Cadena de rodillos

La cadena de rodillos o cadena de rodillos con casquillos es el tipo de transmisión por cadena más utilizado para la transmisión de potencia mecánica en muchos tipos de maquinaria doméstica, industrial y agrícola, incluyendo cintas transportadoras , máquinas de trefilado de alambre y tubos , imprentas , automóviles , motocicletas y bicicletas . Consta de una serie de rodillos cilíndricos cortos unidos por eslabones laterales. Es accionada por una rueda dentada llamada piñón . Es un medio de transmisión de potencia simple, fiable y eficiente ^{[ 1 ] .}

Bocetos de Leonardo da Vinci del siglo XVI muestran una cadena con un rodamiento de rodillos . ^{[ 2 ]} En 1800, James Fussell patentó una cadena de rodillos al desarrollar su cerradura de equilibrio ^{[ 3 ]} y en 1880 Hans Renold patentó una cadena de rodillos con buje. ^{[ 4 ]}

En la cadena de rodillos con bujes , existen dos tipos de eslabones que se alternan . El primer tipo son los eslabones internos, que constan de dos placas internas unidas por dos casquillos o bujes sobre los que giran dos rodillos. Estos eslabones internos se alternan con el segundo tipo, los eslabones externos, que consisten en dos placas externas unidas por pasadores que atraviesan los casquillos de los eslabones internos. La cadena de rodillos "sin bujes" funciona de forma similar, aunque su construcción es diferente; en lugar de casquillos o casquillos separados que unan las placas internas, la placa tiene un tubo estampado que sobresale del orificio y que cumple la misma función. Esto tiene la ventaja de eliminar un paso en el montaje de la cadena.

El diseño de cadena de rodillos reduce la fricción en comparación con diseños más simples, lo que resulta en una mayor eficiencia y menor desgaste. Las variedades originales de cadenas de transmisión de potencia carecían de rodillos y bujes, con las placas interiores y exteriores sujetas por pasadores que contactaban directamente con los dientes de la rueda dentada ; sin embargo, esta configuración presentaba 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 con el desarrollo de cadenas con bujes, donde los pasadores que sujetaban las placas exteriores pasaban a través de bujes o manguitos que conectaban las placas interiores. Esto distribuía el desgaste sobre un área mayor; sin embargo, los dientes de las ruedas dentadas seguían desgastándose más rápidamente de lo deseado debido a la fricción por deslizamiento contra los bujes. La adición de rodillos alrededor de los manguitos de los bujes de la cadena proporcionó un contacto rodante con los dientes de las ruedas dentadas, lo que resultó en una excelente resistencia al desgaste tanto de las ruedas dentadas como de la cadena. Incluso se logra una fricción muy baja, siempre que la cadena esté suficientemente lubricada. La lubricación continua y limpia de las cadenas de rodillos es de suma importancia para un funcionamiento eficiente, al igual que el tensado correcto. ^{[ 5 ]}

Muchas cadenas de transmisión (por ejemplo, en equipos de fábrica o en el accionamiento de un árbol de levas dentro de un motor de combustión interna) operan en entornos limpios, por lo que las superficies de desgaste (es decir, los pasadores y los casquillos) están protegidas de la precipitación y la suciedad en suspensión, muchas incluso en un entorno sellado como un baño de aceite. Algunas cadenas de rodillos están diseñadas con juntas tóricas integradas en el espacio entre la placa exterior del eslabón y las placas interiores del rodillo. Los fabricantes de cadenas comenzaron a incluir esta característica en 1971, después de que Joseph Montano la inventara mientras trabajaba para Whitney Chain de Hartford, Connecticut. Las juntas tóricas se incluyeron para mejorar la lubricación de los eslabones de las cadenas de transmisión de potencia, un servicio de vital importancia para prolongar su vida útil. Estas juntas de goma forman una barrera que retiene la grasa lubricante aplicada en fábrica dentro de las zonas de desgaste de los pasadores y los casquillos. Además, las juntas tóricas de goma impiden que la suciedad y otros contaminantes entren en los eslabones de la cadena, donde dichas partículas causarían un desgaste significativo. ^{[ 6 ]}

También existen muchas cadenas que deben operar en condiciones sucias y que, por su tamaño o por razones operativas, no pueden sellarse. Algunos ejemplos son las cadenas de maquinaria agrícola , bicicletas y motosierras . Estas cadenas, por lo tanto, presentan un desgaste relativamente elevado.

