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Transmisión por cadena

Cadena de rodillos y piñón La transmisión por cadena es un sistema para transmitir potencia mecánica de un lugar a otro. Se utiliza frecuentemente para transmitir potencia a las...

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Cadena de rodillos y piñón

La transmisión por cadena es un sistema para transmitir potencia mecánica de un lugar a otro. Se utiliza frecuentemente para transmitir potencia a las ruedas de vehículos, especialmente bicicletas y motocicletas . También se emplea en una amplia variedad de máquinas, además de vehículos.

Generalmente, la potencia se transmite mediante una cadena de rodillos , conocida como cadena motriz o de transmisión , [ 1 ] que pasa sobre una rueda dentada , cuyos dientes engranan con los orificios de los eslabones de la cadena. Al girar la rueda dentada, se tira de la cadena, generando fuerza mecánica en el sistema. Otro tipo de cadena motriz es la cadena Morse, inventada por la Morse Chain Company de Ithaca, Nueva York , Estados Unidos. Esta tiene dientes invertidos. [ 2 ]

A veces, la potencia se genera simplemente haciendo girar la cadena, lo que permite levantar o arrastrar objetos. En otras ocasiones, se añade un segundo engranaje y la potencia se recupera acoplando ejes o bujes a este. Si bien las cadenas de transmisión suelen ser simples bucles ovalados, también pueden sortear curvas añadiendo más de dos engranajes. Los engranajes que no introducen ni transmiten potencia al sistema se conocen generalmente como ruedas tensoras . Al variar el diámetro de los engranajes de entrada y salida, se puede modificar la relación de transmisión . Por ejemplo, cuando el engranaje de los pedales de la bicicleta gira una vez, el engranaje que impulsa las ruedas gira más de una vuelta. Las cadenas dúplex son otro tipo de cadena, que consiste esencialmente en dos cadenas unidas lateralmente, lo que permite transmitir mayor potencia y par motor.

Historia

La ilustración más antigua conocida de una transmisión de potencia por cadena sin fin , del libro de Su Song del año 1092 d.C., que describe su torre del reloj de Kaifeng.
Boceto de una cadena articulada con pasadores de Leonardo da Vinci.

La aplicación más antigua conocida de una transmisión por cadena aparece en el Polybolos , descrito por el ingeniero griego Filón de Bizancio (siglo III a. C.). Dos cadenas de eslabones planos estaban conectadas a un cabrestante , que al girar hacia adelante y hacia atrás disparaba automáticamente las flechas de la máquina hasta que se vaciaba su cargador. [ 3 ] Aunque el dispositivo no transmitía potencia de forma continua, ya que las cadenas "no transmitían potencia de eje a eje, y por lo tanto no estaban en la línea directa de ascendencia de la transmisión por cadena propiamente dicha", [ 4 ] el diseño griego marca el comienzo de la historia de la transmisión por cadena, ya que "no se conoce ningún ejemplo anterior de una leva de este tipo, y no se conoce ninguno tan complejo hasta el siglo XVI". [ 3 ] Es aquí donde la cadena de eslabones planos, a menudo atribuida a Leonardo da Vinci , [ 5 ] hizo su primera aparición. [ 3 ]

El primer sistema de transmisión por cadena continua y sin fin fue descrito originalmente en el tratado de relojería escrito durante la dinastía Song por el polímata, matemático y astrónomo chino medieval Su Song (1020-1101 d. C.), quien lo utilizó para operar la esfera armilar de su torre del reloj astronómico , que es el primer reloj astronómico, [ 6 ] así como las figuras del reloj que indicaban la hora del día mediante el golpeteo mecánico de gongs y tambores. [ 7 ] La ​​transmisión por cadena convertía el movimiento rotatorio en movimiento rectilíneo y recibía energía a través del sistema hidráulico del tanque de agua y la rueda hidráulica del reloj de Su, esta última actuando como un gran engranaje . [ 8 ]

Alternativas

Transmisión por correa

La mayoría de los sistemas de transmisión por cadena utilizan dientes para transferir el movimiento entre la cadena y los rodillos. Esto resulta en menores pérdidas por fricción que los sistemas de transmisión por correa , que a menudo dependen de la fricción para transmitir el movimiento.

Si bien las cadenas pueden fabricarse más resistentes que las correas, su mayor masa aumenta la inercia del sistema de transmisión .

