Un ingeniero de producción de una panadería industrial coreana especificó un reemplazo para un producto defectuoso. cadena de transmisión en el accionamiento de una amasadora. Tomó la placa de características del motor (7,5 kW a 1450 RPM), aplicó el factor de servicio ANSI de 1,3 para choque moderado, encontró una cadena adecuada en la tabla de selección y la encargó. El reemplazo falló en el mismo lugar después de 1100 horas, casi exactamente igualando la vida útil de la original. La selección de la cadena era técnicamente correcta para una aplicación estándar de choque moderado. Lo que no tuvo en cuenta fue que la amasadora arranca a plena carga tres veces por turno (masa fría y dura), y cada arranque alcanza un pico de aproximadamente 4 veces el par de funcionamiento durante los primeros 2-3 segundos. El sistema de factor de servicio ANSI se aplica a cargas cíclicas moderadas y en estado estacionario; no contempla las cargas inerciales de arranque. Diseñar el accionamiento para el par de arranque en lugar del par de funcionamiento habría requerido una cadena dos tamaños mayor o un acoplamiento hidráulico aguas arriba para limitar el pico de arranque. Ninguna de las opciones se consideró porque la condición de arranque no se incluyó en el cálculo de selección.
Seleccionar la correcta cadena de transmisión Requiere abordar cuatro preguntas de ingeniería distintas en secuencia, y cada pregunta debe responderse considerando las condiciones de funcionamiento reales, no las indicadas en la placa de características. Esta guía proporciona el método para cada paso.
Paso 1: Determinar la potencia de diseño corregida
El método de selección ANSI B29.1 comienza con la potencia de diseño corregida, que es la potencia nominal del motor multiplicada por un factor de servicio que tiene en cuenta las características de carga de la máquina accionada. Los factores de servicio ANSI publicados son:
| Tipo de carga | Cargar personaje | Factor de servicio ANSI | Ejemplos típicos de equipos |
|---|---|---|---|
| Liso | Par motor constante, sin pulsaciones. | 1.0 | Bombas centrífugas, ventiladores, agitadores de líquidos |
| Shock moderado | Cíclico o pulsante, con picos ocasionales. | 1,3–1,5 | Transportadores de cinta, amasadoras, máquinas herramienta |
| Impacto fuerte | Picos intermitentes severos, reversiones | 1,7–2,0 | Trituradoras de roca, prensas, compresores (alternativos) |
Más allá del factor de servicio estándar, se aplican dos multiplicadores adicionales en casos específicos: a factor de hebras múltiples (cuando se utiliza una cadena dúplex o tríplex, la potencia nominal se multiplica por 1,7 o 2,5 respectivamente en lugar de simplemente duplicarse o triplicarse, porque los hilos no comparten la carga de forma perfectamente igual); y un factor de piñón tensor (un rodillo tensor simple en el lado flojo reduce la capacidad de potencia nominal en aproximadamente 10–15% debido al ciclo de fatiga por flexión adicional introducido).
Paso 2: Seleccione el paso de cadena en la tabla de potencia.
La relación entre la relación de transmisión, la velocidad del eje y el par motor es fundamental para la correcta selección del paso de la cadena.
Las tablas de potencia ANSI B29.1 relacionan cualquier combinación de potencia de diseño corregida (kW) y velocidad de piñón pequeño (RPM) con un paso de cadena recomendado. La tabla se divide en regiones, cada una delimitada por una velocidad mínima y máxima de RPM a la capacidad de potencia nominal de la cadena para cada paso. El paso correcto es aquel cuya región contiene el punto de diseño (intersección de potencia × RPM).
Dos reglas de selección que la tabla por sí sola no comunica: primero, cuando el punto de diseño se encuentra cerca del límite entre dos zonas de paso, seleccione siempre el paso más pequeño y confirme si es preferible el doble hilo en el paso más pequeño al hilo simple en el más grande. Segundo, a bajas velocidades (por debajo de aproximadamente 100 RPM en el piñón pequeño), las potencias nominales de la tabla se vuelven conservadoras debido a que la formación de la película lubricante se vuelve marginal; a velocidades muy bajas, seleccionar el tamaño inmediatamente superior al resultado de la tabla y especificar la lubricación continua es el enfoque correcto independientemente del límite de la tabla.