Muchos lubricantes a base de aceite atraen la suciedad y otras partículas, formando finalmente una pasta abrasiva que agrava el desgaste de las cadenas. Este problema puede reducirse mediante el uso de un aerosol de PTFE "seco" , que forma una película sólida tras su aplicación y repele tanto las partículas como la humedad. ^{[ 7 ]}

Si la cadena no se utiliza en aplicaciones de alto desgaste (por ejemplo, si solo transmite movimiento desde una palanca manual a un eje de control en una máquina o una puerta corredera en un horno), entonces se puede utilizar uno de los tipos de cadena más simples. Por el contrario, cuando se requiere mayor resistencia pero la transmisión suave de un paso menor, la cadena puede ser "siamesed"; en lugar de solo dos filas de placas en los lados exteriores de la cadena, puede haber tres ("dúplex"), cuatro ("tríplex") o más filas de placas que corren en paralelo, con bujes y rodillos entre cada par adyacente, y el mismo número de filas de dientes que corren en paralelo en las ruedas dentadas para que coincidan. Las cadenas de distribución en los motores de automóviles, por ejemplo, suelen tener varias filas de placas llamadas hilos.

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 , mientras que el último dígito es 0 para cadena estándar, 1 para cadena ligera y 5 para cadena con bujes sin rodillos. Así, una cadena con paso de media pulgada es una No. 40, mientras que una rueda dentada No. 160 tiene dientes espaciados a 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 aleado , 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 nylon o latón por la misma razón.

La cadena de rodillos se conecta normalmente mediante un eslabón maestro (también conocido como "eslabón de conexión"), que generalmente tiene un pasador sujeto por una abrazadera en forma de herradura en lugar de un ajuste por fricción, lo que permite insertarlo o extraerlo con herramientas sencillas. La cadena con un eslabón o pasador extraíble también se conoce como "cadena con chaveta", lo que permite ajustar su longitud. Existen medios eslabones (también conocidos como "desplazamientos") que se utilizan para aumentar la longitud de la cadena en un solo rodillo. La cadena de rodillos remachada tiene el eslabón maestro (también conocido como "eslabón de conexión") remachado o fijado a presión en los extremos. Estos pasadores están diseñados para ser duraderos y no son extraíbles. ^{[ 10 ]}

• Las cadenas de rodillos se utilizan en transmisiones de baja a media velocidad, a unos 600 a 800 pies por minuto; sin embargo, a velocidades más altas, de unos 2000 a 3000 pies por minuto, normalmente se utilizan correas trapezoidales debido a problemas de desgaste y ruido.
• La cadena de una bicicleta es una cadena de rodillos. Puede tener un eslabón maestro o requerir una herramienta especial para su instalación y desmontaje. En la mayoría de las motocicletas se utiliza una cadena similar, pero más grande y, por lo tanto, más resistente , aunque a veces se sustituye por una correa dentada o una transmisión por eje , que ofrecen un menor nivel de ruido y requieren menos mantenimiento.
• La cadena de distribución es una cadena de rodillos que se utiliza en algunos motores de combustión interna para accionar el árbol de levas . Los motores de muy alto rendimiento suelen utilizar transmisión por engranajes, y a partir de principios de la década de 1960 algunos fabricantes comenzaron a usar correas dentadas .

• El avión de despegue vertical Harrier utiliza una cadena de rodillos accionada por un motor neumático para hacer girar las toberas de sus motores y crear así su singular sistema de propulsión de " vectorización de empuje ", que apunta hacia abajo para el vuelo estacionario y hacia atrás para el vuelo normal hacia adelante.

El desgaste de una cadena de rodillos provoca un aumento del paso (distancia entre los eslabones), lo que alarga la cadena. Cabe destacar que esto se debe al desgaste de los pasadores y casquillos de pivote, y no al estiramiento del metal (como ocurre con algunos componentes de acero flexibles, como el cable del freno de mano de un vehículo).

Con las cadenas modernas, es raro que una cadena (excepto la de una bicicleta) se desgaste hasta romperse, ya que una cadena desgastada provoca un rápido desgaste en los dientes de los piñones, llegando a la pérdida total de estos. Los piñones (en particular el más pequeño) sufren un movimiento de fricción que crea una característica forma de gancho en la cara de contacto de los dientes. (Este efecto se agrava con una tensión incorrecta de la cadena, pero es inevitable por mucho cuidado que se tenga). Los dientes (y la cadena) desgastados ya no proporcionan una transmisión de potencia fluida, lo que puede manifestarse en ruido, vibraciones o (en motores de automóviles con cadena de distribución) variaciones en el avance del encendido observadas con una lámpara estroboscópica . En estos casos, se deben reemplazar tanto los piñones como la cadena, ya que una cadena nueva en piñones desgastados no durará mucho. Sin embargo, en casos menos graves, puede ser posible conservar el piñón más grande, ya que siempre es el más pequeño el que sufre mayor desgaste. Solo en aplicaciones de peso muy ligero, como una bicicleta, o en casos extremos de tensión inadecuada, la cadena normalmente se saldrá de los piñones.

