documento sobre cadenas de clase de mecanismos USAC

1. CADENAS

2. OBJETIVOS
• Conocer las características generales de
la transmisión por cadena, sus fundamentos
de trabajo y los deterioros que sufren.
• Conocer cómo se seleccionan y algunas
recomendaciones de diseño
• Conocer el método de comprobación de la
vida útil esperada de las transmisiones por
cadenas.

3. CONTENIDO
•TRANSMISIONES POR CADENAS: INTRODUCCIÓN
•VENTAJAS Y DESVENTAJAS
•CLASIFICACIÓN
•TENSIÓN EN UNA CADENA DE TRANSPORTE
•CADENAS DE TRANSMISIÓN DE POTENCIA: TIPOS
•FUNCIONES DE LAS PIEZAS DE UNA CADENA
•TAMAÑOS DE CADENAS A RODILLOS
•MATERIALES
•LUBRICACIÓN
•LUBRICANTES
•PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
•DETERIOROS EN LAS TRANSMISIONES POR CADENAS
•CÁLCULO Y SELECCIÓN DE CADENAS A RODILLO
•EFECTOS DE LA TEMPERATURA EN CADENAS DE ACERO
•CRITERIO PARA ESTIMAR LA VIDA DE UNA TRANSMISIÓN
•RECOMENDACIONES DE DISEÑO
•CONCLUSIONES

4. TRANSMISIONES POR CADENAS
•Se emplean cuando se demanda grandes cargas en los accionamientos con alta eficiencia y
sincronismo de velocidad en los elementos de rotación
•Aplicaciones industriales las cadenas de rodillos: perforadoras de pozos petrolíferos terrestres
y marinos, mecanismos de control de vuelo de aviones militares y civiles, motores diesel de
grandes buques supertanques.
NORMALIZACIÓN:
•DIN (Deutches Institut for Normang)
•BS (British Standard)
•ANSI (American National Standard Institute)
•ISO: Todas estas normas se agrupan en dos partes fundamentales:
•Serie Europea: DIN 8187 y BS 228,agrupadas en la norma ISO 606 tipo B.
•Serie Americana: DIN 8188 y ANSI B:29, agrupadas en la norma ISO 606 tipo A.

5. CADENAS
•Es un elemento de máquinas que transmite
potencia por medio de fuerzas extensibles.
•Sirven para transmitir potencias entre ejes
que giran en el mismo plano a una relación
constante.
•Se pueden utilizar en relaciones de
transmisión de hasta seis, y como máximo de
hasta diez a vel<650 ft/min =3,3m/s.
•Eficiencia del 97-98 %
•No hay deslizamiento.
•Inversión inicial: aproxmente el 85% de
engranajes
•Distancia entre ejes, donde los engranajes
necesitarían ruedas locas ó escalones
intermedios.
•Choques de gran periodicidad y velocidades
elevadas: Amortiguadores con el fin de limitar
las oscilaciones de la cadena.
•Distancia entre ejes muy grandes: Apoyos,
disminuyen esfuerzos debido al propio peso.

6. VENTAJAS
• Posibilidad de empleo en una
amplia gama de distancia entre
centros.
• Dimensiones exteriores
menores que las transmisiones
por correas.
• Ausencia de deslizamiento.
• Alta eficiencia.
• Posibilidad de transmitir el
movimiento a varias ruedas con
una sola fuente de potencia.
DESVENTAJAS
• Irregularidad durante el
funcionamiento de la
transmisión.
• Tienen una vida útil menor que
la de los engranajes debido al
desgaste que se produce en la
articulación.
• Exigen una precisión más alta
en el montaje de los árboles que
la de las transmisiones por
correas.
• A medida que aumenta la
velocidad periférica se exigen
mejores condiciones de
lubricación.

7. CLASIFICACION
Cadenas de carga:
•Son empleadas para suspender, elevar y bajar cargas.
• Usadas predominantemente en la máquinas elevadoras de carga.
•Bajas velocidades (hasta 0,25 m/s) y grandes cargas.
Cadenas de tracción:
•Son empleadas para mover cargas en las máquinas transportadoras
•Trabajan con velocidades medias (hasta 2-4 m/s).
•Se emplean eslabones de pasos largos (entre los 50 y 1000 mm)
Cadenas de transmisión de potencia:
•Usadas para trasmitir torque desde un eje de rotación a otro.
•Eslabones pequeños y de gran precisión (pasos entre 4 y 63.5 mm)
•Objetivo: Reducir las cargas dinámicas, y con pasadores resistentes al
desgaste para asegurar una conveniente duración.

