INTRODUCCIÓN TRANSMISIONES POR CADENAS.

Transcripción

1 INTRODUCCIÓN Los elementos de máquinas flexibles, como bandas, cables o cadenas, se utilizan para la transmisión de potencia a distancias comparativamente grandes. Cuando se emplean estos elementos, por lo general, sustituyen a grupos de engranajes, ejes y sus cojinetes o a dispositivos de transmisión similares. Por lo tanto, simplifican mucho una máquina o instalación mecánica, y son así, un elemento importante para reducir costos. Además son elásticos y generalmente de gran longitud, de modo que tienen una función importante en la absorción de cargas de choque y en el amortiguamiento de los efectos de fuerzas vibrantes. Aunque esta ventaja es importante en lo que concierne a la vida de una máquina motriz, el elemento de reducción de costos suele ser el factor principal para seleccionar estos medios de transmisión de potencia. TRANSMISIONES POR CADENAS. Dentro de las transmisiones mecánicas con enlace flexible entre el elemento motriz y la máquina movida se encuentra la transmisión por cadena como una de las más utilizadas para trasmitir potencia mecánica de forma eficiente, con sincronismo de velocidad angular entre los elementos vinculados y cuando existe demanda de grandes cargas en los accionamientos. La transmisión por cadena está compuesta de una rueda dentada motriz, una o varias ruedas dentadas conducidas y un tramo de cadena unido por ambos extremos que engrana sobre las ruedas dentadas. La flexibilidad de la transmisión es garantizada con la cadena, la cual consta de eslabones unidos por pasadores, que permiten asegurar la necesaria flexibilidad de la cadena durante el engrane con las ruedas dentadas. En el caso más simple, la transmisión por cadena consta de una cadena y dos ruedas dentadas, denominadas ruedas de estrella, ruedas dentadas o sprockets, una de las cuales es conductora y la otra conducida. Adicionalmente a las transmisiones por cadenas se le incorporan cubiertas protectoras (guarderas). En casos de transmisiones que trabajan muy cargadas y a elevadas velocidades se emplean carcazas donde la cadena es lubricada por inmersión o con surtidores de aceite a presión aplicados en las zonas de inicio del engrane entre la cadena y las ruedas dentadas. 1

2 En el caso de guarderas o carcazas, la envoltura no debe dificultar la regulación del tensado de la cadena para compensar el estirado de ella, producto del desgaste de sus eslabones y articulaciones. Generalmente, en las transmisiones por cadenas una de las ruedas es desplazable para garantizar el tensado adecuado de la cadena, de no ser así, se introducen dispositivos reguladores de la requerida tensión de la cadena. Habitualmente, con auxilio de dispositivos reguladores se puede compensar el alargamiento de la cadena hasta la longitud de dos eslabones, después de esto es conveniente quitar dos eslabones de la cadena y situar el dispositivo regulador en posición inicial. Las transmisiones por cadenas tienen gran utilidad en las máquinas de transporte (bicicletas, motocicletas y automóviles), en máquinas agrícolas, transportadoras y equipos industriales en general. Algunas de las ventajas que presentan las transmisiones por cadenas al ser comparadas con otras transmisiones de enlace flexible, como las transmisiones por correas y poleas, son: Dimensiones exteriores son menores. Ausencia de deslizamiento. Alto rendimiento. Pequeña magnitud de carga sobre los árboles. Posibilidad de cambiar con facilidad su elemento flexible (cadena). En cambio, a las transmisiones por cadenas se les reconoce como inconvenientes que: Pueden ser un poco ruidosas. Requieren de una lubricación adecuada. Presentan cierta irregularidad del movimiento durante el funcionamiento de la transmisión. Requiere de una precisa alineación durante el montaje y un mantenimiento minucioso. 2

