¿Cómo se elige, mantiene y prolonga la vida útil de las cadenas de rodillos?

Cómo funcionan las cadenas de rodillos y por qué es importante el diseño

A cadena de rodillos Transmite potencia mecánica entre dos ruedas dentadas al acoplar una serie de placas, pasadores, casquillos y rodillos vinculados en un bucle repetitivo. Cuando una rueda dentada motriz gira, sus dientes enganchan los rodillos asentados entre las placas de eslabón interior, tirando de la cadena hacia adelante y transfiriendo torque a la rueda dentada impulsada. El rodillo es el elemento que hace que este diseño sea eficiente: gira libremente sobre el casquillo mientras se asienta en el diente de la rueda dentada, convirtiendo lo que de otro modo sería fricción deslizante en contacto rodante. Este mecanismo aparentemente simple sustenta una enorme variedad de maquinaria, desde transmisiones de bicicletas y equipos agrícolas hasta sistemas transportadores, imprentas y cajas de cambios industriales.

Comprender la anatomía de una cadena de rodillos ayuda a la hora de especificarla o solucionar problemas. El eslabón interior consta de dos placas interiores presionadas sobre un casquillo, con el rodillo colocado alrededor del casquillo. El eslabón externo, a veces llamado eslabón de pasador, conecta dos eslabones internos a través de dos placas exteriores y un pasador ajustado a presión que atraviesa ambos casquillos. La holgura entre el pasador y el casquillo determina la libertad con la que se articula la cadena, y la dureza de estos componentes afecta directamente la vida útil bajo carga. Las cadenas de alta calidad utilizan pasadores y bujes cementados con una superficie dura y resistente al desgaste sobre un núcleo resistente que resiste el impacto sin volverse quebradizo.

Serie de cadenas de rodillos estándar y lo que significan los números

Las cadenas de rodillos se fabrican según estándares reconocidos internacionalmente, principalmente ANSI/ASME B29.1 en Norteamérica e ISO 606 en Europa y la mayor parte del resto del mundo. Estos estándares definen el paso (la distancia de centro a centro entre pasadores consecutivos) junto con el diámetro del rodillo, el ancho interior, el espesor de la placa y la resistencia mínima a la tracción. La designación ANSI utiliza un número de dos o tres dígitos donde los primeros dígitos indican el paso en octavos de pulgada y el último dígito indica el tipo de cadena: 0 para cadena estándar, 1 para cadena liviana y 5 para cadena con casquillo sin rodillos.

Las cadenas de doble hebra y de varias hebras llevan el sufijo "-2" o "-3" después del número de cadena (por ejemplo, 60-2 para una cadena de doble hebra #60). Estas configuraciones multiplican la capacidad de carga sin aumentar el paso, lo cual es útil cuando una cadena de paso más grande funciona demasiado lentamente o crea una tensión excesiva en los dientes de la rueda dentada a la velocidad requerida.

Seleccionar la cadena de rodillos adecuada para su aplicación

La selección de la cadena comienza con el requisito de transmisión de potencia, pero al reducirlo a una simple cifra de caballos de fuerza se pasan por alto varios factores que determinan si una cadena determinada proporcionará una vida útil aceptable. Los siguientes parámetros deben evaluarse todos juntos antes de decidirse por una especificación de cadena.

Factor de potencia y servicio de diseño

La potencia nominal de un motor no es la cifra utilizada para la selección de la cadena. En cambio, los ingenieros calculan la potencia de diseño multiplicando la potencia transmitida por un factor de servicio que tiene en cuenta la naturaleza de la carga. Las cargas suaves y uniformes de los motores eléctricos suelen utilizar un factor de servicio de 1,0. Las cargas de impacto moderadas, como las de compresores alternativos o transportadores con carga irregular, requieren un factor de 1,3 a 1,5. Las cargas de impacto pesadas provenientes de trituradoras, trituradoras o molinos de martillos pueden exigir un factor de servicio de 1,7 o superior. Esta cifra de potencia de diseño ajustada luego se compara con las tablas de potencia nominal del fabricante de la cadena, que especifican la potencia máxima permitida para cada tamaño de cadena a una velocidad de rueda dentada determinada en RPM.