8. 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, la tensión es seleccionada por los factores:
1. El coeficiente de fricción entre la cadena y el carril cuando los objetos transportados se ponen en la cadena
2.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.
T = tensión total en la cadena.
M 1 = masa de la cadena.
M 2 = masa de los objetos transportados.
f 1 = coeficiente de la fricción cuando la cadena está volviendo.
f 2 = coeficiente de la fricción cuando la cadena está transportando objetos.
f 3 = coeficiente de la fricción cuando los objetos transportados se están moviendo
1,1 = pérdidas del piñón debido a los cambios direccionales de la cadena
( )1 1 2 1 3 21,1T g f M f M f M= + +

10. CADENAS DE TRANSMISIÓN DE POTENCIA
CADENAS DE CASQUILLOS
•Estructuralmente coinciden con las cadenas de rodillos
•No tienen rodillos, son más ligeras y baratas.
• Algunas poseen casquillos con pasadores huecos.
•Pasos pequeños (entre 4 y 9,525 mm)
•Se emplean en las transmisiones principales de motocicletas,
mecanismos motores de combustión interna ( Fiat Campagnolo,
Mercedes Benz D y Opel Diesel 3L5.
•Ausencia de rodillos en las cadenas de casquillos intensifican el
desgaste de los dientes de las ruedas: casquillos resbalan por los
dientes.
•Requieren una lubricación esmerada.
•Velocidad recomendada v< 4 m/s
CADENAS DE ESLABONES PERFILADOS
•Fácil montaje y desmontaje de sus eslabones
•El enlace de estos eslabones se hace al desplazar lateralmente
el uno con respecto a otro.
•Su diseño permite su intercambio fácilmente: sin golpes o
fuerzas excesivas.
•Velocidades muy bajas,inferiores a 1m/s: Poca precisión del
paso de los eslabones favorece el impacto.
•Condiciones de lubricación y protección imperfectas
•Se utilizan en la construcción de maquinaria agrícola.

11. CADENAS DE TRANSMISIÓN DE POTENCIA
CADENAS DENTADAS
•Conocidas como cadenas silenciosas
•constan de un juego de chapas con formas de
dientes.
•Articulan con deslizamiento o rodamiento, según sea el tipo
de la cadena.
•Articulaciones determinan su capacidad de trabajo
•Mayor capacidad: cadenas con articulaciones de rodadura
CADENAS DE RODILLOS
•Ha sido la de mayor difusión entre las cadenas de
transmisión.
•Compuesta por placas interiores y exteriores que se
alternan sucesivamente y unidas entre si de forma
articulada.
•Articulación: Pasador en unión con la placa exterior,
Casquillo unido a los agujeros de las placas interiores y
rodillo, montado con holgura en el casquillo
•Rodillo: Disminuye el desgaste de los dientes de las ruedas
y el propio casquillo.
•Montaje: Eslabones desmontables complementarios.
•Se recomienda 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.

12. FUNCIONES DE LAS PIEZAS DE UNA CADENA
•Placa exterior e interior
•Soporta la tensión que se ejerce en la cadena.
•Sometidas a cargas de fatiga
•Se pueden presentar fuerzas de choque.
•Soporta una gran fuerza extensible estática y las fuerzas dinámicas
de las cargas de choque.
•Debe soportar condiciones ambientales.
•Pasador
•Actúa junto al casquillo como arco de contacto de los dientes del
piñón.
•Soporta toda la fuerza de transmisión.
•Otros Requerimientos: Resistencia a la flexión, Resistencia contra
fuerzas de choque.
•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.
•Su superficie interna constituye una pieza del cojinete junto con la
superficie externa del casquillo
•Requerimientos: Resistencia al desgaste, contra choques, fatiga y
compresión.

13. 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.
•Las potencias a trasmitir de las cadenas de múltiples hileras son casi proporcional al
número de ramales.
• Generalmente la cantidad de hileras de rodillos se selecciona entre 2 – 4.