Las cadenas de transmisión suelen ser de metal, mientras que las correas suelen ser de caucho, plástico, uretano u otros materiales. Si la cadena de transmisión es más pesada que una correa equivalente, el sistema tendrá mayor inercia . En teoría, esto puede generar un mayor efecto de volante de inercia ; sin embargo, en la práctica, la inercia de la correa o la cadena suele representar una pequeña proporción de la inercia total del sistema de transmisión.

One problem with roller chains is the variation in speed, or surging, caused by the acceleration and deceleration of the chain as it goes around the sprocket link by link. It starts as soon as the pitch line of the chain contacts the first tooth of the sprocket. This contact occurs at a point below the pitch circle of the sprocket. As the sprocket rotates, the chain is raised up to the pitch circle and is then dropped down again as sprocket rotation continues. Because of the fixed pitch length, the pitch line of the link cuts across the chord between two pitch points on the sprocket, remaining in this position relative to the sprocket until the link exits the sprocket. This rising and falling of the pitch line is what causes chordal effect or speed variation.[9]

In other words, conventional roller chain drives suffer the potential for vibration, as the effective radius of action in a chain and sprocket combination constantly changes during revolution ("Chordal action"[10]). If the chain moves at constant speed, then the shafts must accelerate and decelerate constantly. If one sprocket rotates at a constant speed, then the chain (and probably all other sprockets that it drives) must accelerate and decelerate constantly. This is usually not an issue with many drive systems; however, most motorcycles are fitted with a rubber bushed rear wheel hub to virtually eliminate this vibration issue. Toothed belt drives are designed to limit this issue by operating at a constant pitch radius[11]).

Chains are often narrower than belts, and this can make it easier to shift them to larger or smaller gears in order to vary the gear ratio. Multi-speed bicycles with derailleurs make use of this. Also, the more positive meshing of a chain can make it easier to build gears that can increase or shrink in diameter, again altering the gear ratio. However, some newer synchronous belts claim to have "equivalent capacity to roller chain drives in the same width".[12]

Both can be used to move objects by attaching pockets, buckets, or frames to them; chains are often used to move things vertically by holding them in frames, as in industrial toasters, while belts are good at moving things horizontally in the form of conveyor belts. It is not unusual for the systems to be used in combination; for example the rollers that drive conveyor belts are themselves often driven by drive chains.

Drive shafts

Los ejes de transmisión son otro método común para transmitir potencia mecánica, que a veces se compara con la transmisión por cadena. En particular, la elección entre transmisión por correa, cadena o eje es una decisión clave en el diseño de la mayoría de las motocicletas. Los ejes de transmisión suelen ser más resistentes y fiables que la transmisión por cadena, pero los engranajes cónicos generan mucha más fricción. Por esta razón, prácticamente todas las motocicletas de alto rendimiento utilizan transmisión por cadena, mientras que los sistemas de transmisión por eje se emplean generalmente en motocicletas no deportivas. Las transmisiones por correa dentada se utilizan en algunos modelos (no deportivos).

Uso en vehículos

bicicletas

La transmisión por cadena fue la principal característica que diferenció la bicicleta de seguridad introducida en 1885, con sus dos ruedas del mismo tamaño, de la bicicleta de rueda alta o " penny-farthing " de transmisión directa . La popularidad de la bicicleta de seguridad con transmisión por cadena provocó la desaparición de la rueda alta y sigue siendo una característica básica del diseño de bicicletas en la actualidad.

automóviles

Austin de 1906 - vista en planta
Austin de 1906 - vista lateral

Muchos de los primeros automóviles utilizaban un sistema de transmisión por cadena, una alternativa popular al sistema Panhard . Un diseño común consistía en un diferencial ubicado cerca del centro del vehículo, que transmitía la potencia al eje trasero mediante cadenas de rodillos. Este sistema permitía un diseño relativamente sencillo que podía acomodar el movimiento vertical del eje asociado con la suspensión trasera .

Frazer Nash fue un firme defensor de este sistema, que utilizaba una cadena por marcha seleccionada mediante embragues de garras . Su sistema de transmisión por cadena (diseñado para la GN Cyclecar Company ) era muy eficaz, permitiendo cambios de marcha rápidos. Este sistema se utilizó en muchos coches de carreras de las décadas de 1920 y 1930. El último automóvil popular con transmisión por cadena fue el Honda S600 de la década de 1960. [ 13 ]

motocicletas

La elección entre la transmisión por cadena, la transmisión por correa o el uso de un eje de transmisión es una decisión de diseño fundamental en el diseño de motocicletas; casi todas las motocicletas utilizan uno de estos tres diseños.

