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Universidad Nacional de

Colombia

Sede Bogot - Facultad de IngenieraDepartamento de Ingeniera Mecnica y

MecatrnicaSeccin de Diseo

Diseo de Elementos de Mquinas II 1-

2009

Juan Edilberto Rincn Pardo

Transmisiones con CadenasPor:

Juan Manuel Fonseca cod. 233712

Philipp Castillo Heim cod. 233698

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Facultad de Ingeniera

Departamento de Ingeniera Mecnica y Mecatrnica

Seccin de Diseo

Diseo de Elementos de M uinas II 1 - 2009- JERP

2

Caractersticas Principales

Relacin de velocidad constante (No existedeslizamiento ni distensin)

Pueden utilizarse como transmicin de potencia

Pueden utilizarse para cargasaltas

Larga duracin

Figura 1 Tomada de

www.directindustry.es/prod/tsubakimoto

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Seccin de Diseo


3

Caractersticas Principales

Aptitud de impulsar varios ejes desde una solafuente de potencia.

Las tolerancias son bajas como en los engranes.

Se obtiene un mejor servicio cuando las ruedasdentadasestn en el mismo plano.

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Seccin de Diseo


4

Descripcin

Las cadenas estn compuestas porcinco partes principales:

Chapetas de los bujeso chapetasinteriores.

Bujes. Los rodillos.

Pasadores.

Chapetas de pasadores o

chapetas exteriores.

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Seccin de Diseo


5

Con estos componentes se forman los eslabonesycon los eslabones la cadena.

Son estandarizadas por laANSI (AmericanNational Standards Institute) por tamaos

Descripcin

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Seccin de Diseo


6

Donde:

p: paso (distancia lineal entrecentros de los rodillos)

Ancho del Torn: Espacio entrelas placas del eslabn interior

Espaciamiento entre Torones:

Distancia entre los puntos

medios de los rodillos de untorny el torn contiguo.

Figura 3 Tomada del libro Diseo en IngenieraMecnica Shigley, Joseph. 5 Edicin

Descripcin

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Seccin de Diseo


7

Las cadenas pueden ser

simples, dobles, triples y

cudruples torones.

Las dimensiones estandarse muestran en la siguiente

tabla:

Tabla 1 Tomada del libro Diseo en Ingeniera Mecnica

Shigley, Joseph. 5 Edicin

Descripcin

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Seccin de Diseo


8

La dimensin del paso est dada en pulgadas, pero sedesigna en octavos y es el primer dgito de la cadena,por ejemplo la cadena nmero 40 tiene 4/8de pulgadade paso o pitch, la nmero 60 tiene 6/8 y assucesivamente y se fabrican hasta la nmero 240.

Descripcin

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Seccin de Diseo


9

El diametrodel rodillo y su alturason aproximadamente

iguales a 5/8 del paso,

El dimetro del pasadora los 5/16 del paso.

Las chapetas 1/8 del paso (grosor), en algunos casos elfabricante especifica con una letra H u O que traen

chapetas ms gruesas aumentando la resistencia a la

rotura.

Descripcin

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Seccin de Diseo


10

diferentes nomenclaturas de cadenas

Descripcin

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Seccin de Diseo


11

?

- Investigue que diferencia hay en la designacin de

cadenas sencillas, de dos y tres torones.

- De ejemplos.

Descripcin

L Pi C li

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Seccin de Diseo


12

Los Piones, Catalinas o

Sprockets

Es un pionen el cual encaja la cadenapara transmitir lafuerzaal eje.

El diametrodel pin en el fondo es medio circulopara

que encajen los rodillosde la cadena.

Figura 4 Tomada de

www.arisacv.com.mx/catalog

o/catarinas.php

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Seccin de Diseo


13

Cada pin lleva estampado:

Nmero de la cadena.

Tipo de manzana.

Nmero de dientes.

Para piones de doblehilera se pueden engranar

alternamente con una cadena sencilla, pero no con

dos cadenas sencillassimultneamente

Los Piones, Catalinas o Sprockets

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Seccin de Diseo


14

Tipos de Piones

Tipo A: Es un discosencillo dentado, sin manzana.

Figura 5 Tomada del catlogo La

transmisin de potencia por cadena de

rodillos IINTERMEC. 2 Edicin

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Seccin de Diseo


15

Tipo C: Tienen manzana a ambos lados del

pin, transmisiones de mayor fuerza.

Tipo B: Son macizos y enterizos con su

manzana, en este estilo tambin se fabrican

piones dobles y triples, para piones de ms

hileras se mandan hacer segn lo requiera elcliente.