3 Según su aplicación, las cadenas pueden ser divididas para su estudio en tres grupos: Cadenas de carga: Son empleadas para suspender, elevar y bajar cargas. Ellas son empleadas predominantemente en las máquinas elevadoras de carga. Estas trabajan con bajas velocidades (hasta 0,25 m/s) y grandes cargas. Son construidas de eslabones simples, generalmente redondos o de bridas sencillas. Dimensiones de algunas cadenas de carga con eslabones redondos según DIN 766 y capacidad de carga declarada por la firma española YUK1. 1 YUK, Cadenas YUK (catalogo técnico), Valencia, Cadenas de tracción: Son empleadas para mover cargas en las maquinas transportadoras, trabajan con velocidades medias (hasta 2 4 m/s). En su fabricación se emplean eslabones de pasos largos, usualmente entre los 50 y 1000 mm. Cadenas de transmisión de potencia: En estos accionamientos, la cadena y la rueda son usadas como engranaje flexible para trasmitir torque desde un eje de rotación a otro. Generalmente son empleados eslabones pequeños y de gran precisión en sus dimensiones, con pasos entre 4 y 63.5 mm, con el objetivo de reducir las cargas dinámicas, y con pasadores resistentes al desgaste para asegurar una conveniente duración. Como es posible apreciar, el elemento principal de este tipo de transmisión mecánica es la cadena, la cual define la seguridad, duración y capacidad de trabajo de la transmisión. De los tres grupos de cadenas anteriores que se emplean en la industria moderna, son las cadenas de transmisión de potencia las más difundidas. Además de clasificar dentro de las transmisiones mecánicas más eficiente en aplicaciones industriales, con un valor que oscila alrededor del 98% por cada etapa de transmisión. Por tal motivo, las transmisiones de potencia con cadenas serán objeto de estudios en este material. TIPOS DE CADENAS DE TRANSMISIÓN DE POTENCIA. Las diversas exigencias de explotación a que son sometidas las transmisiones por cadenas han permitido la aparición de una variedad de tipos de cadenas, las cuales satisfacen diferentes características y facilidades para la explotación. Dentro de las cadenas de transmisión de potencia los más conocidos tipos de cadenas son las de casquillos, las de eslabones perfilados (desmontables), las dentadas, las de rodillos y las correas dentadas. Cadenas de Casquillos: las cadenas de casquillos estructuralmente coinciden con las cadenas de rodillos, pero ellas se distingue porque no tienen rodillos, por eso son generalmente más ligeras y baratas. Actualmente son empleadas algunas soluciones de cadenas extraligeras de casquillos con pasadores huecos 3

4 para disminuir el peso de las cadenas. Cadenas de Eslabones Perfilados: este tipo de cadena tiene la ventaja de un fácil arme y desarme de sus eslabones, pues ellos no necesitan ningún otro elemento complementario. El enlace de estos eslabones se hace al desplazar lateralmente el uno con respecto a otro. El diseño de estos eslabones permite su intercambio fácilmente, al poder ser sustituido un elemento de la cadena sin necesidad de desencaje de las articulaciones con empleo de golpes o fuerzas excesivas. El inconveniente de este tipo de cadena es que solo pueden ser empleadas en velocidades muy bajas, por lo general inferior a 1m/s, debido al incremento de las cargas de impacto motivadas por la poca precisión del paso de los eslabones. Habitualmente, son explotadas en condiciones de lubricación y protección imperfectas, sin exigencias severas de reducción de las dimensiones exteriores. Usualmente, las cadenas de eslabones perfilados se utilizan en la construcción de maquinaria agrícola. Cadenas Dentadas: las cadenas dentadas, conocidas también como cadenas silenciosas, constan de un juego de chapas con formas de dientes. Estas chapas están enlazadas en determinado orden y articulan con deslizamiento o rodamiento, según sea el tipo constructivo de la cadena. Las articulaciones en las cadenas dentadas determinan en grado considerable su capacidad de trabajo, siendo superiores las cadenas con 4

5 articulaciones de rodadura con empleo de prismas con superficies cilíndricas de trabajo apoyados en rebajos planos realizados en los agujeros de los eslabones. La cadena dentada, para que durante el trabajo se asiente correctamente en las ruedas, se dota de unas chapas o platinas que sirven de guía. En pequeñas velocidades se aconseja utilizar cadenas con chapas guía centrales. En este último caso, en los dientes de las ruedas se deben hacer unas entalladuras para las chapas guías. Varias son las normas de dimensiones establecidas para las cadenas dentadas, las más conocidas son: la alemana DIN 8190, la estadounidense ANSI B292M 82 y la soviética GOST Hasta el momento, no existe una normalización internacional de las cadenas dentadas, por tal motivo las dimensiones de las ruedas para estas cadenas pueden variar entre normativas y fabricantes, haciendo que los sprockets no sean intercambiables para cadenas de diferentes marcas y fabricantes. Las ruedas para cadenas dentadas deben permitir que los eslabones envuelvan completamente el dentado de las ruedas, por lo que el tallado de los sprockets son realizados con fresas de perfil cortante de flancos rectos. Dichas fresas tallan el perfil del diente por copiado y cada fresa puede ser empleada para ruedas de igual paso y número de dientes cercanos al del patrón de la fresa. Correas Dentadas: a partir de la década del 40 surgen las correas y poleas dentadas como una transmisión capaz de dar respuesta a las exigencias de sincronismo, flexibilidad y movimiento silencioso demandadas en los nuevos diseños de la época. Desde entonces las mejoras constructivas y el conocimiento alcanzado en las leyes de distribución de la carga en los flancos de los dientes engranados entre la correa y las poleas han contribuido a la amplia difusión de esta transmisión en la actualidad. Las transmisiones por correas dentadas se caracterizan principalmente porque en ellas no existe un contacto metálico, no se aprecia el efecto cordal con su nefasta influencia en la irregularidad del movimiento, ni existe posibilidad de deslizamiento como en las correas de fricción. Otras de las ventajas indicadas a esta transmisión corresponden a un anulamiento de la tensión de montaje y no requerimiento de lubricación. En contraposición con las transmisiones de cadenas metálicas, es señalable una menor resistencia a la tracción y por consiguiente una menor potencia transmisible por unidad de ancho, mucho mas acentuado en casos de bajas velocidades. En correas de caucho, puede ser contraproducente su empleo en un ambiente con posibilidad de contaminación con aceite o con una temperatura superior a los 60ºC. Actualmente existen tres perfiles típicos para las correas dentadas: el flanco recto, parabólico y curvilíneo. La sencillez constructiva a determinado que el perfil recto sea el más divulgado, pero a la vez es el tipo de diente menos resistente porque sufre todo el empuje de la polea en la base del diente. Los perfiles curvilíneos y 5

