Diferencia entre transmisión por cadena y transmisión por engranajes

La máquina se puede definir como un grupo de mecanismos que pueden realizar ciertas tareas de una manera predefinida mediante el gasto de energía. La mayoría de las funciones de una máquina se llevan a cabo utilizando energía mecánica, que es suministrada por motores primarios. Un motor primario puede convertir una forma de energía en energía mecánica (en forma de par rotacional). El primer y principal ejemplo puede ser el motor eléctrico, donde la energía eléctrica se convierte en energía mecánica. Del mismo modo, la turbina de vapor, la turbina hidráulica, los molinos de viento, etc. también actúan como motores primarios en ciertos casos, especialmente para aplicaciones de trabajo pesado. Dichos motores primarios generalmente se ubican lejos de las unidades de la máquina y, por lo tanto, requieren otro medio para transmitir energía a las máquinas.

El sistema de transmisión de potencia mecánica sirve para este propósito. Recupera el movimiento, el par y la potencia de los motores primarios y, posteriormente, los transfiere a las ubicaciones previstas de las unidades de la máquina. Además de la transmisión, también puede cambiar la dirección de rotación y alterar la velocidad para cumplir con los requisitos exactos de las máquinas. El sistema de transmisión de potencia mecánica consta de cuatro unidades básicas, a saber, transmisión por engranajes, transmisión por cadena, transmisión por correa y transmisión por cable. Para una transmisión de potencia fácil e ininterrumpida, también necesita la ayuda de otros elementos mecánicos como freno, embrague, eje, ranura, chaveta, acoplamiento, etc. Cada uno de los cuatro accionamientos mecánicos ofrece ciertas ventajas sobre los demás y, por lo tanto, es adecuado para aplicaciones específicas.

A diferencia de la transmisión por fricción (transmisión por correa y transmisión por cable), tanto la transmisión por cadena como la transmisión por engranajes son transmisiones mecánicas de tipo acoplamiento, ya que la potencia se transmite por medio de acoplamientos y desacoplamientos sucesivos. En transmisión por cadena , una cadena sin fin pasa a través de las ruedas dentadas de los ejes impulsor e impulsado, lo que a su vez aporta flexibilidad al sistema. Se puede emplear para la transmisión de energía de corta a media distancia. Aunque está libre de deslizamiento, el efecto poligonal impide que esta unidad ofrezca una relación de velocidad constante. Transmisión por engranajes , en cambio, es un accionamiento rígido debido a la ausencia de cualquier elemento flexible intermedio. Es adecuado para la transmisión de potencia a corta distancia y actúa como un accionamiento positivo. Varias diferencias entre la transmisión por cadena y la transmisión por engranajes se dan a continuación en formato de tabla.

Tabla:Diferencia entre transmisión por cadena y transmisión por engranajes

Presencia de elemento intermedio y flexibilidad: Los accionamientos mecánicos se pueden clasificar en función de la presencia o ausencia de un enlace intermedio. Una transmisión flexible es aquella en la que existe un enlace intermedio flexible entre el eje impulsor y el eje impulsado. La transmisión por correa, la transmisión por cadena y la transmisión por cable son ejemplos de transmisión flexible debido a la presencia de correa, cadena y cable, respectivamente, como enlace intermedio entre dos ejes. Dicho enlace introduce flexibilidad en la unidad de accionamiento y, por lo tanto, puede utilizarse para la transmisión de energía a larga distancia. Por otro lado, cuando no existe tal enlace intermedio, ese accionamiento mecánico se denomina accionamiento rígido. La transmisión por engranajes es un ejemplo de transmisión rígida, ya que dos engranajes rígidos entran en contacto directo a través de sus dientes. No se requiere ningún elemento intermedio entre dos engranajes ya que se acoplan directamente.

Amortiguación de vibraciones: Una ventaja de cada accionamiento flexible es su capacidad para amortiguar las vibraciones. Por lo general, la unidad impulsora, como el motor principal, produce vibraciones limitadas y tolerables; sin embargo, la unidad de la máquina puede producir vibraciones excesivas de manera indeseable. Las cargas de impacto o choque, la fuerza desequilibrada, las uniones sueltas, las piezas dinámicas y los componentes rotos o dañados son fuentes principales de vibración en la unidad de la máquina. Dicha vibración de gran amplitud, si se transmite al motor principal, puede causar daños graves. En cada transmisión flexible, el elemento flexible intermedio puede amortiguar la vibración de manera inherente. Debido a la ausencia de un enlace intermedio en la transmisión rígida, la vibración en la unidad de la máquina se transmite al motor principal. Por lo tanto, una transmisión por cadena puede aislar la unidad impulsora, pero una transmisión por engranajes no puede protegerla de vibraciones indeseables excesivas.