Tipos de Piones

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Seccin de Diseo


16

Donde:

n1 Es la velocidad de entradaen rpm n2 Es la velocidad de salidaen rpm

N1 Es el nmero de diente de la rueda dentada de

menordimetro

N2 Es el nmero de dientes de la ruedadentada de

mayordimetro.

Tipos de Piones

2

1

2

1

NN

nn

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Seccin de Diseo


17

Nomenclatura

En la siguiente figura se observa una rueda Catarina:

Figura 6 Tomada del libro Diseo en Ingeniera Mecnica Shigley,

Joseph. 5 Edicin

Donde:

Es el ngulode paso

D es el dimetrode paso

2

2

2 D

p

sen

)( 2sen

pD

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Seccin de Diseo


18

Dimetro de Paso

Dado que =360/N, donde N es el nmerode dientesde la Catarina, la ecuacin anteriorquedara:

22

2

2

Sen

pD

D

p

Sen

NSen

pD

180

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Seccin de Diseo


19

El ngulo se denomina ngulo de articulacin, y esfuncin del nmerode dientes.

Por la rotacin del eslabn segn este ngulo ocasionaun impacto entre los rodillos y los dientes de laCatarina produciendo un desgaste en las juntas de lacadena; por lo cual este ngulo se debe reducir lomximoposible.

Tipos de Piones

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Seccin de Diseo


20

Efecto Poligonal

El tramo AB es tangentea la circunferencia de la rueda,pero cuando esta gira un ngulo de /2 el tramo AB semueve ms cerca del centro de la Catarina (por lacuerda); esto conduce a que este tramose mueva haciaarribay hacia abajo, y que el brazode palanca vare conla rotacin del ngulode paso originando esta variacinde la velocidada la salida de la cadena.

Existe una variacina lasalida de la cadenadebido al nmero dedientesde la Catarina.

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Seccin de Diseo


21

Efecto Poligonal

Porlo cual la Catarinase puede considerar como unpoligono en el cual la velocidad de salida de lacadena depende de si la salida mencionada es desde

un vrtice o desde un lado del polgonocorrespondiente(Shigley)

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Seccin de Diseo


22

Velocidad Longitudinal

Donde:

V = Velocidad lineal [ft/min]

N= nmero de dientesde la Catarina P = paso de la cadena [in]

n = velocidad de rotacionde la Catarina [___].

Esta velocidad se define como el nmerodeunidades de longitudque salen de la Catarinaporunidad de tiempo.

12

NpnV

Velocidad Mxima de Salida de la

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Seccin de Diseo


23


Cadena

La velocidad mxima de salida de la cadena se

presenta cuando la cadena sale tangente al

dimetro de paso(D) y est dada por:

)(1212 2

sen

npDnv

mx


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Seccin de Diseo


24

La velocidad mnima

esta dada por:

La velocidad mnimade salida de la cadena sepresenta cuando la cadena sale tangentea un

dimetro (d) menoral dimetro de paso (D) que es

tangente a la cuerdaque forma la cadena, este

nuevo diametroqueda:


Cadena

2

DCosd

22

12)cos(

12

Sennpdnvmn

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Seccin de Diseo


25

Variacin Cordal de la Velocidad

Si se reemplaza /2 180o/N y reemplazando en lasecuaciones anteriores se encuentra la variacin develocidad:

Esto se denomina variacincordal de velocidad.

NN

mx

TanSenNV

vv

V

V

180180

min 11

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Seccin de Diseo


26

Variacin Cordal de la Velocidad

La variacion de la velocidad depende del nmero dedientesde la rueda impulsora, en la siguiente grfica semuestra la influencia del nmero de dientes en estefactor:

Figura 7 Tomada del libro Diseo en

Ingeniera Mecnica Shigley, Joseph. 5 Edicin

Para aplicaciones depresicin se debetener muy en cuentaeste factor.

Anlisis de la Variacin Cordal de la

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Facultad de IngenieraDepartamento de Ingeniera Mecnica y Mecatrnica

Seccin de Diseo


27


Velocidad

De la grfica anterior se observa: Entre mayor sea el nmero de dientes, la variacin

cordalde la velocidad es menor.

Es deseable tener un gran nmero de dientes para

reducirla variacin cordal de velocidad. Pero tambin se desea que la Catarina impulsorasea

lo mas pequeaposible.

Pero al ser pequea no pueden tener muchos

dientes.


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Seccin de Diseo


28


Velocidad

De lo anterior se recomienda que:

La Catarina impulsora para velocidades detransmisin medias o altas tenga por lo menos 17dientes.