6 parabólicos se caracterizan por una mejor distribución de la carga y una mayor capacidad de carga. Los parámetros principales de las correas dentadas son: longitud, paso y ancho, los cuales siempre deben ser tenidos presentes en la selección y cálculo de las transmisiones por correas dentadas. Las poleas de la transmisión se caracterizan por el número de dientes, diámetro primitivo, diámetro exterior y ancho de la polea. Cadenas de Rodillos: las cadenas de rodillos son un medio altamente eficiente y versátil de transmisión mecánica. Hasta la fecha, en el campo de las aplicaciones industriales la cadena de rodillos ha sido la de mayor difusión entre la variedad disponible de cadenas de transmisión. Este tipo de cadena, en su construcción más generalizada, esta compuesta por placas interiores y exteriores que se alternan sucesivamente y unidas entre si de forma articulada. Cada articulación de la cadena consta de un pasador en unión con la placa exterior, un casquillo que se encuentra unido a los agujeros de las placas interiores y por último el rodillo, que se encuentra montado con holgura en el casquillo, para disminuir el desgaste de los dientes de las ruedas y el propio casquillo. Durante el montaje de la cadena sus extremos se unen mediante eslabones desmontables complementarios, diferenciándose estos empalmes según la cantidad de eslabones sea un número par o impar. Es aconsejable emplear cadenas con un número par de eslabones, teniendo en cuenta que los eslabones de unión son más resistentes que los correspondientes a un número impar de eslabones. Las cadenas de rodillos para transmisión de potencia se fabrican en empresas o compañías especializadas en su producción y comercialización. Algunas de las más conocidas firmas productoras son las alemanas Iwis y Köbo, la italiana Regina, la inglesa Renold, la española Iris y las estadounidenses Rexnord, Link Belt y Diamond. Como característica de la resistencia mecánica de la cadena se utiliza la carga límite por rotura, cuya magnitud se determina mediante ensayos y pruebas en la fábrica constructora de cadenas y se reglamenta por las normas. Como parámetros geométricos principales de las cadenas de rodillos son identificados el paso y el ancho entre placas interiores. Las amplias posibilidades de dimensiones y capacidades de carga de las cadenas de rodillos ha permitido una amplia aplicabilidad en las transmisiones modernas según se observa en la siguiente tabla. En caso de grandes cargas y velocidades, para evitar pasos grandes, desfavorables en cuanto a las cargas dinámicas, se emplean cadenas de varias hileras de rodillos. Se componen de los mismos elementos que las de una hilera, sólo que sus ejes tienen una longitud aumentada. Las potencias a trasmitir y la carga límite por rotura de las cadenas de múltiples hileras son casi proporcional al número de ramales. Generalmente la cantidad de hileras de rodillos en las cadenas de múltiples ramales se selecciona entre 2 4. NORMALIZACIÓN INTERNACIONAL DE LAS CADENAS DE RODILLOS. Las posibilidades constructivas y dimensionales de las cadenas de rodillos creo desde un inicio la necesidad de normalizar las transmisiones por cadenas. Se ha planteado que los primeros intentos de normalizar las cadenas surge durante una reunión de la Sociedad de Ingenieros Automotrices (SAE) en Desde esa época hasta nuestros días la normalización de las transmisiones de cadenas de rodillos ha estado dirigida a establecer una homogeneidad en las dimensiones de las cadenas, caracterizada por relaciones dependientes del paso y el ancho entre las placas interiores. Las dimensiones de las cadenas han sido diferenciadas en dos series, reconocidas como la serie Americana, normalizada en ANSI Standard B , y la serie Europea. En la actualidad ambas series han sido recogidas en la segunda versión de la Norma Internacional ISO (la primera versión fue aprobada en 6