Véase también

Referencias

  1. ↑ Manual de maquinaria (1996) , págs. 2337–2361.
  2. ↑ First Directory Ltd. "First Directory Ltd – 1.º en información empresarial" . 1stdirectory.com . Archivado del original el 27/11/2007 . Consultado el 01/02/2008 .{{cite web}}: |author=tiene nombre genérico ( ayuda )
  3. 1 2 3 Werner Soedel, Vernard Foley: Catapultas antiguas , Scientific American , vol. 240, n.º 3 (marzo de 1979), págs. 124-125
  4. ↑ Needham, Joseph (1986). Ciencia y civilización en China: Volumen 4, Parte 2, Ingeniería mecánica . Cave Books, Ltd. Página 109.
  5. ↑ En el siglo XVI, Leonardo da Vinci realizó bocetos de lo que parece ser la primera cadena de hierro articulada con pasadores. Estas cadenas probablemente fueron diseñadas para transmitir fuerza de tracción, no de enrollamiento, ya que constan únicamente de placas y pasadores y tienen herrajes metálicos. Sin embargo, el boceto de Da Vinci sí muestra un rodamiento de rodillos. Tsubakimoto Chain Co. , ed. (1997). The Complete Guide to Chain . Kogyo Chosaki Publishing Co., Ltd. p. 240. ISBN  0-9658932-0-0pág. 211. Consultado el 17 de mayo de 2006 .
  6. ↑ "El reloj de Su Song" .
  7. ↑ Needham, Joseph (1986). Ciencia y civilización en China: Volumen 4, Parte 2, Ingeniería mecánica . Cave Books, Ltd. Páginas 111, 165, 456–457.
  8. ↑ Needham, Joseph (1986). Ciencia y civilización en China: Volumen 4, Física y tecnología física, Parte 2, Ingeniería mecánica . Taipéi: Caves Books Ltd, págs. 445 y 448, 469–471.
  9. ↑ Esto se debe a que las cadenas tienen una longitud de paso y solo pueden doblarse en el punto de paso. Tsubakimoto Chain Co. , ed. (1997). The Complete Guide to Chain . Kogyo Chosaki Publishing Co., Ltd. p. 240. ISBN  0-9658932-0-0Consultado el 24 de marzo de 2020 .
  10. ↑ 2.2.1 Acción de cuerda: Observará que la posición en la que la cadena y los piñones engranan fluctúa, y la cadena vibra junto con esta fluctuación. Tsubakimoto Chain Co. , ed. (1997). The Complete Guide to Chain . Kogyo Chosaki Publishing Co., Ltd. p. 240. ISBN  0-9658932-0-0Consultado el 24 de marzo de 2020 .
  11. ↑ Pero en los sistemas de correa dentada, la acción de cuerda se produce por círculo y cuerda, al igual que en las cadenas. Generalmente, este efecto es inferior al 0,6 por ciento, pero cuando se combina con la desviación del centro de la polea y los errores de paso de la correa o de la polea, puede llegar a ser del 2 al 3 por ciento. Tsubakimoto Chain Co. , ed. (1997). The Complete Guide to Chain . Kogyo Chosaki Publishing Co., Ltd. p. 240. ISBN  0-9658932-0-0Consultado el 24 de marzo de 2020 .
  12. ↑ "Correas de carbono Poly Chain GT – Gates Corporation" . gates.com .
  13. ↑ "Honda concentra grandes ideas en la pequeña S600" . Petrolicious. 6 de mayo de 2013. Consultado el 16 de noviembre de 2019 .
  14. ↑ M, Saif (17 de agosto de 2021). "TRANSMISIONES POR CADENA Y TIPOS DE CADENAS" . Publicación de The Engineers . Archivado del original el 21 de abril de 2021.

Bibliografía

  • Oberg, Erik; Jones, Franklin D.; Horton, Holbrook L.; Ryffel, Henry H. (1996), Green, Robert E.; McCauley, Christopher J. (eds.), Machinery's Handbook (25.ª  ed.), Nueva York: Industrial Press , ISBN 978-0-8311-2575-2, OCLC 473691581 . 
  • Needham, Joseph (1986). Ciencia y civilización en China: Volumen 4, Química y tecnología química, Parte 2, Ingeniería mecánica . Taipéi: Caves Books Ltd.
  • Sclater, Neil. (2011). «Dispositivos y mecanismos de cadena y correa». Manual de mecanismos y dispositivos mecánicos. 5.ª ed. Nueva York: McGraw Hill. págs.  262-277. ISBN 9780071704427Dibujos y diseños de diversos accionamientos.
  • La guía completa para la cadena
  • Explicación de la cadena primaria y la cadena de transmisión de la motocicleta