19 o 21 dientes otorgan una expectativa mejor devidatil de la cadena y menorruido.

Para velocidades bajas se pueden utilizar catarinascon pequeonmero de dientes, pero se sacrifica la

vidatil de la cadena.


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Seccin de Diseo


29


Velocidad

Para transmisiones ms eficaces generalmente setienen relaciones de velocidad hasta 6:1.

Las fallas en las cadenasgeneralmente se deben a las

muchas horas de servicio (desgaste y fatiga) y no afallas por faltade resistencia a la tensin.

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Seccin de Diseo


30

Capacidad de las cadenas

Los fabricantes proporcionan unas tablas que muestranla capacidad de potenciade una cadena P

tab (capacidad

tabulada) con una expectativa de vida de 15000 horaspara las distintas velocidadesde la Catarina.

Estas tablas estn hechas en base a una Catarina de 17dientes.La capacidad de una cadenadepende de la capacidad decada uno de sus eslabones.

La resistencia a la fatigade las placas gobierna lacapacidad de la cadena a bajas velocidades.

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Seccin de Diseo


31


Una empresa ha desarrollado dos formulas empricaspara calcular la capacidadterica de una cadena, loscriterios son:

Capacidad nominal limitada por el eslabonH1

Capacidad nominal limitada por los rodillosH2

Lgicamente estas capacidades depende de los tipos decadenasempleados por dicha empresa.

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Seccin de Diseo


32


Donde:

N1= nmero de dientesde la catarina menorn1= velocidadde la catarina , rpm

p = pasode la catarina, pulgadas.

Capacidad nominallimitada por el eslabn H1

Capacidad nominal limitadapor los rodillos H2

hppnNH p)07.03(9.0108.1

11 004,0

hpn

pNKH r

5.1

1

8.05.1

12

1000

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Seccin de Diseo


33


Kr= 29 para cadenas 25, 35;3.4 para cadenas 41,17 para cadenas de 40 a 240

La constante 0.004 se convierte en 0,0022para cadenas de peso ligero No. 41

La potencia tabulada Ptabes la menorentre H1y H2

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Seccin de Diseo


34

Potencia Tabulada

En las siguientes tablas esta tabuladala capacidadde PotenciaPtab (en hp) de una cadena de rodillosde paso sencilloy un solo torn(cordn) para unarueda catarina de 17dientes

La potencia calculada H1 es la que se emplea laelaboracin de las tablas (potencia tabulada) H

tab

se denomina potencia pre-extremo

La potencia calculada H2es la que se emplea paracalcular la potencia post-extremo

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Seccin de Diseo


35

Potencia Tabulada

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Seccin de Diseo


36

Potencia Tabulada

Tablas 2 y 3 Tomadas del libro Diseo en IngenieraMecnica Shigley, Joseph. 5 Edicin

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Seccin de Diseo


37

Vida de la Cadena

La formula para H2esta basada en: 15000 horas de operacin Longitud de cadena de 100 pasosIntroduciendo estos factores la formula queda as:

h = la vida de la cadena [horas] Lp = longitud de la cadena en pasos

hph

Lp

n

NKH

p

r

4.04.0

8.0

5.1

1

12

15000

1001000

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Seccin de Diseo


38

Vida de la Cadena

Para un sistema con que utiliza una cadena depaso p a una velocidad n1 se genera unaconstante as:

hpn

pKA

LN

hH r

p75.3

25.2

75.31

5.2

2

hpn

pKBLK

hH r

p

75.3

25.2

5.2

1

5.2

2

Usando K1se tiene:

d d l d

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Seccin de Diseo


39

La velocidadmxima de la cadena en rpm est limitadapor el ludimiento entre el pasadory el buje.

Vida de la Cadena

rpmn

p

FNp

873.1log59.11

10001323.10278.195.7

5.821000

1

id d l d

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Seccin de Diseo


40

La longitudde cadena se determina en funcin de pasoyno en funcin de longitudcomo se haca con las correas;es recomendable que se utilice un nmero par de pasospara evitar eslabones de compensacin. La longitud seobtiene de la siguiente ecuacin:

pC

NNNNpC

pL

2

2

1221

422

Donde: L = Aproximada de la longitudde la cadena. p = paso de la cadena. C = Distancia entre centros N1 = Nmero de dientes en la Catarina menor. N2 = Nmero de dientes en la Catarina mayor.

Vida de la Cadena

di i d l l

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Seccin de Diseo


41

Condiciones de Clculo

Para un adecuado clculo de las cadenas, se debetener en cuenta que se requiere una capacidadextra en cualquiera de los siguientes casos:

Para el caso de bajas velocidades en que larueda Catarina menor tiene menos de 9 dientes. Para el caso de transmisiones de altavelocidad

en que la Catarina menor tiene menos de 16dientes.