7 1982). En la mencionada Norma ISO, se reconocen las cadenas con dimensiones derivadas de ANSI con la letra A y aquellas cadenas con dimensiones representativas de la unificación de las normas originarias de Europa con la letra B. Otras normas nacionales reconocen esta diferenciación en las dimensiones de las cadenas según ambas series, ejemplo de ello son las normas alemanas DIN 8187 (serie europea) y DIN 8188 (serie americana). En los siguientes gráficos puede ser observado que las desigualdades dimensionales entre ambas series de cadenas solo son significativas en el diámetro del rodillo y el ancho interior para cadenas con pasos de 1½ (38,1 mm) y 1¾ (44,45mm). La más notable diferencia generalmente corresponde al mayor diámetro del pasador en la serie B, lo que garantiza una mayor área resistiva al desgaste, pero una menor carga límite de tracción. En la anterior tabla, el valor indicado de carga límite de tracción corresponde a la fuerza axial mínima de estirado, aplicada en una cadena de rodillos con al menos 5 eslabones, que durante las pruebas de resistencia provocó un incremento de su longitud sin un aumento de la carga aplicada (carga límite por deformación plástica). Tan importante como las dimensiones del eslabón en la cadena es la forma de cálculo y control de la longitud total de la cadena. Un simple análisis puede revelar que la longitud nominal de la cadena puede ser calculada como el producto de la cantidad de eslabones por el paso de la cadena, de forma tal que la comparación entre la longitud real de la cadena y su valor nominal puede indicar fácilmente el nivel de desgaste en sus articulaciones o el error de paso acumulado en la cadena. En la norma internacional ISO 606:1994, se establece el control de la longitud de la cadena recién construida mediante una fuerza de estirado que revela el correcto acoplamiento de los elementos participantes en las articulaciones, así como la calidad dimensional de los eslabones. Para ello, se recomienda que la longitud de cadena empleada en el control sea mayor que: 610 mm para cadenas comprendidas entre las denominaciones 05B y 12B (ver tabla 2.1); 1220 mm para cadenas comprendidas entre las denominaciones 16A y 48B (ver tabla 2.1). El tramo de cadena para el control de la longitud debe terminar en eslabones interiores (placas interiores, casquillo y rodillo), mediante los cuales, y empleando un enganche que permita un libre movimiento de rotación en el plano normal de la articulación, se le aplicará suavemente a la cadena una determinada fuerza de control en dependencia del paso de la cadena y la cantidad de hileras (ver tabla 2.2). En casos de cadenas nuevas no lubricadas, la longitud medida debe estar entre los límites del 0 % a 0,15% de la longitud nominal ( paso x cantidad de eslabones). Otras normas, como DIN 8187/8188, recomiendan una tolerancia de longitud en función del paso y la cantidad de eslabones, coincidiendo con la norma ISO en las tolerancias declaradas para 49 eslabones. ACCESORIOS Ruedas para cadenas de rodillos: la capacidad de trabajo de una transmisión por cadenas depende, en muy buena medida, de la calidad de las ruedas (sprockets) de la transmisión. La exactitud de fabricación de los dientes y su paso, el acabado de las superficies activas, el material empleado y el tratamiento térmico aplicado a los flancos de los dientes tienen una gran influencia en la durabilidad y buen funcionamiento de la transmisión. Las ruedas de transmisiones lentas (hasta 3 m/s), que no soportan cargas de choques, pueden ser construidas de hierro fundido con una resistencia a la tracción no menor de 210 MPa, pero indiscutiblemente, que la mayor difusión la alcanzan las ruedas fabricadas con aceros al carbono medio o aleados, donde son templados superficialmente los dientes hasta lograr durezas en flanco entre 45 y 55 HRC. Si fuera necesaria una elevada resistencia al desgaste, pueden emplearse ruedas elaboradas de acero cementables, que permita alcanzar a los 7

8 dientes durezas superficiales del orden de los 60 HRC mediante una capa de cementado de 1 a 1,5 mm de espesor. En casos de trabajos suaves, sin grandes cargas y con exigencias de bajo nivel de ruido, pueden hacerse las coronas dentadas de plásticos de fibras de vidrio y poliamidas23, lo que permite atenuar considerablemente el ruido y elevar la duración de las cadenas (debido a la reducción de las cargas dinámicas). Los dientes de las ruedas para cadenas de rodillo se elaboran con perfiles convexos, cóncavos, rectilíneos o combinados (generalmente rectilíneo convexo), a pesar que la experiencia muestra que el perfil cóncavo dispone de mayor resistencia al desgaste debido a que aporta una mayor longitud activa en el perfil del diente, es la forma convexa la más difundida en la actualidad por las facilidades tecnológicas de fabricación y se ha dejado el perfil cóncavo para los casos de transmisiones con elevadas velocidades periféricas. FÓRMULAS PARA EL CÁLCULO GEOMÉTRICO DE LAS RUEDAS DENTADAS DE CADENAS DE RODILLOS. Parámetros fundamentales: son: z : número de dientes (z1= número de dientes del piñón, z2= número de dientes de la catalina) p : paso de la cadena. dr: diámetro de los rodillos de la cadena. Pt : paso transversal Nhil : número de hileras. h2 : altura de la placa interior 8