| Paso de cadena | Rango de velocidad práctico (RPM) | Potencia nominal a 500 RPM (kW, 17T) | Potencia nominal a 1450 RPM (kW, 17T) | Velocidad máxima recomendada (RPM, 17T) |
|---|---|---|---|---|
| #35 (9,525 mm) | 400–3000+ | 0.37 | 0.82 | 4,800 |
| #40 (12,70 mm) | 200–2.500 | 1.20 | 2.90 | 3,200 |
| #50 (15,875 mm) | 150–2000 | 2.30 | 5.20 | 2,500 |
| #60 (19,05 mm) | 100–1.800 | 4.20 | 9.10 | 2,000 |
| #80 (25,40 mm) | 60–1200 | 9.50 | 19.5 | 1,400 |
| #100 (31,75 mm) | 40–900 | 18.0 | 35.5 | 1,100 |
| #120 (38,10 mm) | 30–700 | 30.0 | 57.0 | 800 |
Todas las potencias indicadas en esta tabla se aplican a cadenas de una sola hebra con 17 dientes y lubricación por goteo tipo 2. La potencia nominal real aumenta con el número de dientes (de 17T a 21T se añade aproximadamente 18% de capacidad) y disminuye con una lubricación inadecuada (la lubricación manual a la velocidad nominal reduce la capacidad efectiva entre 30 y 40% con respecto al valor del tipo 2). Esta tabla sirve como punto de partida para la selección de la cadena, no como punto final; siempre consulte la tabla de selección publicada por el fabricante para el grado de cadena específico que esté considerando.
Paso 3: Seleccione el número de dientes del piñón y confirme la relación de transmisión.
Una vez confirmado el paso de la cadena, se selecciona el número de dientes del piñón para lograr la relación de velocidad requerida. La fórmula de la relación de transmisión es exacta para las transmisiones por cadena debido al acoplamiento positivo:
Tres reglas de conteo de dientes que afectan la calidad de la transmisión más allá de la relación:
La norma ANSI B29.1 especifica 17 dientes como mínimo práctico para un funcionamiento suave y silencioso. Con menos de 17 dientes, la variación de velocidad por efecto poligonal supera ±1,7%, lo que produce ruido audible y fluctuaciones medibles en la velocidad del eje. Con menos de 13 dientes, el ángulo de envoltura del piñón pequeño cae por debajo de 120°, lo que reduce el número de dientes en contacto y obliga a reducir las potencias nominales publicadas. Utilice un mínimo de 17 dientes en el impulsor; 21 dientes o más para accionamientos de indexación de precisión y servoaccionados.
El uso de un número impar de dientes en una rueda dentada y un número par en la otra garantiza que cada rodillo contacte con todos los dientes de su rueda dentada en lugar de contactar repetidamente con el mismo diente. Esto distribuye el desgaste a lo largo de toda la circunferencia de la rueda dentada, en lugar de concentrarlo en la fracción de dientes que serían contactados repetidamente por los mismos rodillos. El efecto es más pronunciado cuando la longitud de la cadena es un múltiplo entero del paso; evitar esta relación de "diente de caza" utilizando números de dientes con un factor común de 1 produce una distribución del desgaste notablemente más uniforme.
La norma ANSI B29.1 recomienda una relación de transmisión máxima de una sola etapa de 7:1. Por encima de esta relación, el ángulo de envoltura del piñón pequeño disminuye hasta el punto en que la tensión de la cadena no se puede mantener de forma fiable sin un tensor. En la práctica, las relaciones superiores a 5:1 en una sola etapa suelen resolverse mejor con una transmisión por cadena de dos etapas o una combinación de cadena y caja de engranajes; el piñón conducido grande necesario para una relación de 7:1 a velocidades de eje comunes resulta físicamente inviable con pasos de cadena medianos y grandes.
Paso 4: Distancia entre centros, longitud de la cadena y ajuste de la holgura.
La distancia entre centros recomendada para transmisiones de cadena horizontales estándar es de 30 a 50 veces el paso de la cadena. Para la cadena ANSI #60 con un paso de 19,05 mm, esto da un rango recomendado de 571 a 952 mm. Una distancia menor a 30 pasos reduce el ángulo de envoltura en el piñón pequeño; una distancia mayor a 50 pasos crea un tramo libre largo en el lado flojo que genera vibraciones resonantes a ciertas revoluciones por minuto. Ambos extremos requieren medidas adicionales: un tensor para distancias cortas entre centros, una guía de tramo central o un amortiguador de vibraciones para tramos largos.