Cuando las ruedas son demasiado grandes.

Cuando ocurren cargas de choque o existenfrecuentes inversionesde carga.

C di i d Cl l

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Seccin de Diseo


42

Cuando se tienen tres o ms catarinas en latransmisin.

Cuando la lubricacin es deficiente. Cuando hay condiciones ambientales de

suciedad o polvo.En estos casos se aumenta la potencia nominal


C di i d Cl l

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Seccin de Diseo


43

La capacidad de potencia permisible depende deldiametro del engrane y este a su vez depende delnmero de dientes de la catarina.

1K

Tablas 4 Tomadas del libro Diseo en

Ingeniera Mecnica Shigley, Joseph.

6 Edicin

Factor deCorreccin pordientes


C di i d Cl l

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Seccin de Diseo


44

La Capacidad de potencia permisible es lineal conrespecto al nmerode torones.

Factor de torones mltiples:

Tabla 5 Tomadas del libro Diseo enIngeniera Mecnica Shigley, Joseph. 5

Edicin


P t i P i ibl

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Seccin de Diseo


45

Potencia Permisible

taba HKKH 21

La potencia permisible Ha es la que esta en

condiciones de transmitir una cadena determinada.Esta potencia es igual a la potencia tabuladapara untorn multiplicado por el factor de torones mltiples

K2 y por el factor de numero de dientes K1

P t i d Di

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Seccin de Diseo


46

Potencia de Diseo

La potencia Nominal Hnomes la potencia del motor en laplaca.

Esta potencia hay necesidad de corregirla por las

condiciones de servicio y por el factor de diseo.

Para el factor de servicio se toma los mismos factoresutilizados para calcular las correas Ks

El factor de diseo o factor de seguridad es a criterio deldiseador nd

P t i d Di

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Seccin de Diseo


47

La potencia de diseo es el resultado de multiplicar lapotencia nominal por el factor de servicio y el factor deseguridad.

Potencia de Diseo

nomdsd HnKH

L b i i d l C d

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Seccin de Diseo


48

Lubricacin de las Cadenas

La lubricacin de las cadenas es un factor importante paragarantizar la larga vida de la misma. Existen distintos tipos

de lubricacin como la de goteo, o de paso por bao poco

profundo.

Figura 8 Tomada del catlogo La transmisin de potencia por cadena de

rodillos IINTERMEC. 2 Edicin

L b i i d l C d

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Seccin de Diseo


49

Lubricacin de las Cadenas

Se debe utilizar un aceite viscoso de tipo ligero o

delgado, sin aditivos (para condiciones especiales

no se recomiendan las grasas y aceites pesados

debido a su viscosidad).

Montajes de transmisiones de

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Seccin de Diseo


50

Montajes de transmisiones deCadena

Tipo A de instalacin: Lado tenso por el pinconductor y lado flojo por el pin conducido; estetipo de instalacin resulta ideal, porque al estirarseel lado flojo de la cadena sale libremente del pin

conducido y engrana sin quiebre en el pinconducido.

Figura 9 Tomada del catlogo La transmisin de

potencia por cadena de rodillos IINTERMEC. 2 Edicin


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Seccin de DiseoDiseo de Elementos de M uinas II 1 - 2009- JERP

51

Tipo B de instalacin: No es ideal, porque si ladistancia entre centros es horizontal la cadena enla parte superior tiende a envolverse en el pinconductor, y si la distancia entre centros es muy

grande el lado flojo va a tender a rozar el ladotenso, para evitar esto se recomienda poner unengrane tensor en el lado flojo.

Figura 10 Tomada del catlogo La transmisin de potenciapor cadena de rodillos IINTERMEC. 2 Edicin



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52

Tipo C de instalacin: Es indeseable, pero se reducen losefectos indeseables cuando el pin est por encima,por debajo o con los dos piones iguales.

Figura 11 Tomada del catlogo La transmisin depotencia por cadena de rodillos IINTERMEC. 2 Edicin



5/21/2018 04_Cadenas_091 (1)

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53

Tipo D de instalacin: Cuando tiende a estar enposicin oblicua resulta similar al tipo B, pero cuandotiende a estar en posicin vertical tiende al tipo C

Figura 12 Tomada del catlogo La transmisin de potencia por

cadena de rodillos IINTERMEC. 2 Edicin



5/21/2018 04_Cadenas_091 (1)

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54

Tipo E de instalacin: Cuando tiende a estar enposicin oblicua resulta similar al tipo A, pero cuando

tiende a estar en posicin vertical tiende al tipo C.

