Como actúan las cadenas bajo tensión

Hoy hablaremos de como actúan las cadenas bajo tensión. Una cadena puede transmitir tensión, pero generalmente no puede transmitir fuerzas de empuje. En realidad, hay algunas cadenas especiales que pueden presionar, pero esta discusión se centra en la tensión. A continuación, veremos cómo la cadena actúa bajo tensión.

Resistencia a la tracción

¿Cómo se comportará la cadena cuando esté sujeta a la carga de tracción? Hay una prueba estándar para determinar la resistencia a la tracción de una cadena. Así es como funciona: el fabricante toma una nueva cadena de transmisión de potencia de cinco enlaces o más y fija firmemente ambos extremos a las plantillas (Figura 2.1). Ahora se aplica una carga o tensión y se toman medidas hasta que la cadena se rompe (JIS B 1801-1990).

Como actúan las cadenas bajo tensión
Figura 2.1 Cadena típica en prueba de tracción

Alargamiento de cadena

Cuando una cadena está sujeta a un estrés o una carga cada vez mayor, se alarga. Esta relación se puede ver (Figura 2.2). El eje vertical muestra un esfuerzo o una carga creciente, y el eje horizontal muestra una tensión o elongación cada vez mayor. En este gráfico de tensión-deformación, cada punto representa lo siguiente:

O-A: región elástica

A: límite de proporcionalidad para las cadenas; no hay un punto declinante obvio, como en acero

A-C: deformación plástica

B: punto de máxima tensión

C: ruptura real

Tensión y deformación de una cadena
Figura 2.2 Gráfico de tensión-deformación

Informar sobre la resistencia a la tracción

El punto B, que se muestra en la Figura 2.2, el punto de tensión máximo, también se denomina resistencia a la tracción máxima. En algunos casos, el punto B vendrá al mismo tiempo que el punto C. Después de romper un número de cadenas, un gráfico de resistencia a la tracción muestra una distribución normal (Figura 2.3).

Resistencia a la tracción de una cadena
Figura 2.3 Resistencia a la tracción

La carga promedio en la Figura 2.3 se denomina resistencia a la tracción promedio, y el valor más bajo, que se determina después de examinar estadísticamente los resultados, se denomina resistencia mínima a la tracción. JIS (Japanese Industrial Standard) también regula la resistencia a la tracción mínima, pero es mucho más baja que la resistencia a la tracción de cualquier fabricante enumerada en sus catálogos.

La «carga máxima permisible«, que se muestra en los catálogos de algunos fabricantes, se basa en el límite de fatiga. Este valor es mucho más bajo que el punto A. Además, en el caso de la cadena de transmisión de potencia, el punto A es usualmente el 70 por ciento de la resistencia a la tracción final (punto B). Si la cadena recibe una tensión mayor que el punto A, se producirá una deformación plástica y la cadena no funcionará.

Uso de la información de resistencia a la tracción

Por razones de seguridad, nunca debe someter las cadenas a una tensión superior a la mitad de la resistencia a la tracción promedio, ni siquiera una vez. Si la cadena se carga tan inadvertidamente, debe cambiar todo el conjunto de cadenas. Si la cadena está sujeta repetidamente a cargas superiores a la carga máxima permisible, se puede producir un fallo de fatiga.

  • Cada fabricante muestra la resistencia a la tracción promedio en su catálogo, pero no es raro encontrar que el valor indicado se haya desarrollado teniendo en cuenta las ventas. Por lo tanto, al comparar cadenas de diferentes fabricantes, verifique la resistencia mínima a la tracción.
  • Además de la resistencia a la tracción, el hecho más importante sobre un gráfico de tensión-deformación es el valor del estiramiento en el momento de la rotura. Si la resistencia a la tensión de la cadena es mayor y la capacidad de estiramiento es mayor, la cadena puede absorber más energía antes de que se rompa. Esto significa que la cadena no se romperá fácilmente incluso si recibe una carga de choque inesperada. (En la Figura 2.2, el área sombreada es el valor de la energía que la cadena puede absorber antes de que se rompa).

Elongación elástica

Alargamiento elástico en una cadena de rodillos
Figura 2.4 Alargamiento elástico en la cadena de rodillos

Engranaje con piñones

Aunque las cadenas a veces son empujadas y arrastradas en ambos extremos por cilindros, las cadenas generalmente son accionadas envolviéndolas en piñones.