9 9

10 FUNDAMENTOS TEORICOS DEL FUNCIONAMIENTO DE LA TRANSMISION POR CADENAS DE RODILLOS. 10

11 Las transmisiones por cadenas clasifican como transmisiones mecánicas por engranaje con enlace flexible, las cuales como podrá comprenderse, presentan varias de las ventajas de los engranajes y de las transmisiones por correas, cualidades que a los accionamientos por cadenas les han permitido una muy bien ganada posición dentro de las transmisiones con mayor empleo en el rango de medía potencia (hasta 100 kw) y bajas velocidades (10 m/s). A pesar de la dualidad de características antes mencionada, las transmisiones por cadenas presentan varios aspectos distintivos del restos de las transmisiones mecánicas que requieren de ellas un especial estudio. Irregularidad del Movimiento en las Transmisiones por Cadenas de Rodillos. A pesar de ser garantizado un movimiento de rotación uniforme en la rueda motriz y debido a que los eslabones de la cadena están situado en torno a la rueda dentada por los lados de un polígono, la velocidad real de la cadena no es constante y varía durante la entrada de un eslabón de la cadena en el engranaje con los dientes de la rueda. Cada eslabón arrastra la cadena al girar la rueda un paso angular ( 360ÿ / Z ), y luego cede el sitio al siguiente eslabón. En otras palabras, el movimiento de la cadena se determina por el de la articulación del eslabón que acaba de engranar con la rueda motriz y es adyacente al ramal conductor de la cadena. Esta variación de la velocidad en la cadena se manifiesta como fluctuaciones entre un valor mínimo y máximo. De esta forma, la cadena es alternativamente acelerada y desacelerada con significativa influencia en las cargas dinámicas. TRANSMISIÓN POR CORREAS Las transmisiones por correa, en su forma más sencilla, consta de una cinta colocada con tensión en dos poleas: una motriz y otra movida. Al moverse la cinta (correa) trasmite energía desde la polea motriz a la polea movida por medio del rozamiento que surge entre la correa y las poleas. 11

12 En la figura 1 son identificados los parámetros geométricos básicos de un transmisión por correas, siendo: 1 Polea menor. 2 Polea mayor. Ángulo de contacto en la polea menor. Ángulo de contacto en la polea mayor. a Distancia entre centros de poleas. d1 Diámetro primitivo de la polea menor. d2 Diámetro primitivo de la polea mayor. Durante la transmisión del movimiento, en un régimen de velocidad uniforme, el momento producido por las fuerzas de rozamiento en las poleas (en el contacto correa polea) será igual al momento motriz en el árbol conductor y al del momento resistivo en el árbol conducido. Cuanto mayor sea el tensado, el ángulo de contacto entre polea y correa, y el coeficiente de rozamiento, tanto mayor será la carga que puede ser trasmitida por el accionamiento de correas y poleas. Como puede ser comprendido, la transmisión por correa clasifica dentro de las transmisiones mecánicas con movimiento de rotación que emplean como fundamento básico, para dar continuidad al movimiento, la transmisión por rozamiento con un enlace flexible entre el elemento motriz y el movido. Esta particularidad le permite algunas ventajas que posibilitan recomendar las transmisiones por correas en usos específicos, como son: Posibilidad de unir el árbol conductor al conducido a distancias relativamente grandes. Funcionamiento suave, sin choques y silencioso. Facilidad de ser empleada como un fusible mecánico, debido a que presenta una carga límite de transmisión, valor que de ser superado produce el patinaje (resbalamiento) entre la correa y la polea. Diseño sencillo. Costo inicial de adquisición o producción relativamente bajo. Los inconvenientes principales de la transmisión por correa, que limitan su empleo en ciertos mecanismos y accionamientos son: Grandes dimensiones exteriores. Inconstancia de la relación de transmisión cinemática debido al deslizamiento elástico. Grandes cargas sobre los árboles y apoyos, y por consiguiente considerables pérdidas de potencia por fricción. Vida útil de la correa relativamente baja. CLASIFICACIÓN DE LAS TRANSMISIONES POR CORREAS. Gracias a la flexibilidad del elemento de tracción, la transmisión por correa admite una disposición relativamente arbitraria de los ejes de las poleas conductoras y conducidas, y un variado número de poleas en la transmisión. Una forma de clasificar la transmisión por correa esta basada en el esquema o disposición de las poleas y correas en el accionamiento. 12

13 En un accionamiento por correa, el órgano de tracción (correa de transmisión) es un elemento de suma importancia que determina la capacidad de trabajo de toda la transmisión. Las correas se distinguen por la forma de la sección transversal, por la construcción, material y tecnología de fabricación, pero el rasgo más importante que determina la construcción de las poleas y de toda la transmisión, es la forma de la sección transversal d e la correa. En función de la forma de la sección transversal, las correas de transmisión son clasificadas como: Correas planas. Correas trapeciales o en V. Correas redondas. Correas eslabonadas. Correas dentadas. Correas nervadas o Poly V. En la tabla 5, son comparados los tipos básicos de correas mediante variados criterios, que permiten apreciar las amplias posibilidades de empleo que ofrecen las diferentes correas en la industria actual. 13