La longitud de la cadena en pasos (eslabones) se calcula a partir de:
Redondee el resultado al número par más cercano para permitir un eslabón de conexión completo estándar (los medios eslabones o los eslabones desplazados son más débiles y deben evitarse salvo en aplicaciones de uso ligero). A continuación, ajuste ligeramente la distancia entre centros para adaptarla a la cadena de eslabones completos: reduzca la distancia entre centros si redondea hacia abajo y auméntela si redondea hacia arriba.
La holgura del lado flojo para una transmisión horizontal debe ajustarse a aproximadamente 2% de la distancia entre centros. Para una transmisión con una distancia entre centros de 600 mm, la holgura correcta —medida en el centro del tramo inferior de la cadena con la transmisión en reposo— es de aproximadamente 12 mm. Una cadena demasiado tensa aumenta las cargas sobre los cojinetes y se calienta más; una tensión insuficiente permite que el lado flojo vibre y aumenta la velocidad de impacto del acoplamiento del rodillo con la rueda dentada motriz. En transmisiones con tramos de cadena verticales o inclinados, el requisito de holgura se reduce a 0–1% de la distancia entre centros debido a que la gravedad ayuda a tensar la cadena en el tramo inferior.
Paso 5: Selección del sistema de lubricación adecuado para la potencia nominal.
Las tablas de potencia nominal ANSI se publican para tipos de lubricación específicos. El uso de un lubricante de menor calidad que el indicado reduce la potencia efectiva respecto al valor tabulado. Este es el aspecto que con mayor frecuencia se ignora al seleccionar una transmisión por cadena, ya que la decisión sobre la lubricación suele tomarse independientemente del dimensionamiento de la cadena, por parte del departamento de ingeniería de mantenimiento, una vez finalizado el diseño mecánico.
En los sistemas de transmisión por cadena instalados en entornos industriales controlados, la selección del sistema de lubricación es tan importante como la selección del tamaño de la cadena.
| Tipo de lubricación | Método | Velocidad aplicable (rpm, piñón pequeño) | Capacidad de potencia frente a la nominal |
|---|---|---|---|
| Tipo 1 — Manual | Cepillar periódicamente o apretar la botella para aflojar el lado | Por debajo de 200 RPM | 60–70% de clasificación |
| Tipo 2 — Goteo | El aceite dosificado gotea desde el depósito hasta la cadena interior. | 200–1000 RPM | 100% de clasificación (base gráfica) |
| Tipo 3 — Baño / Eslinga | La cadena se sumerge en el cárter de aceite o el disco salpica aceite sobre la cadena. | Hasta 2000 RPM | 130–150% de clasificación |
| Tipo 4 — Flujo forzado | La bomba de aceite proporciona un flujo continuo; filtro + enfriador | Todas las velocidades, incluyendo más de 2000 RPM. | 150–175% de clasificación |
Las implicaciones de esta tabla son significativas para el diseño de transmisiones. Una cadena seleccionada al límite de su capacidad nominal con lubricación por goteo tipo 2 e instalada únicamente con lubricación manual funciona efectivamente a 140–1671 TP3T de su capacidad, una condición que provocará una falla por fatiga antes de la vida útil prevista, independientemente de la calidad de la cadena. Por el contrario, la actualización de la lubricación por goteo a la lubricación por baño de aceite en una transmisión existente puede aumentar la capacidad de potencia entre 30 y 501 TP3T, lo que a veces permite posponer por completo un proyecto de aumento de tamaño de la cadena.
Seis errores en la selección de la cadena de transmisión que provocan la mayoría de las fallas prematuras
La potencia nominal del motor es la potencia máxima continua, no la potencia media de funcionamiento. Para seleccionar un motor de 7,5 kW que acciona una cinta transportadora a media carga con una carga efectiva de 3,8 kW, se debe utilizar la carga efectiva, no la potencia nominal. Este error puede sobredimensionar la cadena en 50–100%, lo que supone un derroche de costes, aunque no sea perjudicial. El error peligroso se produce al aplicar el factor de servicio a la potencia nominal cuando el accionamiento supera habitualmente la potencia nominal durante el arranque o en condiciones transitorias.
El arranque directo del motor (DOL) produce un par de 5 a 7 veces el par nominal durante 0,5 a 2 segundos. En una transmisión por cadena acoplada directamente al motor (sin correa ni acoplamiento hidráulico que absorba el pico de arranque), este par máximo se transmite completamente a través de la cadena. Con un par de 6 veces el par nominal, una cadena dimensionada correctamente para la condición de estado estacionario con un factor de seguridad de 7:1 se encuentra momentáneamente en un factor de seguridad de 1,2:1, por debajo del umbral de fallo por evento único para la acumulación de daños por fatiga.