Figura 13 Tomada del catlogo La transmisin de potencia por

cadena de rodillos IINTERMEC. 2 Edicin

jCadena

Montajes de transmisiones de Cadena

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55/66



55


Diagramas de

transmisiones con tensor

de brazo corredizo y de

brazo resortado:

Figura 14 Tomada del catlogo La transmisin de

potencia por cadena de rodillos IINTERMEC. 2 Edicin


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56


Fallascomunes

en las

transmisi

ones acadena y

sus

correspon

dientes

causas:


5/21/2018 04_Cadenas_091 (1)

57/66



57


Fallascomunes

en las

transmisi

ones acadena y

sus

correspo

ndientes

causas:

(Continu

a)

Ejemplo tomado de:

5/21/2018 04_Cadenas_091 (1)

58/66



58

j pDiseo en Ingeniera Mecnica

Un reductor de velocidad de 7 hp, que funciona a 300rpm ha de impulsar un transportador a 200 rpm. Ladistancia entre centros tiene que ser aproximadamente de28 pulgadas. Se desea determinar una transmisin decadena apropiada.

Solucin:

Aunque se prefiere un nmero impar de dientes en lasruedas, se eligen tentativamente catarinas de 20 y 30dientes para obtener la relacin de velocidad apropiada.

Ejemplo tomado de:

5/21/2018 04_Cadenas_091 (1)

59/66



59


De las tablas de servicio se escoge un factor de servicio,

para operacin con choques moderados.

Por tanto, la potencia de diseo ser:

3,1sK

1.3*7,5 9, 75H hp

Una rueda de 20 dientes tendr una vida mayor ygenerar menos ruido que una de 16 o 18dientes.

Se elige, porque no parece haber limitacin deespacio.

Ejemplo tomado de:

5/21/2018 04_Cadenas_091 (1)

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60

'

1 2 1.18* 2, 5* 3, 61 10.65r rH K K H hp

Por inspeccin de tablas, para revoluciones de300 rpm revela que una cadena nmero 50 o 60

de torones mltiples puede ser una opcin

satisfactoria. En el caso de una cadena mltiple

Nmero 50Por tablas para los factores de correccin de

dientes y factores de correccin de torones

mltiples se tiene que

y , de modo que la potencia de

la cadena es:

hpHr 61,3

18,11K 5,22K


Ejemplo tomado de:

5/21/2018 04_Cadenas_091 (1)

61/66



61

Lo cual es completamente satisfactorio. La eleccin sedesigna como cadena 50-3 o Cadena Nmero 50T.En el caso de una cadena 60-2 o 60D, se halla que

y . De modo que:

hpHKKH rr 44.122,6*7,1*18.121'

Que tambin es satisfactorio.

La cadena Nmero 60 requerira ruedas catarinasmayores y, por tanto, gira a mayor velocidad,generando ms ruido y teniendo una duracinms corta.

hpHr 2,6 7,12 K


Ejemplo tomado de:

5/21/2018 04_Cadenas_091 (1)

62/66



62

La Nmero 50 parece ser la mejor eleccin y es laescogida para este ejemplo. Sin embargo, unacomparacin de los precios de las ruedas ycadenas para ambos casos podra hacer que la

Nmero 60, fuese la mejor solucin.


Ejemplo tomado de:

5/21/2018 04_Cadenas_091 (1)

63/66



63

El paso de la cadena Nmero 50 es 5/8 de pulgada,utilizando una distancia entre centros de 28 pulg. setiene que la longitud necesaria de la cadena triple enpasos sera:

625.0/284

2030

2

302028*2

42

2

2

2

2

21221

pp

L

pC

NNNN

p

C

p

L

Lp= 114,7 pasos.


Ejemplo tomado de:

5/21/2018 04_Cadenas_091 (1)

64/66



64

El nmero para ms prximo de pasos es 114, yste ser el que se utilice.Se requiere un ligero ajuste en la distancia entrecentros. Introduciendo L/p=114 en la anterior

ecuacin y despejando C, da aproximadamente 27 pulgadas como la nueva distancia inter central.


Ejemplo tomado de:

5/21/2018 04_Cadenas_091 (1)

65/66



65

En general, la citada distancia no debe exceder de 80pasos; 30 a 50 pasos es una mejor opcin.

En este problema la distancia entre centros es27,75/0,625 = 44.4 pasos, lo cual es satisfactorio.


5/21/2018 04_Cadenas_091 (1)

66/66

Muchas Gracias!

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04_Cadenas_091 (1)