14 TIPOS DE CORREAS TRAPECIALES. Los diferentes tipos fundamentales de correas trapeciales pueden ser divididos en: Según la relación ancho / altura [b / h]. Correas normales (clásicas)... b/h = 1,6 Correas estrechas... b/h = 1,2 Correas anchas (para variadores)... b/h = Según la forma de la sección transversal. Correas trapeciales. Correas hexagonales. Correas bandeadas. Según su construcción exterior. Correas con cubierta exterior (wrapped belt). Correas con flancos abiertos (Raw edge belt o Fan belt). De todos estos tipos son las correas normales y estrechas las de más variadas dimensiones en sus secciones, según diversas normas de países y fabricantes. A continuación se exponen algunas de las dimensiones normalizadas de los perfiles de correas trapeciales, siendo b el ancho superior de la sección y h la altura del perfil. 14

15 DESLIZAMIENTO ELÁSTICO EN LAS TRANSMISIONES POR CORREAS. El deslizamiento elástico surge como resultado de las deformaciones (estiramiento y acortamiento) que sufre la correa en el sentido longitudinal y acompaña el trabajo de la transmisión bajo carga. Este fenómeno es localizado en el contacto que se produce entre la correa y las poleas. Las investigaciones experimentales mostraron que en una transmisión que trabaja normalmente, el movimiento deslizante elástico no tiene lugar en toda la superficie de contacto de la correa con las poleas. En cada polea el ángulo de contacto á se divide en dos partes: en el ángulo de deslizamiento ádes y en el ángulo de reposo árep, en este último el deslizamiento elástico no se observa. TENSIÓN ESTÁTICA DE LA CORREA. En una transmisión por correa, con dimensiones establecidas y una adecuada cantidad de correas para el perfil seleccionado, el factor más importante que determina la capacidad de tracción de la transmisión es la tensión 15

16 estática de la correa, conocida también como tensión inicial, previa o de montaje de la correa. Por ello, el valor de tensión estática debe ser debidamente calculado en función de la potencia que se desea trasmitir en un accionamiento por correas, de forma tal, que sea empleada la tensión estática correcta, es decir aquella tensión más baja con la cual la correa no deslizará. Muchos operarios confían en su experiencia y no en métodos de control y cálculo del tensado correcto. Los métodos numéricos de cálculo del tensado tienen indiscutibles ventajas : ellos previenen la inexperiencia en operarios no expertos y evitan un excesivo o escaso tensado, permitiendo precisar la tensión de las correas en cada accionamiento; esto es mucho más importante en accionamientos modernos donde la capacidad de carga de las correas es cada vez mayor. Debe ser conocido que una: Tensión escasa : Puede causar un intenso deslizamiento que puede provocar un desgaste excesivo de la cubierta, puntos de combustión y sobre calentamiento de la correa. Tensión excesiva : Puede causar un sobrecalentamiento en la correa, debido a un incremento de la fricción interna en la correa por el aumento de las tensiones normales, y un estiramiento excesivo así como daño a los componentes de la transmisión (árboles, poleas y cojinetes) por sobrecarga. El cálculo del tensado de forma numérica consiste en: Determinar la tensión estática que garantice un tensado correcto cuando la transmisión esta trabajando. Determinar los parámetros de control de la tensión estática, de forma tal que sea ajustada su valor exacto. Ecuación de Tensión Estática. En una correa montada en las poleas, y que conserve la misma longitud total, el alargamiento de uno de los ramales provoca el acortamiento del otro en la misma magnitud. Dicho con otras palabras, el aumento de la tensión en un ramal hace que disminuya respectivamente la tensión en el otro, mientras que la suma de las tensiones (fuerzas) se mantiene constante. Esto puede ser expresado como: BANDAS. Las bandas se utilizan de ordinario para transmitir potencia entre dos ejes paralelos. Tales ejes deben estar situados a cierta distancia mínima, dependiendo del tipo de banda utilizada, para trabajar con la mayor eficiencia. Las bandas tienen las siguientes características: Pueden utilizarse para grandes distancias entre centros. Debido a los efectos de deslizamiento y esturado que se producen en las bandas, la razón entre las velocidades angulares de los dos ejes no es constante, ni exactamente igual a la razón entre los diámetros de las poleas. 16