Distancia preferida de transmisión de potencia: El objetivo básico de todo accionamiento mecánico es transmitir movimiento y potencia desde el eje impulsor al eje accionado. La distancia entre los ejes impulsor y accionado puede variar en función de varios factores, como la disposición del taller, la disponibilidad de espacio, los problemas de seguridad, etc. Cada transmisión mecánica es adecuada para un rango de distancia del eje. La transmisión por cadena se puede emplear para distancias entre centros pequeñas y medianas, generalmente entre 1 y 5 m en una sola etapa. También se puede emplear para una mayor distancia del eje mediante la utilización de soportes de ralentí adicionales. Por otro lado, la transmisión por engranajes es preferible para distancias entre centros pequeñas, generalmente por debajo de 1 m; de lo contrario, se requieren engranajes de gran tamaño, lo que consumirá espacio y aumentará el peso del sistema. Al utilizar engranajes intermedios inactivos, la potencia también se puede transmitir a una distancia más larga; sin embargo, eso aumentará el peso del sistema y la pérdida de energía y, por lo tanto, la eficiencia disminuirá.

Transmisión de potencia entre ejes no paralelos: Los ejes impulsor e impulsado pueden tener varias orientaciones. Pueden ser (i) paralelos, (ii) intersectados o (iii) no paralelos pero no intersectados. Se selecciona un accionamiento mecánico adecuado en base a esta orientación relativa. Los tres accionamientos flexibles (correa, cadena y cable) son adecuados solo para ejes paralelos. Aunque la correa de un cuarto de vuelta se puede emplear para ejes perpendiculares, rara vez se usa en la práctica debido a muchas limitaciones. La transmisión por cadena solo puede transmitir potencia entre ejes paralelos. Por otro lado, la transmisión por engranajes se puede emplear para cualquier orientación de los ejes impulsor e impulsado. Existen varios tipos de engranajes, cada uno es adecuado para una orientación particular. Por ejemplo, se prefieren los engranajes rectos y helicoidales para ejes paralelos, los engranajes cónicos se prefieren para ejes que se cruzan y los engranajes helicoidales son adecuados para ejes perpendiculares pero que no se cruzan.

Dirección de giro: Otro requisito del accionamiento mecánico es alterar la dirección de rotación según el requisito. En las máquinas, la dirección de rotación requerida puede ser la misma u opuesta a la del motor primario. Una transmisión por cadena de una sola etapa puede girar el eje impulsado en la misma dirección que el eje impulsor. Si se requieren varios ejes para girar, la transmisión por cadena puede proporcionar rotación en ambas direcciones. Por otro lado, un engranaje de una sola etapa puede girar el eje impulsado solo en dirección opuesta al eje impulsor. Para obtener la rotación en la misma dirección, se requiere el uso de engranajes intermedios.

Importancia positiva: Un accionamiento mecánico que puede proporcionar una relación de velocidad constante durante su funcionamiento se denomina accionamiento positivo. Se requiere mantener dicha velocidad constante en muchas aplicaciones; por ejemplo, roscado en torno, atornillado automático, etc. Ninguno de los impulsores de fricción puede proporcionar una relación de velocidad constante debido al deslizamiento inherente. Aunque la transmisión por cadena está libre de deslizamiento, el efecto poligonal puede alterar marginalmente la relación de velocidad. Por lo tanto, no se considera un impulso positivo. La transmisión por engranajes es el único ejemplo de transmisión positiva.

Reducción de velocidad alcanzable: Por lo general, el motor principal gira a una velocidad mucho más alta de lo previsto en la unidad de la máquina. Esto requiere reducir la velocidad de rotación, lo que se puede hacer con cualquier accionamiento mecánico. Sin embargo, cada unidad tiene un límite en la capacidad de reducción. Una transmisión por cadena puede proporcionar una reducción de velocidad entre 1:1 y 1:5, en una sola etapa. Por otro lado, la transmisión por engranajes puede proporcionar una amplia gama de reducción de velocidad, normalmente entre 1:1 y 1:100. El engranaje recto y el engranaje cónico son los preferidos para una reducción pequeña, el engranaje helicoidal puede proporcionar una reducción media y el engranaje helicoidal puede proporcionar una reducción de velocidad pronunciada.

Lubricación: Al ser una transmisión de acoplamiento, dos cuerpos sólidos entran en contacto directo, por lo que la generación de calor y el desgaste son problemas comunes tanto en la transmisión por cadena como por engranajes. El uso de un aceite lubricante adecuado puede mitigar tales efectos no deseados. La transmisión por cadena requiere lubricación frecuente; mientras que la mayoría de las transmisiones por engranajes requieren una lubricación completa donde la unidad de engranajes está parcial o completamente sumergida en aceite lubricante.

En este artículo se presenta una comparación científica entre la transmisión por cadena y la transmisión por engranajes. El autor también sugiere que revise las siguientes referencias para una mejor comprensión del tema.

1. Diseño de elementos de máquina por V. B. Bhandari (Cuarta edición; McGraw Hill Education).
2. Diseño de máquina por R. L. Norton (quinta edición; Pearson Education).
3. Un libro de texto de diseño de máquinas de R. S. Khurmi y J. K. Gupta (S. Chand; 2014).