La selección de la cadena y la del lubricante deben realizarse simultáneamente. Una cadena seleccionada en el límite superior de su clasificación de lubricación por goteo Tipo 2 e instalada sin un engrasador por goteo —dependiendo de la lubricación manual mensual— está operando a 40–50% por encima de su capacidad real bajo las condiciones de lubricación instaladas.
El uso de 13 o 15 dientes para ahorrar espacio introduce la ondulación de velocidad por efecto poligonal descrita anteriormente. Esto es una solución de compromiso de diseño, no una optimización de ingeniería. Si realmente no hay espacio para un piñón de 17 dientes a la distancia entre centros requerida, la solución correcta es cambiar el paso de la cadena, no el número mínimo de dientes.
Un enlace desplazado (medio enlace) reduce la vida útil local por fatiga en esa unión en 20–35% en comparación con un enlace de conexión a presión. En aplicaciones estándar de servicio ligero, esto es aceptable. En transmisiones pesadas o con alto impacto, el enfoque correcto es ajustar la distancia entre centros para acomodar un número par de enlaces y utilizar un enlace de conexión a presión tipo remache.
Un piñón que ha girado contra una cadena alargada ha visto modificada la geometría de sus dientes para adaptarse al paso alargado. Instalar una cadena nueva sobre una geometría de dientes modificada produce un alargamiento prematuro acelerado: la cadena nueva alcanza su límite de reemplazo en una fracción de su vida útil normal. Reemplace tanto la cadena como los piñones al alcanzar el límite de alargamiento.
Aplicaciones donde la correcta selección de la cadena de transmisión tiene las consecuencias más importantes.
Sistemas de indexación accionados por servomotores. Los servomotores que operan en aplicaciones de posicionamiento preciso toleran muy poca variación de velocidad en la transmisión por cadena. El efecto poligonal de un bajo número de dientes aparece como un error de posición sinusoidal en el eje accionado: un impulsor de 17 dientes produce una variación de velocidad de ±1,7%, lo que corresponde a un error de posición de aproximadamente ±0,3 mm en un radio de círculo primitivo de 100 mm. Para indexación de alta precisión, un mínimo de 21 dientes en el impulsor, con una distancia entre centros fija (sin tensor ajustable de holgura) y lubricación por baño de aceite, proporciona la mejor combinación de precisión de posición y vida útil. Consulte nuestra gama de Piñones con orificio acabado para transmisiones de precisión para configuraciones compatibles.
Accionamientos de equipos agrícolas. Los accionamientos de la caja de alimentación de la cosechadora, la trilladora y el elevador operan bajo cargas muy variables en entornos abrasivos. El principio de selección consiste en dimensionar la cadena de transmisión para el peor escenario de carga posible (no para el promedio) y especificar cadenas selladas con juntas tóricas para los accionamientos críticos donde el acceso a la lubricación es limitado. Una cadena sellada ANSI #80 o #100 en la caja de alimentación de una cosechadora durará entre 4 y 6 veces más que una cadena abierta de clasificación equivalente en las condiciones de campo coreanas. Variantes de cadenas de rodillos para aplicaciones agrícolas Están disponibles en tamaños de paso #60 a #120.
Impulsores de la industria de procesos continuos. Las fábricas de papel, las plantas de cemento y los centros de servicio de acero suelen utilizar transmisiones por cadena de forma continua durante semanas entre los periodos de mantenimiento programado. Para estas aplicaciones, la selección debe basarse en una vida útil mínima de 10 000 horas, lo que requiere elegir la cadena con una carga de trabajo no superior a 8–10% de la carga de rotura mínima con lubricación continua por circulación de aceite. Esto parece muy conservador —y lo es, intencionadamente— porque el tiempo de inactividad no programado en las industrias de procesos continuos suele costar entre 10 y 30 veces el coste de la propia cadena por incidente.
Preguntas frecuentes
Permita que nuestros ingenieros verifiquen la selección de su cadena de transmisión.
Envíenos los datos de su aplicación (potencia del motor, velocidad, tipo de carga, acceso a la lubricación y entorno) y confirmaremos el paso de la cadena, el factor de servicio, el número de dientes del piñón y las especificaciones de lubricación antes de comprometernos con cualquier pieza. Revisión de especificaciones sin compromiso en un día hábil.
Editor: Cxm