Tensión de retroceso

Primero, expliquemos la relación entre las correas planas y las poleas. La Figura 2.5 muestra una interpretación de una transmisión por correa plana. El círculo en la parte superior es una polea, y la correa cuelga hacia abajo desde cada lado. Cuando la polea se fija y el lado izquierdo de la correa se carga con tensión (T0), la fuerza necesaria para tirar de la correa hacia el lado derecho será:

T1 = T0 × eμθ

Por ejemplo, T0 = 100 N: el coeficiente de fricción entre la correa y la polea, μ = 0.3; el ángulo de envolvente θ = π (180 °).

T1 = T0 × 2.566 = 256.6 N

Correa plana con rodillo
Figura 2.5 Unidad de correa plana

En resumen, cuando usa una correa plana en esta situación, puede obtener 256.6 N de potencia de manejo solo cuando hay 100 N de tensión de retroceso. Para elementos sin dientes, como correas planas o cuerdas, la forma de obtener más potencia de accionamiento es aumentar el coeficiente de fricción o el ángulo de envoltura. Si una sustancia, como grasa o aceite, que disminuye el coeficiente de fricción, llega a la superficie de contacto, la correa no puede ofrecer la tensión requerida.

En el caso de la cadena, los dientes del piñón sujetan el rodillo de la cadena. Si la configuración del diente del piñón es cuadrada, como en la Figura 2.6, la dirección de la fuerza reactiva del diente es opuesta a la tensión de la cadena, y solo un diente recibirá toda la tensión de la cadena. Por lo tanto, la cadena funcionará sin tensión de retroceso.

Fuerzas de un rodillo de diente simplificado
Figura 2.6 Fuerzas de rodillo : diente simplificada

Pero en realidad, los dientes del piñón necesitan algo de inclinación para que los dientes puedan engancharse y deslizarse fuera del rodillo. El balance de fuerzas que existe alrededor del rodillo se muestra en la Figura 2.7, y es fácil calcular la tensión de retroceso requerida.

Equilibrio de fuerzas alrededor de un rodillo de una cadena
Figura 2.7 El equilibrio de fuerzas alrededor del rodillo

Ahora comparemos las cadenas y los piñones con una tensión de retroceso en la correa dentada.

Aunque en las correas dentadas la tensión permisible puede diferir con el número de dientes de la polea y las revoluciones por minuto (rpm), la recomendación general es usar 1 / 3.5 de la tensión permisible como tensión de retroceso (F). Esto se muestra en la Figura 2.8. Por lo tanto, nuestra fuerza de 257 N requerirá 257 / 3.5 = 73 N de tensión de la espalda.

Tensión de retroceso en correas dentadas
Figura 2.8 Tensión de retroceso en una correa dentada

Tanto las correas dentadas como las cadenas se engranan por medio de los dientes, pero la tensión de retroceso de la cadena es solo 1/75 de las correas dentadas.

Desgaste de la cadena y dientes de piñón de salto

El factor clave que hace que la cadena salte los dientes de la rueda dentada es el alargamiento del desgaste de la cadena. Debido al alargamiento del desgaste, la cadena se arrastra hacia arriba en los dientes del piñón hasta que comienza a saltar los dientes del piñón y ya no puede engranar con el piñón. La figura 2.9 muestra la forma del diente del piñón y las posiciones de enganche. La Figura 2.10 muestra el acoplamiento de una rueda dentada con una cadena alargada.

En la Figura 2.9 hay tres secciones en la cara del diente del piñón:

  • Curva inferior del diente, donde el rodillo cae en su lugar.
  • Curva de trabajo, donde el rodillo y el piñón trabajan juntos.
  • Donde el diente puede guiar el rodillo, pero no puede transmitir la tensión. Si el rodillo, que debe transmitir tensión, solo se acopla con C, causa dientes de piñón saltados.

El límite de alargamiento de desgaste de la cadena varía de acuerdo con la cantidad de dientes del piñón y su forma, como se muestra en la Figura 2.11. Tras el cálculo, vemos que los piñones con un gran número de dientes son muy limitados en porcentaje de estiramiento. Los piñones más pequeños están limitados por otros efectos dañinos, como la alta vibración y la disminución de la fuerza; por lo tanto, en el caso de menos de 60 dientes, la relación de límite de estiramiento está limitada al 1,5 por ciento (en la cadena de transmisión).

Forma del diente del piñón frente a la cadena
Figura 2.9 Forma del diente del piñón y posiciones de enganche.
Acoplamiento de rueda dentada en cadena
Figura 2.10 Muestra el acoplamiento de una rueda dentada con una cadena alargada.
Elongación de una cadena
Figura 2.11 Elongación frente al número de dientes de piñón

Esperamos que os haya gustado nuestro artículo sobre como actúan las cadenas bajo tensión. Pronto publicaremos más información del mundo de la cadena.