñón más grande de los dos, ya que siempre es el más pequeño el que sufre más desgaste. Sólo en aplicaciones muy livianas, como una bicicleta, o en casos extremos de tensión inadecuada, la cadena normalmente saltará de los piñones.
El alargamiento por desgaste de una cadena se calcula mediante la siguiente fórmula:
M = la longitud de un número de enlaces medidos
S = el número de enlaces medidos
P = Paso
En la industria, es habitual controlar el movimiento del tensor de la cadena (ya sea manual o automático) o la longitud exacta de una cadena de transmisión (una regla general es reemplazar una cadena de rodillos que se haya alargado un 3% en una transmisión ajustable o un 1,5%). % en un accionamiento de centro fijo). Un método más sencillo, particularmente adecuado para el usuario de bicicleta o motocicleta, es intentar tirar de la cadena para separarla del mayor de los dos piñones, asegurándose al mismo tiempo de que la cadena esté tensa. Cualquier movimiento significativo (por ejemplo, que permita ver a través de un espacio) probablemente indica una cadena desgastada hasta el límite y más allá. Se producirán daños en la rueda dentada si se ignora el problema. El desgaste de la rueda dentada anula este efecto y puede enmascarar el desgaste de la cadena.
La cadena liviana de una bicicleta con desviador puede romperse (o mejor dicho, separarse en las placas laterales, ya que es normal que el "remachado" falle primero) porque los pasadores internos no son cilíndricos, sino que tienen forma de barril. El contacto entre el pasador y el buje no es una línea normal, sino un punto que permite que los pasadores de la cadena se abran paso a través del buje y, finalmente, del rodillo, lo que finalmente provoca que la cadena se rompa. Esta forma de construcción es necesaria porque la acción de cambio de marcha de esta forma de transmisión requiere que la cadena se doble hacia los lados y se tuerza, pero esto puede ocurrir con la flexibilidad de una cadena tan estrecha y longitudes libres relativamente grandes en una bicicleta.
La falla de la cadena es un problema mucho menor en los sistemas con engranajes de cubo (por ejemplo, Bendix de 2 velocidades, Sturmey-Archer AW) ya que los pasadores paralelos tienen una superficie de desgaste mucho mayor en contacto con el casquillo. El sistema de cubo-engranaje también permite un cierre completo, una gran ayuda para la lubricación y protección contra la arena.
La medida más común de la resistencia de una cadena de rodillos es la resistencia a la tracción . La resistencia a la tracción representa cuánta carga puede soportar una cadena bajo una carga única antes de romperse. Tan importante como la resistencia a la tracción es la resistencia a la fatiga de una cadena. Los factores críticos en la resistencia a la fatiga de una cadena son la calidad del acero utilizado para fabricar la cadena, el tratamiento térmico de los componentes de la cadena, la calidad de la fabricación del orificio de paso de las placas de eslabón y el tipo de granalla más la intensidad de la cobertura del granallado. en las placas de enlace. Otros factores pueden incluir el espesor de las placas de enlace y el diseño (contorno) de las placas de enlace. La regla general para cadenas de rodillos que funcionan con transmisión continua es que la carga de la cadena no exceda simplemente 1/6 o 1/9 de la resistencia a la tracción de la cadena, dependiendo del tipo de eslabones maestros utilizados (ajuste a presión versus deslizamiento). -fit) [ cita necesaria ] . Las cadenas de rodillos que funcionan con accionamiento continuo más allá de estos umbrales pueden fallar prematuramente, y normalmente lo hacen, debido a una falla por fatiga de la placa de enlace.
La resistencia máxima mínima estándar de la cadena de acero ANSI 29.1 es 12.500 x (paso, en pulgadas) 2 . Las cadenas con anillos en X y anillos en O reducen en gran medida el desgaste mediante lubricantes internos, lo que aumenta la vida útil de la cadena. La lubricación interna se inserta mediante vacío al remachar la cadena.
Las organizaciones de normalización (como ANSI e ISO) mantienen estándares para el diseño, las dimensiones y la intercambiabilidad de las cadenas de transmisión. Por ejemplo, la siguiente tabla muestra datos de la norma ANSI B29.1-2011 (cadenas de rodillos, accesorios y ruedas dentadas de transmisión de potencia de precisión) [11] desarrollada por la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos (ASME). Consulte las referencias [12] [13] [14] para obtener información adicional.
Para fines mnemotécnicos, a continuación se muestra otra presentación de dimensiones clave del mismo estándar, expresadas en fracciones de pulgada (que fue parte del pensamiento detrás de la elección de los números preferidos en el estándar ANSI):
Una cadena de bicicleta típica (para cambios de marcha ) utiliza una cadena estrecha de 1 ⁄ 2 pulgadas de paso. El ancho de la cadena es variable y no afecta a la capacidad de carga. Cuantos más piñones haya en la rueda trasera (históricamente de 3 a 6, hoy en día de 7 a 12), más estrecha será la cadena. Las cadenas se venden según el número de velocidades para las que están diseñadas, por ejemplo, "cadena de 10 velocidades". Las bicicletas con engranaje de buje o de una sola velocidad usan cadenas de 1/2 x 1/8 de pulgada, donde 1/8 de pulgada se refiere al grosor máximo de una rueda dentada que se puede usar con la cadena.
Por lo general, las cadenas con eslabones de forma paralela tienen un número par de eslabones, y a cada eslabón estrecho le sigue uno ancho. Las cadenas construidas con un tipo uniforme de eslabón, estrecho en un extremo y ancho en el otro, se pueden fabricar con un número impar de eslabones, lo que puede ser una ventaja para adaptarse a una distancia especial entre plato y plato; por otro lado, dicha cadena tiende a no ser tan fuerte.
Las cadenas de rodillos fabricadas según la norma ISO a veces se denominan "isocadenas".