Tamaño de la rueda dentada y relación de velocidad

La cantidad de dientes en la rueda dentada pequeña (siempre la más críticamente cargada de las dos) afecta directamente la vida útil de la cadena. Un mínimo de 17 dientes en la rueda dentada pequeña es una pauta ampliamente utilizada para transmisiones que requieren una larga vida útil, porque menos dientes hacen que la cadena se articule en un ángulo más agudo con cada engrane, lo que acelera el desgaste de pasadores y bujes. Las relaciones de velocidad muy grandes (por encima de 7:1) generalmente se manejan mejor en dos etapas usando un eje intermedio en lugar de una transmisión por cadena de rodillos de una sola etapa, tanto por razones de eficiencia como para mantener la rueda dentada grande en un diámetro manejable.

Distancia entre centros y longitud de cadena

La distancia central ideal entre las ruedas dentadas motrices y conducidas es de 30 a 50 veces el paso de la cadena. Una distancia entre centros demasiado corta reduce el arco de envoltura en la rueda dentada pequeña y hace que cada eslabón se articule con más frecuencia, mientras que una distancia entre centros demasiado larga introduce hundimiento y vibración. La longitud de la cadena se calcula en eslabones en lugar de en unidades lineales, y el total debe ser un número par para permitir el uso de un eslabón de conexión estándar. Se utilizan dispositivos tensores ajustables o ruedas dentadas locas para mantener la tensión adecuada de la cadena a medida que la cadena se alarga debido al desgaste normal a lo largo de su vida útil.

Lubricación: el factor más importante en la longevidad de la cadena

Ninguna otra práctica de mantenimiento tiene mayor efecto en la vida útil de la cadena de rodillos que la lubricación correcta. El principal mecanismo de desgaste en una cadena de rodillos es la erosión gradual de las superficies de contacto del pasador y el casquillo, lo que hace que aumente el paso, lo que comúnmente se llama estiramiento de la cadena, aunque las placas de acero en sí no se estiran. El lubricante penetra en el espacio entre el pasador y el buje, forma una película hidrodinámica bajo carga y elimina el calor generado por la articulación. Sin una lubricación adecuada, una cadena que opera bajo cargas industriales moderadas puede desgastarse en una fracción del tiempo que duraría con una lubricación adecuada.

Los fabricantes de cadenas especifican los métodos de lubricación por tipo de aplicación. Hay cuatro categorías estándar utilizadas en toda la industria:

• Tipo A: Lubricación manual o por goteo: se aplica periódicamente con una lata de aceite o un cepillo, o se aplica mediante un engrasador por goteo a razón de una gota cada cinco a veinte eslabones de la cadena por minuto. Adecuado para transmisiones de baja velocidad y carga ligera.
• Tipo B: lubricación por baño o disco: el hilo inferior de la cadena pasa por un baño de aceite en una carcasa sellada, o un disco unido al eje de la rueda dentada recoge el aceite y lo arroja sobre la cadena. Se utiliza para velocidades moderadas de hasta aproximadamente 600 RPM en la rueda dentada pequeña.
• Tipo C: lubricación con corriente de aceite: se dirige una corriente continua de aceite a la cadena desde una boquilla alimentada por bomba ubicada en el interior del hilo inferior de la cadena, cerca de la rueda dentada impulsora. Requerido para unidades de alta velocidad por encima de 1500 RPM.
• Cadenas selladas y prelubricadas: las cadenas con sellos O-ring o X-ring retienen la grasa empaquetada entre el pasador y el casquillo en la fabricación. Se utilizan donde la contaminación externa es grave o donde la relubricación no es práctica, como en equipos agrícolas y de construcción al aire libre.