El alargamiento debido al desgaste de una cadena se calcula mediante la siguiente fórmula:

${\displaystyle \%=((M-(S*P))/(S*P))*100}$

M = la longitud de un número de eslabones medidos

S = el número de enlaces medidos

P = Tono

En la industria, es habitual controlar el movimiento del tensor de la cadena (ya sea manual o automático) o la longitud exacta de la 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 una transmisión de centro fijo). Un método más sencillo, especialmente adecuado para ciclistas o motociclistas, consiste en intentar separar la cadena del piñón más grande, asegurándose de que esté tensa. Cualquier movimiento significativo (por ejemplo, que permita ver a través de un hueco) probablemente indica que la cadena está desgastada hasta el límite o incluso más allá. Si se ignora el problema, se producirán daños en el piñón. El desgaste del piñón contrarresta este efecto y puede enmascarar el desgaste de la cadena.

La medida más común de la resistencia de una cadena de rodillos es la resistencia a la tracción . Esta representa la carga máxima que una cadena puede soportar bajo una carga puntual antes de romperse. Tan importante como la resistencia a la tracción es la resistencia a la fatiga de la cadena. Los factores críticos que influyen en la resistencia a la fatiga de una cadena son la calidad del acero utilizado en su fabricación, el tratamiento térmico de sus componentes, la calidad de la fabricación de los orificios de paso de las placas de eslabón y el tipo de granallado, así como la intensidad de la cobertura de granallado en las placas. Otros factores pueden incluir el grosor y el diseño (contorno) de las placas de eslabón. La regla general para cadenas de rodillos que operan en transmisión continua es que la carga de la cadena no supere 1/6 o 1/9 de su resistencia a la tracción, según el tipo de eslabones maestros utilizados (ajuste a presión o ajuste deslizante) . Las cadenas de rodillos que operan en transmisión continua por encima de estos umbrales pueden fallar, y generalmente fallan, prematuramente debido a la fatiga de las placas de eslabón.

La resistencia mínima estándar de la cadena de acero ANSI 29.1 es de 12 500 x (paso, en pulgadas) ^² . Las cadenas con juntas tóricas y juntas en X reducen considerablemente el desgaste gracias a la lubricación interna, lo que aumenta su vida útil. La lubricación interna se aplica mediante vacío durante el remachado de 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 del estándar ANSI B29.1-2011 (cadenas de rodillos, accesorios y piñones de transmisión de potencia de precisión) ^{[ 11 ]} , desarrollado por la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos (ASME). Consulte las referencias ^{[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]} para obtener información adicional.

A modo de recordatorio, a continuación se presenta otra representación de las dimensiones clave de la misma norma, expresadas en fracciones de pulgada (lo cual fue parte del razonamiento detrás de la elección de los números preferidos en la norma ANSI):

Una cadena de bicicleta típica (para cambios de marchas ) utiliza una cadena estrecha de paso de 1/2 pulgada . El ancho de la cadena es variable y no afecta la capacidad de carga. Cuantos más piñones tenga la rueda trasera (históricamente de 3 a 6, actualmente de 7 a 12), más estrecha será la cadena. Las cadenas se venden según el número de velocidades con las que están diseñadas para funcionar; por ejemplo, "cadena de 10 velocidades". Las bicicletas con cambio interno o de una sola velocidad utilizan cadenas de 1/2 x 1/8 de pulgada, donde 1/8 de pulgada se refiere al grosor máximo de un piñón que se puede usar con la cadena.

Por lo general, las cadenas con eslabones paralelos tienen un número par de eslabones, con cada eslabón estrecho seguido de uno ancho. Las cadenas formadas con un tipo uniforme de eslabón, estrecho en un extremo y ancho en el otro, pueden tener un número impar de eslabones, lo que puede resultar ventajoso para adaptarse a una distancia específica entre piñones y cadenas; sin embargo, este tipo de cadena tiende a ser menos resistente.

Las cadenas de rodillos fabricadas según la norma ISO a veces se denominan "isocadenas".

• Cadena autolubricante

• 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 . 

https://www.leonardodigitale.com/en/browse/Codex-atlanticus/0987-r/

• La guía completa para la cadena