14. MATERIALES.
Materiales para las cadenas.
Selección del material y del tratamiento térmico: Afecta su duración, la capacidad de trabajo, y
por consiguiente la resistencia mecánica y al desgaste.
Placas
•Planchas laminadas en frío, de aceros medios en carbono o aleados, 40(Mo), 50(Cr),
•Durezas: 40-50 HRC.
Pasadores, ejes, manguitos y semicasquillos
•Aceros para cementar
•Temple hasta 50-65 HRC.
Rodillos
•Se fabrican de acero 60 (Cr-Va)
•Durezas entre 47-55 HRC.
Materiales para las ruedas de cadenas (Sprockets).
Hasta 30 dientes:
•Aceros de medio carbono 40 con temple superficial (Durezas de HRC 45-55)
•Aceros para cementar (Profundidades de 1 - 1.5mm) y temple hasta HRC 55-60
Por encima de 30 dientes
•Generalmente se fabrican de fundición.

15. Tipos
1. Operación manual.
• Periódica con un cepillo o aceitera
• 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.
• Debe resistir la tendencia a gotear o escurrirse cuando
la cadena está parada, como a ser expulsado por
efecto de la fuerza centrífuga cuando la cadena está en
movimiento.
2. Lubricación por goteo.
• Las gotas se dirigen entre los extremos de las placas
de los eslabones desde un lubricador de goteo.
• Volumen y la frecuencia suficientes para que el
lubricante penetre entre las piezas de la cadena.
LUBRICACIÓN.
Función: Atenuar el inevitable desgaste en las articulaciones de la cadena.
Puede ser periódica o continua, en función de la velocidad de la cadena y de la
potencia transmitida.

16. LUBRICACIÓN.
3. Lubricación por baño o disco.
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.
Por disco
• Se usa un baño de aceite: La cadena funciona por
encima del nivel de aceite.
• Un disco recoge aceite del depósito y lo deposita
encima de la cadena.
4. Lubricación por chorro de aceite.
• Suministro continuo de aceite desde una bomba o
un sistema de lubricación central.
• Debe situarse de tal modo que el aceite caiga antes
de que engrane con el piñón motriz.
• Con esto se ayuda a disminuir el impacto del rodillo
con el diente del piñón.
• La lubricación con chorro de aceite da también una
refrigeración efectiva y un amortiguamiento de
impacto a altas velocidades.

17. LUBRICANTES
• Deben lubricarse empleando aceite con base de petróleo.
• Los aceites pesados y grasas son generalmente demasiados
densos para introducirse entre las superficies de trabajo de la
cadena.
• Es importante que el lubricante esté libre de contaminantes,
particularmente de partículas abrasivas.
• Proteger los accionamientos contra suciedad y humedad

18. 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.
•La cadena se adapta a la rueda en forma de polígono, 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 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.

19. •Los eslabones de la cadena, al
acoplarse o entrar en contacto con las
ruedas y al desacoplarse o salir de las
ruedas están sometidos a un plegado
entre sí. El rozamiento en las
articulaciones de los eslabones que
aparece por este motivo resulta una
pérdida de potencia y un desgaste en la
transmisión.
•El desgaste de los eslabones aumenta
el paso efectivo de la cadena dando
origen a que la cadena monte sobre una
circunferencia periférica mayor de la
rueda. En casos extremos, llega a
rebasarse la circunferencia de cabeza
de los dientes y la cadena salta de la
rueda.

20. Deterioros en las Transmisiones por Cadenas
Desgaste de las articulaciones
•Causa principal de fallo de las transmisiones por cadenas y provoca su alargamiento durante su
funcionamiento, desgastándose principalmente los pasadores, los casquillos y rodillos.
•En accionamientos simples: 3% de su longitud inicial
•En accionamientos de elevadas exigencias: 2% de su longitud inicial
•En accionamientos con exigencias de sincronismo: 1% de su longitud inicial
Rotura de los agujeros de las placas
•Asociada a una rotura por fatiga del material en los agujeros de las placas.
•Grandes probabilidades de ocurrencia en las cadenas de rodillos rápidas y muy cargadas que trabajan
dentro de carcasas cerradas con buena lubricación
Pérdida del ajuste por interferencia entre los pasadores y casquillos con las placas:
•Deterioro asociado a defectos de fabricación y poca calidad de cadena.
•Pasadores y casquillos dan vueltas en los sitios de ajuste, con intensificación del desgaste de las piezas
conjugadas.
Picadura de los rodillos
•Aparición sobre las superficies de los rodillos de pequeños hoyos semejantes a cavidades que crecen
paulatinamente.
•Deterioro típico de fatiga superficial del material y puede ocurrir en cadenas sumergidas en aceite con
rodillos poco endurecidos.
Desgaste de los dientes de las ruedas:
•Contacto con deslizamiento entre los dientes de las ruedas y los rodillos de la cadena
•Mucho mayor en cadenas cargadas y sujetas a elevadas velocidades