17 Cuando se utilizan bandas planas puede obtenerse acción de embrague si se pasa la banda de una polea libre a una polea de fuerza. Cuando se emplean bandas en V o trapeciales es posible obtener alguna variación en la variación en la relación de velocidad angular, si se emplea una polea menor con lados cargas por resortes. Por tanto, el diámetro de la polea es función de la tensión de la banda y puede modificársele cambiando la distancia entre centros. Generalmente es necesario algún ajuste de esta distancia cuando se utilizan las bandas. El ejemplo de poleas escalonadas es un medio económico para cambiar la relación de velocidad. TIPOS DE BANDAS. Bandas planas. Generalmente, las bandas planas están hechas de cuero curtido con corteza de roble, o de tela, como de algodón o rayón, impregnada de caucho o hule. Tienen su mayor aplicación donde las distancias entre centros son bastante grandes. Debido a la acción de embrague que puede obtenerse y a su adaptabilidad a distancias relativamente grandes, las bandas planas son muy útiles en instalaciones de transmisión de potencia o grupos de máquinas. Debido a la conveniencia y mejor aspecto de las unidades de impulso individual, la mayor parte de las máquinas impulsadas que se fabrican actualmente tienen su propia unidad impulsora. Sin embargo, las bandas planas son muy eficientes para altas velocidades, pueden transmitir grandes potencias, son muy flexibles, no requieren poleas de gran diámetro y pueden transmitir potencia al otro lado de una esquina. Bandas V ( o de sección trapecial ). Están hechas de tela y cuerdas, generalmente de algodón o de rayón, impregnadas de cauchos. A diferencias de las bandas planas, las bandas V pueden trabajar con poleas más pequeñas y a distancias entre centros más cortas. Además, cierto número de ellas puede utilizarse en una sola polea, constituyendo así una transmisión múltiple. Como son de una pieza se elimina de ellas la junta que tiene que hacerse en las bandas planas. Banda V eslabonada. Se compone de un gran número de eslabones de tela impregnada de goma unidos por sujetadores de metal apropiado. Este tipo de bandas puede abrirse en cualquier punto y ajustarse a una longitud determinada quitando alguno de los eslabones. Lo anterior elimina la necesidad de distancia ajustable entre centros y simplifica la instalación. Permite cambiar la tensión para obtener la eficiencia máxima, y también reduce el inventario de tamaños de bandas que abrían de tenerse en existencia en el almacén. Banda sincronizante. Es una banda patentada, hecha de tela impregnada de goma o caucho y alambres de acero; está provista de dientes que se ajustan a ranuras formadas en la periferia de las poleas. Las bandas sincronizantes no se estiran ni resbalan y, en consecuencia, transmite potencia con relación constante de velocidad angular. El hecho de que la banda sea dentada proporciona varias ventajas sobre las bandas ordinarias. Una de ellas es que no necesitara tensión inicial, de modo que pueden utilizarse transmisiones de centros fijos. Otra es que se elimina la restricción de las velocidades; los dientes hacen posible que se pueda mover la banda a casi cualquier velocidad, baja o alta. Las desventajas son: el costo inicial de la banda y la necesidad de ranurar las poleas. TRANSMISIONES DE BANDAS PLANAS. Los materiales utilizados para bandas planas son telas o cuerdas impregnadas de caucho ( o hule ), por separado o en combinación, plásticos o cauchos reforzados y cuero. Algunos de estos materiales pueden empalmarse para obtener el tamaño de lazo deseado, en tanto que otros se fabrica de una pieza. Las bandas de 17

18 cuero pueden transmitir grandes potencias a velocidades moderadas para una larga duración, pero pueden sufrir estiramiento o contracción y son costosas. Las bandas de plástico y de caucho reforzado pueden soportar cargas de potencia hasta 3 Kw por milímetro de anchura de la banda, a velocidades de hasta 200 m / seg. Otros factores que influyen en la selección de los materiales para bandas son la confiabilidad y la duración o vida deseada, los tamaños de poleas y el costo. La siguiente figura ilustra transmisiones de bandas normales y cruzadas y presenta las formulas para calcular el ángulo de contacto y la longitud total de banda L en cada caso. Cuando se utiliza una disposición de banda normal horizontal, la impulsora debe girar de modo que el lado flojo quede en la parte superior. Esto da un ángulo de contacto mayor en ambas poleas. Cuando la transmisión es vertical o la distancia entre centros es corta puede obtenerse un ángulo de contacto mayor utilizando una polea loca de tensión o polea tensora. CABLES METÁLICOS El cable metálico de alambre se fabrica en dos tipos de torcido, como se indica en la figura. El torcido normal, que es el estándar, los alambres están torcidos en un sentido para formar los cordones o torones, y estos se tuercen en sentido contrario para formar el cable. En el cale terminado los alambres quedan visiblemente paralelos al eje geométrico del cable. En los cables de torcido normal no se forman dobleces ni se destuercen, y son vaciles de manejar. Los cables de torcido Lang tienen los alambres en cada torón y los torones del cable torcidos en el mismo sentido; por fuera, los alambres se ven en dirección diagonal a través del cable. Este tipo de cable es más resistente al desgaste por abrasión y a la falla por fatiga que los de torción normal, pero tienen más tendencia a formar cocas y destorcerse. Los cables estándares se hacen con alma de cáñamo, que soporta y sirve para lubricar los torones. Cuando los cables están sometidos a calor, deben utilizarse los de centro de acero o de centro de torón de alambre. Los cables metálicos se designan, por ejemplo, como cable de arrastre de 1 1/8 de pulgadas, 6 * 7. El primer número es el diámetro del cable, el segundo y el tercero son el número de torones y el número de alambres en cada torón, respectivamente. El área transversal de metal en cables de izar y de arrastre estándares, es: Cuando un cable metálico pasa alrededor de una polea se produce cierto acomodo de sus elementos. Cada uno den los alambres y torones debe deslizar uno sobre otro y, presumiblemente, ocurre alguna flexión. Es probable que en esta acción compleja se produzca cierta concentración de esfuerzos. El esfuerzo en uno de los alambres de un cable que pasa sobre una polea puede calcularse en la forma siguiente: de la mecánica de sólidos se tiene: O también Donde las cantidades tienen su significado usual. Eliminando M y despejando el esfuerzo queda: Para el radio de curvatura r, puede introducirse el radio de la polea; es decir, D / 2. así mismo, Donde dw es el diámetro de un alambre. Esta situación da como resultado que: En esta ecuación es el esfuerzo por flexión en cada alambre y E el modulo de elasticidad del cable ( no de los alambres ). El diámetro de la polea se representará por D. 18