El lubricante recomendado para la mayoría de las aplicaciones de cadenas de rodillos industriales es un aceite mineral no detergente con una viscosidad de SAE 20 a SAE 50 dependiendo de la temperatura ambiente. En general, se debe evitar la grasa para la lubricación en servicio porque no penetra eficazmente el espacio entre el pasador y el buje; Llena el espacio entre las placas exteriores y las interiores, pero deja las superficies críticas de desgaste insuficientemente protegidas.

Medir el desgaste y saber cuándo reemplazar una cadena de rodillos

Una cadena de rodillos debe reemplazarse antes de que se haya alargado más del 3 % de su longitud nominal, o del 2 % para transmisiones de precisión y aplicaciones donde la geometría de los dientes de la rueda dentada es crítica. Esperar hasta que la cadena esté visiblemente floja o saltar dientes en la rueda dentada corre el riesgo de acelerar el desgaste de la rueda dentada, falla repentina bajo carga y posibles daños a la maquinaria conectada. El método más confiable para medir el desgaste de la cadena en el campo es utilizar una herramienta indicadora de desgaste de la cadena dedicada, que aplica una carga fija a un tramo medido de la cadena y lee el alargamiento directamente. En ausencia de una herramienta adecuada, una regla de acero puede medir 12 pasos de cadena: una cadena nueva que mide exactamente su longitud nominal de 12 pasos no está desgastada, mientras que una cadena que mide un 0,5% o más por encima de esta referencia ha comenzado a acumular un desgaste significativo.

Al reemplazar una cadena desgastada, es fundamental inspeccionar las ruedas dentadas coincidentes al mismo tiempo. Una rueda dentada que ha estado funcionando con una cadena alargada desarrolla un perfil característico de dientes en forma de gancho o de aleta de tiburón a medida que la cadena se desplaza más arriba sobre los dientes durante el enganche. La instalación de una cadena nueva en ruedas dentadas desgastadas transferirá rápidamente el desgaste a la cadena nueva y acortará sustancialmente su vida útil. Como pauta general, las ruedas dentadas deben reemplazarse cada segundo o tercer reemplazo de cadena, según la aplicación, el material y las condiciones de operación. Las ruedas dentadas de acero endurecido, particularmente aquellas con flancos de dientes endurecidos por inducción, duran significativamente más que las versiones de acero dulce en transmisiones exigentes.

Variantes de cadenas de rodillos especiales para entornos exigentes

Las cadenas de rodillos de acero al carbono estándar son adecuadas para la mayoría de las aplicaciones industriales generales, pero entornos operativos específicos requieren variantes de cadena diseñadas para esas condiciones. Las cadenas de rodillos de acero inoxidable resisten la corrosión en el procesamiento de alimentos, la fabricación de productos farmacéuticos y entornos marinos donde el contacto con el agua, los productos químicos de limpieza o la alta humedad corroerían rápidamente las cadenas estándar. Las cadenas niqueladas ofrecen protección intermedia contra la corrosión a un costo menor que las de construcción totalmente inoxidable y son una opción práctica para ambientes interiores moderadamente corrosivos.

Las aplicaciones de alta temperatura, como cadenas transportadoras que pasan por hornos, túneles de curado o entornos de fundición, requieren cadenas hechas de aleaciones resistentes al calor con lubricantes de película sólida o casquillos porosos sinterizados impregnados con grasa para altas temperaturas, ya que los aceites convencionales se carbonizan y pierden viscosidad a temperaturas elevadas. Las cadenas autolubricantes que utilizan casquillos de metal sinterizado o componentes de polímero están diseñadas para aplicaciones donde la lubricación externa no es práctica, lo que reduce la frecuencia de mantenimiento y al mismo tiempo mantiene una vida útil aceptable bajo cargas ligeras a moderadas. Seleccionar la variante de cadena correcta para el entorno es tan importante como seleccionar la capacidad de carga correcta: una cadena estándar instalada en el entorno incorrecto fallará independientemente del cuidado con el que se dimensione.