21. CALCULO Y SELECCIÓN DE CADENAS A RODILLO.
•Cálculo y selección: Según la presión específica que puede soportar la
articulación. 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 (FASE 1)
•Selección del número de dientes de la rueda pequeña y verificar el
número de dientes de la rueda grande.
•Selección del paso de la cadena en función de la velocidad de rotación
de la rueda pequeña. Para nmr Z1≥15, para nlimZ1≥20.
•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

24. 1
[ / ]
60000
Z pn
v m s
Pot
F
v
=
=
FASE 2
•Número de Eslabones de la Cadena
•Velocidad de la cadena
•Tensión en la cadena
•Régimen de lubricación

25. RÉGIMEN DE LUBRICACION

26. CÁLCULO SEGÚN LAS PRESIONES (FASE 3)
•[p] es la presión admisible en las articulaciones.
•p : La presión en la articulación : F entre área resistiva A de la articulación
•ke coeficiente que toma en cuenta las condiciones reales de trabajo de la transmisión
•mr: factor de distribución de carga entre las hileras de rodillo.
Para mr ≤ 1 , tomar cadenas de una hilera de rodillos.
Para 1 < mr ≤ 1,7 , tomar cadenas de 2 hileras de rodillos.
Para 1,7 < mr ≤ 2,5 , tomar cadenas de 3 hileras de rodillos.
Para 2,5 < mr ≤ 3 , tomar cadenas de 4 hileras de rodillos.
El coeficiente mr tiene en cuenta la distribución no uniforme
de la carga en los ramales en una cadena multirramal.

27. TABLA DE SELECCIÓN

28. •COEFICIENTE DE CARGA DINÁMICA Kd
Evalúa las cargas dinámicas externas debido a las perturbaciones
que introducen la fuente de potencia motor y la máquina movida
en la transmisión.
FUENTE DE POTENCIA
MAQUINARIA
IMPULSADA
PAR TORSOR
UNIFORME
PAR TORSOR NO
UNIFORME
UNIFORME 1.1 1.2
IMPACTO LIGERO 1.2 1.3
IMPACTO MEDIO 1.3 1.5
IMPACTO
PESADO
1.4 1.7

29. •COEFICIENTE POR LONGITUD DE LA CADENA Ka:
Este coeficiente está referido a la distancia entre centros, es evidente que cuanto
más larga es la cadena, si son iguales las demás condiciones, se producirá el
engrane de la rueda con la total longitud de la cadena con menor frecuencia y por
tanto será menor el desgaste en las articulaciones.
Para una vida útil adecuada se recomiendan las siguientes distancias entre
centros (C):

30. •COEFICIENTE DE POSICIÓN DE LA CADENA Ki:
Cuanto mayor sea la inclinación de la transmisión respecto a la
horizontal, el desgaste total admisible de la cadena es menor.
•COEFICIENTE PARA LA REGULACIÓN DE LA CADENA Kreg:
Toma en cuenta la posibilidad de ajustar el estiramiento de la cadena al
desgastarse y por ello permite mayor capacidad en cadenas con reglajes.

31. •COEFICIENTE DEL CARÁCTER DE LA LUBRICACIÓN Ki:
Toma en cuenta las buenas condiciones de trabajo que
reporta la lubricación continua y la disminución de la
capacidad de carga en presencia de una lubricación irregular.
•COEFICIENTE PARA EL RÉGIMEN DE TRABAJO Kr :
Toma en cuenta la intensidad del trabajo de la cadena.

32. EFECTOS DE LA TEMPERATURA EN CADENAS DE ACERO
Alta Temperatura
•Aumento en el desgaste debido a la disminución de la dureza.
•Lubricación incorrecta debido al deterioro o a la carbonización del lubricante.
•Empalmes rígidos y desgaste creciente debido a la formación de la capa de óxido.
•Disminución en la fuerza.
•SS que se hace del acero inoxidable 304, Tmax= 650°C a bajas velocidades
Baja temperatura
•Disminución de la resistencia al choque debido a la fragilidad producto de las bajas temperaturas.
•Solidificación del lubricante.
•Especificación KT :sometida a tratamiento térmico para soportar ambientes muy fríos.
• SS-304, se puede también utilizar a bajas temperaturas.