19 Tratándose de elevadores y montacargas o malacates de minas D / dw se toma generalmente de 800 a Si la relación fuese menor que 200 las cargas pesadas ocasionarían frecuentemente deformación permanente en un cable. Un cable de alambre puede fallar si la carga estática excede la resistencia última del cable. Una falla de esta naturaleza generalmente no es culpa del diseñador, sino más bien del operario, al permitir que el cable sea sometido a cargas para las cuales no fue diseñada. Por otra parte, los cables fallan debido al desgaste abrasivo y a la fatiga. Una falla por fatiga se manifiesta primero como unos cuantos alambres rotos de la parte exterior del cable. El examen de los alambres no revela ninguna contracción apreciable de la sección transversal. Por tanto, la falla es de naturaleza frágil e imputable a la fatiga. La presión en la garganta de una polea esta dada por la ecuación: Donde: F = fuerza de tensión en el cable. d = diámetro del cable. D = diámetro de la polea. La figura anterior es una gráfica que indica la relación entre la razón de la presión a la resistencia última del alambre y la vida del cable. En la gráfica se aprecia fácilmente que no es probable que falle por fatiga si la razón p / Su es menor que 0,001. La sustitución de esta relación en la formula ( de p ) da: Donde: Su = es la resistencia última del alambre en kip / pulg2. Esta resistencia varía considerablemente, pues depende del diámetro del alambre y del tipo de material. BIBLIOGRAFÍA Shigley, J. E., Machine Design, New York, Joh. Winklhofer & Söhne, Iwis Chains. Chain Engineering. München, 1994 Bell, D., Belt and Chain Drives: An Overview. Power Transmission Design, Vol. 28, No.7, July Berg, W., Plastic chain and belts simplify miniature drives, Power Transmission Design, Agosto, Sedis Company, Ltd., Principal productos (catalogo técnico), Troyes, Francia, Transmisión S.A., Tsubaki Chain Products (catalogo técnico), Madrid, CONCLUSION De acuerdo a lo obtenido en el trabajo anterior, hemos llegado a una conclusion de que los elementos flexibles de maquinas, son muy importantes y a la vez muy practicos de usar, ya que dichos elementos constituyen a una familia de generadores de movimiento. A la hora de usar dichos elementos, estariamos en ventaja con 19

20 respecto al tiempo y al trabajo que deseamos realizar. Un aspecto importante dentro de esta familia, es la flexibilidad que estas poseen, ya que podemos levantar, mover y disipar un cuerpo de tal manera que se nos hace muy facil y comodo y a su vez, son elementos escenciales de un movimiento en una maquina. Tambien estos elementos se caracterizan por no ser todos generadores de todo tipo de movimiento, ahí que seleccionar un elemento idoneo para según el trabajo que se vaya a realizar, no todos pueden hacer la misma funcion, existen diferencias muy importantes en ellos. OBJETIVOS GENERAL: Desarrollar un estudio para el conocimientos de elementos flexibles existentes para generar movimiento. ESPECIFICOS: Conocer y estudiar los elementos flexibles generadores de movimiento. Verificar las condiciones para seleccionar el tipo de generador de movimiento. Establecer diferencias entre los elementos flexibles. Aplicar en situaciones especificas, los elementos flexibles para un movimiento. Am = 0,38 * d M = El r M = l c = Ec r C = Dw 2 = E dw D p = 2F dd 20

21 Su = 2F dd 21