33. CRITERIO PARA LA DETERMINACIÓN DE
LA DURACIÓN DE UNA TRANSMISIÓN.
Cálculo estimado. Los factores que influyen en el proceso de desgaste de las articulaciones
son muy diversos.
•Criterio: aumento del paso en la cadena hasta el punto en puede ocurrir el salto de la cadena
por encima de la rueda.
•Alargamiento admisible: 3% de su longitud inicial.
•Este criterio toma en cuenta la norma de desgaste admisible, las condiciones de lubricación,
la limpieza de la transmisión, el tipo de cadena y el dinamismo de carga.
•Href= 15000 Horas, H>Hadm

34. RECOMENDACIONES DE DISEÑO
Paso de la cadena.
•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.
Emplear el mayor número de dientes en el piñón. Cuatro ventajas importantes dependen de Z1
• Un flujo de potencia uniforme,
• Regularidad de funcionamiento,
• Alto rendimiento
• Larga duración.
Dependencia: La cadena forma un polígono sobre el piñón. Cuando la velocidad del piñón es
constante, la velocidad de la cadena está sujeta a una variación cíclica regular. Esta variación
cíclica es menos acentuada cuando el número de dientes del piñón motriz es superior a 19.
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,
mecanismos, bicicletas, etc.
Número de dientes impar.
Muchos accionamientos tienen un número par de eslabones en su cadena debido a la sencillez
del eslabón de cierre. Usando un piñón motriz con un número de dientes impar, se obtiene una
distribución uniforme del desgaste tanto en la cadena como en el piñón.

35. RECOMENDACIONES DE DISEÑO
Número máximo de dientes.
•Número (Z2)< 120 - 150 dientes.
•Debido al desgaste, la cadena se sitúa en posiciones más elevadas
sobre el diente del piñón: Cuando se desgastan las articulaciones el
salto de la cadena sobre la rueda mayor es más evidente.
•Desgate de la cadena permisible es el que da una elongación del
orden del 2-3% sobre la longitud nominal.
•Si la relación de transmisión es grande, se debe disminuir el número
de dientes de la rueda menor para garantizar una transmisión más
compacta y para evitar que Z2>150 dientes.
Distancia entre centros.
•La distancia entre centros (C): 30 a 50 veces el paso de la cadena.
•Engrane mínimo sea de 6 ó 7 dientes. Para relaciones de
transmisión grandes, comprobar que el ángulo de engrane en el
piñón motriz no sea inferior a 120º.
•Engrane de120º se obtiene con C≥ Dp2-Dp1.
•La distancia entre centros debe adaptarse de ser posible, a la
conveniencia de usar una cadena con un número par de eslabones,
para evitar el uso de un eslabón especial.
Posición del accionamiento.
•Los accionamientos pueden funcionar en posición horizontal,
inclinada o vertical.
•Cuando la posición del accionamiento es vertical o próxima a ésta,
es preferible que el piñón motriz (Z1), esté por encima del conducido
(Z2), sobre todo si la transmisión es reductora.

36. CONCLUSIONES
• En los diseños se deben emplear números de dientes lo mayor
posible y pasos pequeños para garantizar la suavidad de marcha,
aunque esto exija de más de una hilera.
• La capacidad de trabajo se determina a partir del criterio de
presiones admisibles ( p<[p]), para evitar un desgaste prematuro en
las articulaciones que aumente el paso y haga inservible la cadena en
un período de tiempo corto.
• Para aumentar la duración de una transmisión se debe bajar el
dinamismo de carga, esto se logra con la disminución del paso, el
aumento del número de dientes de la rueda motriz y la distancia entre
centros, mejores condiciones de lubricación y limpieza.
• Para aumentar la capacidad de trabajo de una transmisión se puede
aumentar el número de hileras, aumentar el paso o mejorar las
condiciones de explotación de la transmisión.

37. BIBLIOGRAFIA
• Elementos de Máquinas. Dobrovolski
• Diseño en Ingeniería Mecánica. Joseph E. Shigley. 6ta Ed.
• http://www.fi.uba.ar/materias/6712M/CUJAE_CUBA/
• http://dim.usal.es/eps/im/roberto/cmm/cmm.htm#downccm
• http://www.elprisma.com/apuntes/curso.asp?id=8660#
• http://www2.ing.puc.cl/~icm2312/apuntes/index.html